一种奥氏体不锈钢管件的制作工艺的制作方法

本发明涉及管道技术领域，特别涉及一种奥氏体不锈钢管件的制作工艺。

背景技术：

奥氏体不锈钢的主要特点是，在室温下具有无磁性的奥氏体组织，钢的屈强比低，塑性好，焊接性能良好，易于冶炼及铸锻热成形，其成分特点是含有较高成分的铬(≥17％)，镍(8％～25％)及其他提高耐蚀性的元素。因此由奥氏体不锈钢制成的奥氏体不锈钢管件不但具有好的耐蚀性而且还具有良好的力学性能和工艺性能，从而在各个领域获得了广泛的应用。

管道运输位居公路、铁路、海运和航空运输之后,被称为第五大运输行业。作为连接油气资源与市场的桥梁和纽带,管道运输以其高效率、低成本和安全可靠的优势越来越显示出其旺盛的生命力,在国民经济中发挥着重要的作用。世界各地生产的绝大多数石油和天然气是用管道运输的,在诸多的运输方式中,管道运输具有建设速度快、投资省、占地少、能耗低、不污染环境、受地理及气象条件限制少等优点,因此,管道无疑是石油及其产品最优越的运输方式。但是,管道运输也存在着严重的缺点,即弹性输量远较其他运输方式低。随着石油工业的迅猛发展,原油及各种成品油的管道输送量日益增加,原有管道的输送能力已不能满足要求,而新建管线需要大量的资金和时间,原有传统输送技术己成为制约其发展的瓶颈。因此,寻求新的输送工艺,开辟新的高效、低耗输油途径,己成为迫切需要解决的问题。采用减阻剂节能增输技术是目前彻底解决该难题的手段。减阻剂节能增输技术,就是在管道输送流体中添加特定的高分子聚合物,降低管路系统的摩擦阻力,从而提高输送量、节约能源和投资。

本发明旨在改进减阻剂的性能，制备出可配置并应用于奥氏体不锈钢管件的减阻环，并具有溶解速度快，分散均匀，减阻效率高的优点，实现更好的减阻性能，提高输量，对节约资源和投资，加速原油的开发和利用，具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种奥氏体不锈钢管件的制作工艺，可制作得到减阻性能优异的奥氏体不锈钢管件。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种奥氏体不锈钢管件的制作工艺，其特征在于,包括管层及嵌设于管层内壁的减阻层，所述的管层由以下工艺步骤制成:

s11、下料，选用奥氏体不锈钢的坯料；

s12、加热，利用感应加热的方式对坯料持续加热，使坯料在运动中被加热并完成成形；

s13、焊接，对成形后的坯料焊接固定成管坯；

s14、热处理，对管坯进行热处理以消除应力，得到管层；

s15、表面处理，对管层的表面进行处理，以清除管层表面的锈蚀及划痕，使管层达到光滑的表面；

所述的减阻层由以下工艺步骤制成：

s21、配制水相：加入去离子水和丙烯酸，然后用氢氧化钠溶液中和，接着加入丙烯酰胺，待完全溶解后，用35％的氢氧化钠溶液调节ph，加入重量比为30mg/kg的乙二胺四乙酸二钠、重量比为60mg/kg的尿素和重量比为40mg/kg的四甲基乙二，然后加入醋酸调节ph值至6.0，最后加入重量比为40mg/kg引发剂配置成水相待用；

s22、配制油相：称取质量分数为3.6％的失水山梨糖醇脂肪酸酯与山梨醇酐三油酸酯作分散剂加入烧杯中，加入白油，搅拌混合均匀，得到油相溶液，放入烘箱中待用；

s23、将配制好的油相加入到油相反应釜中，通氮驱氧30分钟后，将配置好的水相逐滴加入到油相中，再次通氮驱氧30分钟后，在引发温度下引发聚合反应，待引发温度稳定后，把反应温度升温到50℃，然后保温2小时，接着把升到65℃，再保温反应3小时，以使反应尽可能的完全；

s24、反应结束后，待生成物冷却，用丙酮和乙醇交替沉淀出聚合物，放入烘箱中干燥烘干形成聚合物粉末；

s25、将聚合物粉末倒入至挤出机，并最终得到形状呈环状的减阻层。

进一步设置是所述的步骤s23中的油相水相的配比为3:7。

进一步设置是所述的步骤s22中油相的hlb值为3.5。

进一步设置是所述的步骤s23中引发聚合反应的温度为5℃。

进一步设置是所述的步骤s21中的引发剂为过硫酸钾。

进一步设置是对所述的步骤s24得到的聚合物粉末进行分析：将0.05～～0.1g聚合物粉末放入100ml容量瓶中，并加入48ml水，待聚合物粉末完全溶解后注入50ml的nacl标准溶液，在30±0.05℃下加蒸馏水定容至刻度，即得到聚合物质量分数约为0.5～1g/l，nacl溶液质量分数为1.00mol/l的试样溶液,用z-2型玻璃砂芯漏斗过滤配制好的试样溶液，用非稀释型乌氏粘度计先后测出质量分数为1.00mol/l的nacl标准溶液和试样溶液的流出时间，计算出相对粘度ηr，并按下式计算特性粘数[η]，

其中，m为聚合物粉末的质量；s为聚合物粉末的固含量。

进一步设置是所述的步骤s14中的热处理包括以下步骤：

s141、固溶处理，将管坯加热到固溶温度1050～1100℃，让所有碳化物和各种合金元素全部溶入和转变成奥氏体，然后快冷，碳及其他合金元素来不及析出，获得纯奥氏体组织；

s142、消除应力处理，通过275～450℃的温度对管坯进行退火，持续0.5～2h，消除应力且不改变延伸率；

s143、稳定化处理,为了防止晶间腐蚀，在管坯中加入钛或银，并加热至900℃，使大部分碳化铬溶解，而溶解了的碳与钛或银化合为比碳化铬稳定的碳化钛或碳化铌，使碳化铬不再在晶间析出。

本发明的有益效果是：

1、本发明中的聚合物粉末通过挤出机形成具有环状结构的减阻层，且该减阻层嵌设于管层的内壁，流体介质流通于不锈钢管件内时会与减阻层接触，由于减阻层由具减阻功能的聚合物粉末构成，其能明显抑制流体中旋涡的产生量，那么因旋涡碰撞损坏的能量也随之减少，起到了减阻效果；同时，由于减阻层的存在使得管件中的流体介质能与减阻层充分接触，保证了对减阻层对流体的作用，降低输送过程中的摩擦阻力，提高管线的输送能力和安全系数、节约能源。油品减阻剂能使运输管道由刚性转变为弹性，既可使管道迅速实现增输，又无须承担很大的风险，其总费用低于其它增输手段。

2、本发明考虑到减阻层在长期的工作下存在损耗的隐患，本发明将减阻层与管层设置成嵌设的结构，当减阻层损耗完毕时，能重新将新的减阻层嵌入至管层内，有利用后期对管件的保养及维修工作，提高本发明的使用寿命，更是节约了资源，若减阻层损耗，只需将损耗后的减阻层拆卸下来并更换新的减阻层即可，无需将整个管件丢弃；若管层损坏可将减阻层回收以供二次利用，避免将还可使用的减阻层丢弃造成浪费。

3、本发明考虑了各个反应条件对减阻效果的影响，进而进行了工艺优化，提出了最优的工艺条件，其最终得到的减阻层的减阻性能高于其他类型的减阻剂，最高减阻效率能达到69.9％。

4、聚合物的抗剪切降解性是影响减阻剂性能的另一重要因素，减阻剂在溶液中的抗剪切性直接关系到减阻剂的实际应用,聚合物在溶液中的降解速率和聚合物的浓度、分子量和溶剂的性质有关。针对聚合物减阻剂易现存在的缺点，其中，通过嫁接方法制备的两亲性共聚物在抗剪切性和减阻效果上都有了一定的提高，但是将某些物质嫁接到原聚合物上对抗剪切性并没有影响，这与嫁接物质的结构、嫁接比例等有关，这方面还并不成熟；通过改变聚合物分子链几何形状制备的聚合物有效改善了抗剪切性能，但是与商业应用的其他减阻剂相比，减阻效果较差；通过制备缔合型高分子聚合物的方法可以在一定程度上提高聚合物的抗剪切性，但是该方法制备的聚合物存在着添加剂量大的缺点，制备出来的减阻剂经济效益不高。而本发明所提出的减阻层的在流体高速冲刷的过程中表现出良好的抗剪切性能，同时在较高的剪切速率下，减阻层表面的粘度部分恢复，表现出减阻层在较高的剪切速率下也能达到较好的减阻效果。

附图说明

图1为实施例的流程示意图；

图2为实施例中油相与相比例对聚合物特征粘数的影响示意图；

图3为实施例中分散剂用量对聚合物特征粘数的影响示意图；

图4为实施例中油相hlb值对聚合物特征粘数的影响示意图；

图5为实施例中引发聚合反应的温度对聚合物特征粘数的影响示意图；

图6为实施例中水相ph值对聚合物特征粘数的影响示意图；

图7为实施例中乙二胺四乙酸二钠质量分数对聚合物特征粘数的影响示意图；

图8为实施例中尿素质量分数对聚合物特征粘数的影响示意图；

图9为实施例中引发剂质量分数对聚合物特征粘数的影响示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，为本发明实施例中，提出的一种奥氏体不锈钢管件的制作工艺，包括管层及嵌设于管层内壁的减阻层，所述的管层由以下工艺步骤制成:

s11、下料，选用奥氏体不锈钢的坯料；

s12、加热，本发明采用热成形的方式，满足成形工艺中对坯料变形的要求，成形时需要对坯料进行加热，本发明利用感应加热的方式对坯料持续加热，使坯料在运动中被加热并完成成形；

s13、焊接，管件的焊接常用方法有气体保护焊、自动焊等，本发明采用自动焊的方式对成形后的坯料焊接固定成管坯；

s14、热处理，热处理工序是管件制造的重要组成部分。通过加热、保温及冷却的热处理步骤，消除成形过程产生的加工硬化、残余应力、金属变形缺陷等，使成形后管件的金属组织、性能发生变化，恢复到变形加工前的状态或使其性能得到改善和提高。本发明中热处理包括以下步骤：

s141、固溶处理，将管坯加热到固溶温度1050～1100℃，让所有碳化物和各种合金元素全部溶入和转变成奥氏体，然后快冷，碳及其他合金元素来不及析出，获得纯奥氏体组织，使管坯具有最高的耐腐蚀性能。

s142、消除应力处理，通过275～450℃的温度对管坯进行退火，持续0.5～2h，消除应力且不改变延伸率，还可提高奥氏体组织的稳定性，使其在使用过程中不再发生组织转变，从而保持性能的稳定。

s143、稳定化处理,为了防止晶间腐蚀，在管坯中加入钛或银，并加热至900℃，使大部分碳化铬溶解，而溶解了的碳与钛或银化合为比碳化铬稳定的碳化钛或碳化铌，使碳化铬不再在晶间析出。

s15、表面处理，管件的表面处理通常采用喷砂、抛丸、打磨、酸洗等方法进行，以清除产品表面的锈蚀，划痕等，使产品达到光滑的表面，满足后续加工、检验的要求，均为现有常规的技术手段，本发明中利用表面处理对管层的表面进行处理，以清除管层表面的锈蚀及划痕，使管层达到光滑的表面；

另外，减阻层由以下工艺步骤制成：

s21、配制水相：加入去离子水和丙烯酸，然后用氢氧化钠溶液中和，接着加入丙烯酰胺，待完全溶解后，用35％的氢氧化钠溶液调节ph，加入重量比为30mg/kg的乙二胺四乙酸二钠、重量比为60mg/kg的尿素和重量比为40mg/kg的四甲基乙二，然后加入醋酸调节ph值至6.0，最后加入重量比为40mg/kg引发剂配置成水相待用；

s22、配制油相：称取质量分数为3.6％的失水山梨糖醇脂肪酸酯与山梨醇酐三油酸酯作分散剂加入烧杯中，加入白油，搅拌混合均匀，得到油相溶液，放入烘箱中待用；

s23、将配制好的油相加入到油相反应釜中，通氮驱氧30分钟后，将配置好的水相逐滴加入到油相中，再次通氮驱氧30分钟后，在引发温度下引发聚合反应，待引发温度稳定后，把反应温度升温到50℃，然后保温2小时，接着把升到65℃，再保温反应3小时，以使反应尽可能的完全；

s24、反应结束后，待生成物冷却，用丙酮和乙醇交替沉淀出聚合物，放入烘箱中干燥烘干形成聚合物粉末；

s25、将聚合物粉末倒入至挤出机，并最终得到形状呈环状的减阻层，挤出机是现有的机械，其主要原理为：将步骤s24中得到的聚合物粉末放入料斗中，在挤出机旋转螺杆的作用下，加热的聚合物粉末堆沿螺杆的槽向前方输送，在此过程中，聚合物粉末堆不断接受外加热和螺杆与之间、物料与物料、及物料与料筒之间的剪切摩擦热，逐渐熔融呈粘流态，然后通过具有一定形状的模具口模，并经过定型、切割等装置得到呈环状且内部中空的减阻层。挤出机及切割等装置均为现有的常规技术，此处不再加以赘述。另外，该减阻层可嵌入至管层内，减阻层的外周与管层的内周相贴并构成阻尼配合。

另外，本发明对上述步骤得到的聚合物粉末进行测试，以获得更好的反应条件。

具体地，将0.05～～0.1g聚合物粉末放入100ml容量瓶中，并加入48ml水，待聚合物粉末完全溶解后注入50ml的nacl标准溶液，在30±0.05℃下加蒸馏水定容至刻度，即得到聚合物质量分数约为0.5～1g/l，nacl溶液质量分数为1.00mol/l的试样溶液,用z-2型玻璃砂芯漏斗过滤配制好的试样溶液，用非稀释型乌氏粘度计先后测出质量分数为1.00mol/l的nacl标准溶液和试样溶液的流出时间，计算出相对粘度ηr，并按下式计算特性粘数[η]，

其中，m为聚合物粉末的质量；s为聚合物粉末的固含量。

如图2所示，油水比是聚合体系的重要参数，油水比直接影响反应体系的稳定性，同时的产物的分子量也有重要的影响。不同的聚合体系明显的区别就是油水比的不同，比如微乳液的油水比在1:1左右，而反相悬浮聚合的油水比大部分在1:3到2:3之间。

在本实施例中，当油水比逐渐变大时，特性粘数呈下降趋势，当油水比小于3:7时，产物的稳定性变差，容易凝胶。随着油水比的增加，油相的相对量也随之增加，乳化后的液滴直径逐渐减小，油膜的稳定性增加，体系表现的更稳定，但是在油水比偏大时，由于液滴太小，每个液滴中的单体量较少，进而限制的分子量的增加，表现出特性粘数降低。所以本实验采用油水比为3:7时为最佳反应条件。

如图3所示，分散剂是反相悬浮聚合系统的主要组分之一，对体系的稳定性和液滴的粒径大小起到重要的作用。分散剂的加入能改变水相和油相间的表面张力，在油包水的油膜上附着，使油包水的小液滴更加的稳定，同时减少了液滴间的粘连。

在本实施例中的分散剂采用失水山梨糖醇脂肪酸酯与山梨醇酐三油酸酯的复配使用，在较少的分散剂加入条件下，由于不能形成较稳定的油膜，造成局部反应过于激烈，所以体系不稳定，出现凝胶现象，同时相对分子量也降低；但是当加入的分散剂过多时，液滴表面的薄膜过于稳定，不利于引发剂自由基的扩散，会使反应的速度变慢，不利反应的顺利进行。故本实施例中的分散剂的量为3.6％。

如图4所示，hlb值是用来半定量地描述表面活性剂的亲水—疏水性质的物理量，其值的大小反映非离子表面活性剂亲油亲水性的强弱，hlb值越大代表亲水性越强，hlb值越小代表亲油性越强，非离子表面活性剂的hlb值的范围定为0～20。

在本实施例中黏度随着油相中hlb值的增大，呈现处先增大后减小的趋势，在hlb值为3.5时，体系稳定，且粘度最高。hlb值过低或者过高，体系都不稳定。故本实施例中，hlb值确定为3.5。

如图5所示，温度对于引发聚合反应的影响非常大，当温度过低时，引发剂的分解的速率非常小，使聚合反应进行的很缓慢，易造成聚合不完全；若温度过高，引发剂的分解速率非常快，易造成聚合物内分子推挤使得聚合不完全。

在本实施例中聚合产物特性粘数随引发温度的升高而降低，这是由于引发温度高，使引发剂分解速率过快；当引发温度超10℃时，由于反应过快导致放出的热量无法及时排出，使体系出现暴聚；当聚合温度低于5℃时，引发剂分解较慢，导致反应进行的较慢，同时转化率大大降低，并且考虑到反应条件的控制，当引发温度低于5℃时不利于以后的工业生产。故本实施例中引发聚合反应的温度设为5℃。

如图6所示，水相的ph值对聚合物的结构和分子量有明显的影响，对聚合反应过程的反应动力学也有重要影响。

在本实施例中，当ph值小时，容易产生凝胶，当ph达到一定值后特性粘数达到最大值，随着ph继续增大则聚合产物特性粘数减小，故本实施例中的水相ph值为6.0。

如图7所示，聚合单体中往往含有微量的cu²⁺和fe²⁺无机离子，这些离子的存在会严重地影响聚合反应的进行，因此必须严格控制单体中cu²⁺和fe²⁺离子的含量。

在本实施例中，采用乙二胺四乙酸二钠来消除体系中cu²⁺和fe²⁺离子对反应的影响，同时乙二胺四乙酸二钠的存在对聚合反应不会产生明显的干扰。随着乙二胺四乙酸二钠量的增加，聚合产物特性粘数也逐渐增大，当乙二胺四乙酸二钠的量增大到一定值后，聚合产物特性粘数随着乙二胺四乙酸二钠量的增大而减小，因此加入量过大不利于链增长反应，故本实施例中乙二胺四乙酸二钠的用量为30mg/kg。

如图8所示，在水相中加入尿素是利用其还原性作为辅助引发剂，其有助于产物分子量的增加。

在本实施例中，聚合产物特性粘数随着尿素量的增加而增大，当尿素量达到一定值后聚合产物特性粘数随着尿素量的增大而减小，这是因为氧化还原引发体系中，当还原剂过多时不利于聚合反应分子量的增大，而尿素作为一种辅助还原剂当加入量过多时，会使分子量下降。故本实施中尿素的用量为60mg/kg。

如图9所述，引发剂是产生自由基聚合反应的活性中心，引发剂用量越多，产生的自由基越多，相应的聚合产物分子量越小，所以应尽量减少引发剂的用量；但当引发剂用量过少时，相应的聚合时间就会增长，同时易生成不溶于水的物质，影响产物的水溶性。

在本实施中引发剂为过硫酸钾，且聚合产物特性粘数随着引发剂用量的增加而增大，但当发剂用量达到一定量后，聚合产物特性粘数随着引发剂用量的增加而减少，因为引发剂用量太多时，反应速度过快且容易产生凝胶，故本实施例中引发剂的用量为40mg/kg。

本实施例的反应条件：油水比为3:7，分散剂的质量占油相溶液的质量的3.6％，油相的hlb值为3.5，引发聚合反应的温度为5℃，水相ph值为6.0，乙二胺四乙酸二钠的用量为30mg/kg，四甲基乙二的用量为40mg/kg，尿素的用量为60mg/kg，引发剂的用量为40mg/kg。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。