用于由拉拔生產具有冶金結合的多層管的方法和通過該方法生產的多層管的制作方法
【專利說明】用于由拉拔生產具有冶金結合的多層管的方法和通過該方法 生產的多層管
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于通過至少一個熱機械成型步驟而由至少一個內管和一個外 管來生產具有冶金結合(metallurgical bond，冶金接合）的多層管的方法。通過該方法生 產的管通常具有耐腐蝕層，這使它們能夠在高度腐蝕的環(huán)境中使用，并且能夠使管具有高 機械強度。
[0002] 現(xiàn)有技術的說明
[0003] 多層管，諸如具有冶金結合(也被稱為"復合管(clad pipe，包覆管)"）的管和具有 機械結合(也被稱為"襯里管（lined pipes)"）的管，以及它們的制造方法是當前工業(yè)發(fā)展 的目標，上述涂層管主要用于石油工業(yè)，其中，可能有強機械應力和高腐蝕環(huán)境。內部循環(huán) 流體可促進對管的化學侵蝕，需要使用耐腐蝕合金。
[0004] 根據在標準DNV-0S-F101和API 5LD中提供的定義，復合管包括具有耐腐蝕內層的 外管，在此在這些材料之間的結合是冶金性的。根據在DNV OS F101和API 5LD中提供的定 義，襯里管包括具有耐腐蝕內層的外管，在此在這些材料之間的結合是機械性的。
[0005] 現(xiàn)有技術包含用于制造復合管的幾個過程，一般包括:材料預備步驟、可選層步驟 和包覆步驟。在大批次生產的工業(yè)規(guī)模中使用的兩個眾所周知的過程是通過乳制的包覆和 堆焊。
[0006] 在通過板材乳制的包覆過程中，同時進行兩種不同材料的板材乳制，上述過程形 成一個單一的包覆板材。然后該板材被處理、成型和縱向焊接而形成接縫復合管。
[0007] 在通過堆焊的包覆過程中，材料通過在整個內管表面的角焊縫的沉積物而結合。 在角焊縫中使用的材料通常是耐腐蝕合金。焊接沉積過程能夠在復合管的內部材料與外部 材料之間形成冶金結合。
[0008] 文獻GB2085330披露了一種生產復合管的方法，該方法包括第一冷拉拔以在內管 與外管之間獲得良好的機械結合。然后，中間產物在爐子中經歷加熱步驟，在此兩個管結合 在一起。隨后，中間產物經歷熱加工步驟以用于通過壓制或乳制來成形最終產品。在該文獻 中，復合管的制造過程進一步包括對在冷拉拔中待接觸的表面進行準備的步驟。該步驟包 括通過拋光清潔待接觸的表面?？商娲?，該步驟可包括對接觸表面進行噴丸而不是拋光。
[0009] 同樣根據文獻GB2085330,在此在內管與外管之間的熱膨脹系數(shù)中的差異是大的， 結合管的端部被焊接，以防止空氣入侵到形成結合管的材料之間，由于空氣入侵可影響管 的品質。通常，在冷成型和熱成型之后，也需要乳制的最后步驟。
[0010]文獻US3598156披露了一種生產具有接合金屬的雙金屬管件的方法，其在內管與 外管之間實現(xiàn)冶金結合。在上述文獻描述的過程中，內管的冷膨脹使用漸縮的心軸執(zhí)行，確 保在三個金屬層之間的穩(wěn)固結合。然后，管通過電磁線圈加熱，引起內管較高的膨脹系數(shù)以 比外管擴張更多，在接合中間層上施加大的壓力。在沒有熔化內管和外管的情況下，該接合 層熔化，并且隨后它再次凝固，在內管與外管之間形成冶金結合。該文獻沒有提出后續(xù)的熱 拉拔步驟。
[0011]此外，該文獻也披露了在冷拉拔之前，進行了內管的外表面和外管的內表面的化 學處理和/或拋光。然而，它沒有提出噴丸處理(blasting)這些表面以提高表面的粗糙度和 接觸力。由于它是復合管，即，兩個管以冶金方式結合在一起，不需要增加管之間的結合的 機械強度和表面粗糙度，這對襯里管將是重要的。然而，利用該處理也可獲得復合產品的改 善。
[0012] 在現(xiàn)有技術中呈現(xiàn)的復合同心管的方法一直包括預備步驟、成型或沉積焊接材料 的步驟(該步驟在管之間形成冶金結合）以及拋光步驟，其一般地是在層壓、壓制、乳制、擠 壓或冷拉拔之間的步驟。
[0013] 現(xiàn)有技術方法沒有披露僅在一個成形步驟中生產復合管，而沒有拋光步驟。另外， 現(xiàn)有技術的方法均沒有提出在單一生產線上執(zhí)行所有步驟而無需將管在步驟之間從一個 工作臺移動到另一個或將加熱的管從爐子內部移動到生產線的可能性，它負擔生產的過程 和速度以及勞動。現(xiàn)有技術文獻均沒有披露具有冶金結合的無縫多層管。
[0014] 本發(fā)明的簡要說明
[0015] 本發(fā)明的目的是通過用于由管狀元件生產具有冶金結合的多層管的方法來實現(xiàn)， 管狀元件包括至少一個金屬材料的其他管和布置在外管之內的一個金屬材料的內管，外管 的內表面機械地結合到內管的外表面，該方法包括以下步驟：
[0016] 在生產線上，管狀元件被同時加熱和拉拔，其中，管狀元件的每個部分經受通過感 應的加熱，并且然后經受熱拉拔，并且其中管狀元件利用位于它內部的心軸而被拉拔。
[0017]外管包括碳錳鋼合金，并且內管包括耐腐蝕合金。
[0018] 優(yōu)選地，當與電磁線圈交叉時，布置在生產線上的管狀元件的每個區(qū)段在至少900 °c的溫度下被加熱。同樣優(yōu)選地，在加熱和拉拔的步驟中，管狀元件被拉而穿過至少一個電 磁線圈的內部，在此它被加熱到950°與1050°C之間的溫度，并且被拉而穿過連續(xù)地 (sequentially，順序地)布置在電磁線圈的輸出端中的拉拔模，其中，心軸設置在管狀元件 內并與拉拔模開口對準。
[0019] 拉拔步驟可包括通過在拉拔模與心軸之間的管狀元件的壓縮來減小管狀元件的 壁厚。
[0020] 該方法可在拉拔步驟之后進一步包括至少一個熱處理步驟，其中，管狀元件經受 冷卻。也可實施冷拉拔的步驟，內管的內表面和外管的外表面的預先潤滑是可選擇的，以便 提高幾何公差和表面光潔度。此外，在拉拔之后可執(zhí)行管狀元件的彎曲的另外的步驟。
[0021] 本發(fā)明的目的通過具有由在本文中描述的方法生產的冶金結合的多層管實現(xiàn)，多 層管包括至少一個金屬材料的外管和布置在外管之內的一個金屬材料的內管，外管的內表 面冶金(metal lurgical ly)結合到內管的外表面，外管由碳猛鋼構成，并且內管由耐腐蝕合 金構成。
[0022] 金屬材料的內管可由包括碳鋼、低合金鋼、高合金鋼、不銹鋼、鎳基合金、鈦基合 金、鈷基合金、銅基合金、錫基合金和鋯基合金中的至少一種的材料制成。外管和內管優(yōu)選 地是無縫管。
[0023] 多層管可包括布置在外管與內管之間的至少一個金屬材料的中間層，金屬材料的 中間層。中間層的熔點可低于外管和內管的熔點。中間層可包括鎳(Ni)或鋯(Zn)。多層管可 包括布置到外管的外部的另外的外層，外層由具有內直徑大于外管的外直徑的第二外管制 成，并且冶金結合到外管。外層優(yōu)選地由耐腐蝕合金、耐磨損合金和耐疲勞合金形成。在多 層管中，在外管與內管之間可能達到100%的冶金結合。
[0024] 附圖的簡要說明
[0025] 將基于在附圖中所示的執(zhí)行的一實例進一步更詳細地描述本發(fā)明。附圖示出了 ：
[0026] 圖1是用于生產本發(fā)明的多層管的方法的熱拉拔步驟的第一實施方式的示意圖；
[0027] 圖2是根據本發(fā)明的步驟的框圖；
[0028] 圖3是用于生產本發(fā)明的多層管的方法的熱拉拔步驟的第二實施方式的示意圖；
[0029] 圖4是通過本發(fā)明的方法生產的機械結合管之間的界面的圖片，結合了在管之間 的界面中的鐵元素和鎳元素的濃度的圖表;以及
[0030]圖5是通過本發(fā)明的方法生產的具有冶金結合的拉拔多層管的實施方式的管之間 的界面的圖片，結合了管之間的界面中的鐵元素和鎳元素的濃度的圖表。
[0031] 附圖的詳細說明
[0032] 如可在圖1到圖5中看出，本發(fā)明涉及一種用于從管狀元件生產具有冶金結合的多 層管1的方法，管狀元件包括至少一個金屬材料的外管10和一個金屬材料20的內管，使得由 該方法生產的管是如下的多層管:包括至少一個由外管10制成的外層，外層至少部分地以 冶金方式結合到由內管20制成的內層。管狀元件可以替代地最初包括多于兩個管，形成具 有至少部分地以冶金方式結合至彼此的多層的一個管1。
[0033]通過該方法生產的多層管可以是復合管，當利用本發(fā)明的方法所生產的多層管所 包含的多層之間的結合滿足標準ASTM A578和API 5LD的最低要求時，即，在管的表面上的 任何非包覆區(qū)域在以不連續(xù)的顯示為中心的225mm乘225mm的正方形掃描區(qū)域內可不超過 25mm的直徑。此外，管在距離管的端部的100mm的距離內不應當有任何非包覆區(qū)域。根據本 發(fā)明，復合管可通過根據本發(fā)明的方法制造，在外管10與內管20之間的包覆達到100%。 [0034]構成管狀元件的管優(yōu)選地是無縫管。在這種情況下，通過根據本發(fā)明的方法生產 的多層管也是無縫的。在本發(fā)明的可替代的實施方式中，外管10可以是無縫管，并且內管20 可以是焊縫管。
[0035]內管20優(yōu)選地由耐腐蝕合金(CRA)制成，并且最初布置在外管10內，形成一種用于 后者的涂層。內管也可由耐磨損合金(WRA)或耐疲勞合金制成。通常，外管10負責提供最終 的多層管機械強度。同樣重要的是，外管10的內表面機械地結合到內管20的外表面，使得在 兩個管之間沒有氧氣。在管之間的界面處存在氧氣可導致氧化物的產生