一种双相不锈钢连续油管的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种双相不锈钢连续油管的制造方法，适用于石油工程的技术领域。
【背景技术】
[0002]双相不锈钢(Duplex Stainless Steel，简称DSS)，指铁素体与奥氏体各约占50%，一般较少相的含量最少也需要达到30%的不锈钢。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475°C脆性以及导热系数高、具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢从20世纪40年代在美国诞生以来，已经发展到第三代。它的主要特点是屈服强度可达400-550MPa，是普通不锈钢的2倍，因此可以节约用材，降低设备制造成本。在抗腐蚀方面，特别是介质环境比较恶劣(如海水，氯离子含量较高)的条件下，双相不锈钢的抗点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳性能明显优于普通的奥氏体不锈钢，可以与高合金奥氏体不锈钢媲美。
[0003]连续油管(coiledtubing)，又称挠性油管，一卷可长达万米，能够代替常规油管进行很多作业。连续油管作业设备具有带压作业、连续起下的特点，设备体积小，作业周期快，成本低。二十世纪90年代开始，连续油管技术得到了突飞猛进的发展。连续油管作业装置已被誉为“万能作业机”，广泛应用于油气田修井、钻井、完井、测井等作业，贯穿了油气开采的全过程。连续油管的作业环境决定了其将面临严重的耐腐蚀问题。然而，现有技术中的连续油管均没有采用双相不锈钢制造。
[0004]另一方面，现有技术中连续油管的制造是将钢带弯折成管的形状，用电阻焊接(ERW)的方式形成连续油管。ERW利用高频电流或感生高频电流的电阻热将管坯对接边缘加热熔化，并施以挤压而焊合的生产工艺。与一般的焊接方法相比，ERW焊缝不采用外来填充金属，且加热速度快、生产效率高。但是由于没有填充金属，所以不能通过添加合金元素的方法来改善焊缝的综合性能。此外，焊接过程中加热温度高，时间短，造成焊接温度梯度大，使得某些钢种易于产生硬化相和组织应力，增大焊缝脆性，导致综合力学性能下降。
[0005]采用ERW制造连续油管最大的隐患是不可避免的沟槽腐蚀问题，其本质是局部相电化学不均匀导致的微区腐蚀。沟槽腐蚀的成因分为内因和外因两大类。内因主要是指焊管产品自身因素，包括成分、微观组织以及残余应力对沟槽腐蚀性能的影响。具体地，焊接过程中的高热量造成焊缝区的合金成分不同于母材，从而形成腐蚀电池;ERW焊接过程中，由于热量的输入，焊缝区及熔合线在温度梯度场的作用下均会产生残余应力，熔化的焊缝冷却和固化过程中产生收缩，使焊缝两侧的母材金属发生塑性变形，当整个构件冷却到室温后，钢中存在较大的残余应力，会加速钢的腐蚀。外因主要是指连续油管的使用环境，包括介质种类、成分、温度、压力以及流体流速等。例如，连续油管使用时，必须要考虑介质中的二氧化碳、硫化氢、以及温度和压力等因素对沟槽腐蚀性能的影响。
[0006]ERW焊接方法带来的另外一个问题是在连续油管的内壁形成内毛刺，例如某厂生产的规格为Φ38.lmm*3.2mm(直径*壁厚)的连续油管，其内毛刺高度甚至可达1.8mm。在连续油管内，由于内毛刺的出现，使其通径减小，利用程度受到大幅限制，经常需要不合理地扩大其内径，造成材料和成本的浪费。
[0007]激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光能量、离焦量和焊接速度等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。但是，由于其成本昂贵和作业条件的限制，目前并没有被用于连续油管的制造中。
【发明内容】
[0008]本发明旨在提供一种双相不锈钢连续油管的制造方法，其用激光焊接技术代替了传统的ERW焊接，有效地解决了现有技术中连续油管的内毛刺问题和沟槽腐蚀问题。同时，根据本发明的双相不锈钢连续油管的制造方法，还从形成连续油管的钢带的组分和生产工艺、成型设备、焊接工艺、热处理和防腐蚀工艺等多个方面进行了改进，使之能够不间断地生产出连续油管，同时使得生产出来的连续油管不仅满足强度要求、而且还满足了作业工况中的耐腐蚀问题，具有广阔的应用前景。
[0009]根据本发明的双相不锈钢连续油管的制造方法，包括以下步骤:
[0010](1)从供带盘供给双相不锈钢的钢带到清洗装置，利用碱性脱脂液去除钢带表面的杂质；
[0011](2)使钢带经过辊压装置，以产生初步的变形，便于形成连续油管的形状；
[0012](3)使钢带经过管成型装置，以形成连续油管的形状；
[0013](4)采用激光焊接方法将钢带的对缝焊接成一体；
[0014](5)对连续油管进行定径处理；
[0015](6)对连续油管进行整管固溶处理；
[0016](7)对连续油管进行精整和卷盘封装。
[0017]优选地，在步骤(1)和(2)之间增加步骤:在利用碱性脱脂液清洗结束后，用清水对钢带表面进行超声波清洗，以去除表面的脱脂液;然后经过干燥吹风装置吹干钢带的表面。在步骤(4)和(5)之间增加去除外毛刺的步骤，外毛刺通过毛刺去除装置物理去除或者在外毛刺集中的区域涂抹毛刺去除液来去除。在上述步骤(7)中，在连续油管精整后，在连续油管的外表面涂抹防腐剂，用于防止连续油管表面的腐蚀。
[0018]优选地，双相不锈钢的钢带中的化学成分按照质量百分比为:C:0.02-0.022%，Μη: 1.5-1.7%，S1:0.32-0.34% ,Cr: 22-23% ,Ni:4.1-6.4% ,Ν: 0.14-0.2% ,Μο: 3.1-3.2%，P:0.012-(h014%，S:(h013-(h015%，其余是 Fe 和不可避免的杂质;
[0019]钢带的制备过程为:第一，将上述组分按照对应的质量百分比冶炼并浇铸成板坯；第二，将板坯加热到1200-1220°C，保温时间为10-12分/毫米，取决于板坯的厚度，粗乳12-15道次，乳制速度为5-7米/秒;第三，终乳温度控制范围为920-930°C，精乳6_8道次，乳制速度为3-4米/秒;第四，空冷至室温后卷取；
[0020]激光焊接的光斑直径为2mm，焊接功率为7850W，焦距为230mm，焊接速度为1.5米/分，焊接时使用氩气作为保护气。
[0021 ]优选地，清洗装置中的碱性脱脂液由氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠和水制成，各组分的质量分数分别为氢氧化钠0.7%、碳酸钠8%、硅酸钠3.5%，其余为水，脱脂过程中脱脂液的温度保持在85±5°C。
[0022]优选地，所述辊压装置包括第一辊压设备、第二辊压设备、第三辊压设备和第四辊压设备;所述第一辊压设备为相对于钢带居中设置的Η型压辊，绕水平轴线旋转，其下边缘辊压在钢带上，钢带的侧部与该端Η型压辊的下边缘之间的距离与钢带总宽度的比值为0.1-0.2;所述第二辊压设备为相对于钢带居中设置的盘状压辊，其厚度与钢带总宽度的比值为0.6-0.8，第二辊压设备的辊压面与侧面之间的夹角的范围为100-110°;所述第三辊压设备为相对于钢带居中设置的盘状压辊，其厚度与钢带总宽度的比值为0.4-0.5，第三辊压设备的辊压面与侧面之间的夹角的范围为110-120°;所述第四辊压设备为相对于钢带居中设置的盘状压辊，其厚度与钢带总宽度的比值为0.2-0.3，第四辊压设备的辊压面与侧面之间的夹角的范围为110-120°。
[0023]优选地，所述管成型装置包括三组挤压对辊，每组挤压对辊包括平行布置的两个工字型立辊，每个立辊绕竖直轴线转动，三组挤压对辊之间的间距依次减小，钢带依次经过挤压对辊腹板之间的空间。钢带的宽度与第一挤压对辊的腹板之间的距离的比值为1.8-2.3，钢带的宽度与第二挤压对辊的腹板之间的距离的比值为2.5-2.8，钢带的宽度与第三挤压对辊的腹板之间的距离的比值为3.0-3.1。
[0024]优选地，所述固溶处理具体为将双相不锈钢连续油管升温至1040_1080°C，保温4-8分钟，然后迅速水冷，将温度控制在300°C以下。
[0025]根据本发明的双相不锈钢连续油管的制造方法，能够不间断地生产出连续油管，同时使得生产出来的连续油管不仅满足强度要求、而且还满足了作业工况中的耐腐蚀问题，具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0026]图1显示了本发明的双相不锈钢连续油管的制造系统的示意图。
[0027]图2显示了本发明的第一辊压设备。
[0028]图3显示了本发明的第二辊压设备。
[0029 ]图4显示了本发明的第三辊压设备。
[0030]图5显示了本发明的第四辊压设备。
[0031]图6显示了本发明的第一挤压对辊。
[0032]图7显示了本发明的第二挤压对辊。
[0033]图8显示了本发明的第三挤压对辊。
【具体实施方式】
[0034]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本