一種n08028合金無縫鋼管的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種N08028合金無縫鋼管的制造方法，涉及無縫鋼管制造【技術(shù)領(lǐng)域】。其包括下述步驟：（1）離心鑄造：采用離心鑄造技術(shù)生產(chǎn)N08028合金空心管坯；（2）徑向鍛造：利用徑向鍛造機(jī)對空心管坯進(jìn)行徑向鍛造，形成徑向鍛坯；（3）熱擴(kuò)孔：利用擴(kuò)孔機(jī)對徑向鍛坯進(jìn)行熱擴(kuò)孔，形成坯料；（4）熱擠壓：利用擠壓機(jī)對坯料進(jìn)行熱擠壓成型，形成熱擠壓荒管；（5）冷變形：利用冷軋機(jī)組或徑向鍛造機(jī)對熱擠壓荒管進(jìn)行冷變形，形成無縫鋼管。本發(fā)明材料利用率高，制造成本和廢品率較低，產(chǎn)品質(zhì)量好，不僅能滿足耐蝕性能要求，而且具有較高的強(qiáng)度和硬度，能滿足油氣田苛刻環(huán)境的工作要求。
【專利說明】一種N08028合金無縫鋼管的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無縫鋼管制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是油井用無縫鋼管的制造。
【背景技術(shù)】
[0002]自20世紀(jì)60年代開始，隨著超深、高硫油氣井相繼被發(fā)現(xiàn)和開采，對油井管、油套管及接箍料用無縫鋼管的要求變得越來越苛刻。目前，世界油氣田中大約1/3含有H2S氣體，我國油氣資源中，大部分含有CO2和H2S。其中，部分油井氣僅含CO2或僅含H2S,而更多的油井氣同時含有CO2和H2S。由于這類油氣井中含有大量的H2S、C02、C1_等腐蝕性介質(zhì)，普通的碳鋼、低合金鋼乃至13Cr、22Cr等不銹鋼已無法滿足開采環(huán)境的要求，石油行業(yè)迫切需要開發(fā)出具有更好耐蝕性的油井用無縫鋼管材料。高鎳合金與一般不銹鋼相比，不僅具有良好的抗全面腐蝕、局部腐蝕以及應(yīng)力腐蝕的能力,還具有良好的綜合力學(xué)性能和冷、熱加工性能，因此各種高鎳合金便很快應(yīng)用到了耐蝕油井用無縫鋼管的制造中，UNS N08028合金便是其中的一種。(UNS是UNIFIED NUMBERING SYSTEM “統(tǒng)一編號系統(tǒng)”的縮寫，是由美國機(jī)動車工程師學(xué)會SAE和美國材料與試驗協(xié)會ASTM于1967年共同設(shè)計的一種便捷地編號系統(tǒng)。目前該編號系統(tǒng)已在SAE和ASTM標(biāo)準(zhǔn)中形成文件加以詳細(xì)說明。SAE標(biāo)準(zhǔn)號為J1086，ASTM標(biāo)準(zhǔn)號為E527，名稱為“金屬和合金編號推薦方法”。UNS編號系統(tǒng)的編號方法是由一個字母和五位數(shù)字組成，N00001?N99999代表鎳和鎳合金，UNS N08028對應(yīng)的中國不銹鋼牌號為0Cr27Ni31Mo3Cu)。
[0003]UNS N08028合金含Cr量高達(dá)27%且含Mo的高合金奧氏體不銹鋼，具有良好的力學(xué)性能和機(jī)械加工性能，在腐蝕性介質(zhì)中可形成鈍化膜隔絕基體和腐蝕介質(zhì)的接觸從而具有優(yōu)良的耐蝕性。接箍料為連接油井管或油套管的接箍提供的管料，N08028合金油井管、油套管及接箍料用無縫鋼管可滿足石油開采環(huán)境的要求。
[0004]目前，無縫鋼管的制造方法非常多，有周期軋制方法、頂伸方法、擠壓方法、連軋方法、斜軋方法及配套冷軋、冷鍛方法等，一般方法均為采用軋坯或鍛坯作為原料進(jìn)行穿孔、延伸軋制的方法。
[0005]UNS N08028合金無縫鋼管由于高溫變形抗力大，熱穿孔非常困難，只能采用機(jī)械鉆擴(kuò)孔的方式形成空心管坯。采用該種方式不僅造成心部材料的浪費(fèi)，金屬收得率與成材率低，而且機(jī)械鉆擴(kuò)孔的難度極高，熱加工困難，廢品率較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種N08028合金無縫鋼管的制造方法，材料利用率高，制造成本和廢品率較低，產(chǎn)品質(zhì)量好，不僅能滿足耐蝕性能要求，而且具有較高的強(qiáng)度和硬度，能滿足油氣田苛刻環(huán)境的工作要求。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種N08028合金無縫鋼管的制造方法，包括下述步驟:
(I)離心鑄造:采用離心鑄造技術(shù)生產(chǎn)N08028合金空心管坯，空心管坯在大于950°C下入水淬水后均質(zhì)化處理，再對空心管坯的內(nèi)、外表面進(jìn)行機(jī)械加工,清洗；
(2)徑向鍛造:將空心管坯加熱到1100°C?1250°C后，對空心管坯添加玻璃粉潤滑劑，利用徑向鍛造機(jī)對空心管坯進(jìn)行徑向鍛造，形成徑向鍛坯，徑向鍛坯在大于950°C下入水淬水后對其內(nèi)、外表面及端面進(jìn)行機(jī)械加工；
(3)熱擴(kuò)孔:對徑向鍛坯依次進(jìn)行預(yù)熱、一次感應(yīng)加熱和內(nèi)外表面添加玻璃粉潤滑劑后，利用擴(kuò)孔機(jī)對徑向鍛坯進(jìn)行熱擴(kuò)孔，形成坯料；
(4)熱擠壓:對坯料依次進(jìn)行水除鱗、二次感應(yīng)加熱和內(nèi)外表面添加玻璃粉潤滑劑后，利用擠壓機(jī)對坯料進(jìn)行熱擠壓成型，形成熱擠壓荒管，熱擠壓荒管在大于950°C下入水淬水；
(5 )冷變形:對熱擠壓荒管進(jìn)行固溶處理后，利用冷軋機(jī)組或徑向鍛造機(jī)對熱擠壓荒管進(jìn)行冷變形，形成無縫鋼管。
[0008]進(jìn)一步的，無縫鋼管為油井管、油套管及接箍料。
[0009]進(jìn)一步的，步驟(I)中均質(zhì)化處理溫度為1050°C?1200°C，保溫時間大于10小時。
[0010]步驟(I)中對空心管坯的機(jī)械加工為:外表面單邊加工去掉2_?6_，內(nèi)表面單邊加工去掉3mm?12mm。
[0011]步驟(2)中對徑向鍛坯的機(jī)械加工為:外表面加工去掉0.5mm?3mm，內(nèi)表面加工去掉Imm?5mm,兩個端面各加工去掉IOmm?30mm。
[0012]步驟(3)中預(yù)熱溫度為600°C?1000°C，一次感應(yīng)加熱溫度為1050°C?1200°C。
[0013]步驟(4)中二次感應(yīng)加熱溫度為1100°C?1250°C;擠壓速度為120?250mm/s，擠壓比為3?10。
[0014]步驟(5)中固溶處理溫度為1050°C?1200°C，保溫時間為20min?120min ;冷變形的變形量為30%?50%。
[0015]進(jìn)一步的，步驟(5)中的無縫鋼管再進(jìn)行一次固溶處理，固溶處理溫度為1050°C?1200°C，保溫時間20min?120min，之后進(jìn)行二道次冷軋或冷鍛變形，變形量為
40% ?60%。
[0016]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:
(1)采用“離心鑄造+徑向鍛造工藝”生產(chǎn)原料管，與軋制或鍛造坯料相比，省去了鉆擴(kuò)孔工序，總材料利用率提高10%_20%，制造成本降低10%以上；并且徑向鍛造可使離心鑄造的空心管坯均勻受力和變形、晶粒細(xì)化，晶粒度可達(dá)3.5級以上，明顯好于離心坯或鋼錠坯的柱狀晶或粗大等軸晶組織，原料管質(zhì)量明顯優(yōu)于鋼錠坯及離心坯本身，具備更好的基礎(chǔ)條件，產(chǎn)品質(zhì)量好；
(2)采用“徑向鍛造、熱擴(kuò)孔、熱擠壓+玻璃粉潤滑”的制造方法，避免了變形過程中出現(xiàn)的內(nèi)外表面缺陷，制造過程中的廢品率低；
(3)“熱擴(kuò)孔”可細(xì)化管坯晶粒，提高塑性；
(4)UNS N08028合金通過本方法的離心鑄造、徑向鍛造、熱擴(kuò)孔、熱擠壓和冷變形處理后強(qiáng)度、硬度等可滿足油氣田苛刻環(huán)境的工作要求。
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1外徑Φ 177.8mm、壁厚9.19mm的N08028合金油井管用無縫鋼管的制造方法，包括下述步驟:
(I)離心鑄造:米用離心鑄造技術(shù)生產(chǎn)外徑Φ466ι?πι、內(nèi)徑Φ210ι?πι、長1500mm的N08028合金空心管坯，空心管坯在大于950°C下入水淬水，冷卻后空心管坯進(jìn)行均質(zhì)化處理，均質(zhì)化處理溫度為1050°C，保溫12小時。離心鑄造的空心管坯外表面由于涂料的原因?qū)⑿纬删鶆虻耐勾虪?，?nèi)表面由于離心力的排渣作用存有薄薄的渣層，需要對空心管坯的內(nèi)、外表面進(jìn)行機(jī)械加工:外表面單邊加工4mm，內(nèi)表面單邊加工12mm。機(jī)械加工之后取樣進(jìn)行性能檢驗及整體探傷，達(dá)到完全合格后將空心管坯在清洗機(jī)內(nèi)進(jìn)行表面清洗。
[0018](2)徑向鍛造:將經(jīng)上述處理的空心管坯放入加熱爐，加熱到1100°C后，對空心管坯添加玻璃粉潤滑劑。玻璃粉采用空壓風(fēng)通過管道吹入空心管坯內(nèi)，其中管道頭部焊死，在兩邊開縫，玻璃粉從縫隙處吹入空心管坯內(nèi)，保持潤滑均勻。再利用徑向鍛造機(jī)對加熱及潤滑后的空心管坯進(jìn)行徑向鍛造(徑向鍛造機(jī)間隔90°布置有四個砧子，鍛造時可使管坯均勻受力、變形)，形成徑向鍛坯，徑向鍛坯在大于950°C下入水淬水后對其內(nèi)、外表面及端面進(jìn)行機(jī)械加工，外表面加工去掉0.5mm,內(nèi)表面加工去掉5mm,兩個端面各加工去掉20mm,形成外徑Φ 357mm、內(nèi)徑Φ 180mm、長度為800mm的徑向鍛還。
[0019](3)熱擴(kuò)孔:將徑向鍛坯在環(huán)形爐內(nèi)預(yù)熱，預(yù)熱溫度為600°C;之后進(jìn)行一次感應(yīng)加熱，一次感應(yīng)加熱溫度為1200°C ;再對徑向鍛坯內(nèi)外表面添加玻璃粉潤滑劑后利用擴(kuò)孔機(jī)對徑向鍛坯進(jìn)行熱擴(kuò)孔，形成坯料。
[0020](4)熱擠壓:利用擠壓機(jī)自帶高壓水除鱗機(jī)對坯料進(jìn)行水除鱗；之后將坯料進(jìn)行二次感應(yīng)加熱，二次感應(yīng)加熱溫度為1100°c ;再對坯料內(nèi)外表面添加玻璃粉潤滑劑后利用擠壓機(jī)對坯料進(jìn)行熱擠壓成型，擠壓速度為250mm/s，擠壓比為4.7，形成外徑Φ 245mm、壁厚為22mm的熱擠壓荒管，熱擠壓荒管在大于950°C下入水淬水。
[0021](5)冷變形:對熱擠壓荒管進(jìn)行固溶處理，固溶處理溫度為1050°C，保溫時間為40min ;之后利用冷軋機(jī)組對熱擠壓荒管進(jìn)行一道次冷軋變形，變形量為33%，形成外徑Φ 219mm，壁厚為15mm的一道次冷軋無縫鋼管；再對一道次冷軋無縫鋼管進(jìn)行一次固溶處理，固溶處理溫度為1200°C，保溫時間20min，最后進(jìn)行二道次冷軋，變形量為51%，形成外徑Φ 177.8mm、壁厚9.19mm的N08028合金油井管用無縫鋼管。
[0022]檢測結(jié)果:徑向鍛坯內(nèi)析出相含量最嚴(yán)重視場小于3%，熱擠壓荒管析出相含量小于1%，成品油井管力學(xué)性能滿足要求，拉伸結(jié)果如表I所示，硬度如表2所示:
表I成品油井管拉伸檢測結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種N08028合金無縫鋼管的制造方法，其特征在于其包括下述步驟: (1)離心鑄造:采用離心鑄造技術(shù)生產(chǎn)N08028合金空心管坯，空心管坯在大于950°C下入水淬水后均質(zhì)化處理，再對空心管坯的內(nèi)、外表面進(jìn)行機(jī)械加工,清洗； (2)徑向鍛造:將空心管坯加熱到1100°C?1250°C后，對空心管坯添加玻璃粉潤滑劑，利用徑向鍛造機(jī)對空心管坯進(jìn)行徑向鍛造，形成徑向鍛坯，徑向鍛坯在大于950°C下入水淬水后對其內(nèi)、外表面及端面進(jìn)行機(jī)械加工； (3)熱擴(kuò)孔:對徑向鍛坯依次進(jìn)行預(yù)熱、一次感應(yīng)加熱和內(nèi)外表面添加玻璃粉潤滑劑后，利用擴(kuò)孔機(jī)對徑向鍛坯進(jìn)行熱擴(kuò)孔，形成坯料； (4)熱擠壓:對坯料依次進(jìn)行水除鱗、二次感應(yīng)加熱和內(nèi)外表面添加玻璃粉潤滑劑后，利用擠壓機(jī)對坯料進(jìn)行熱擠壓成型，形成熱擠壓荒管，熱擠壓荒管在大于950°C下入水淬水； (5 )冷變形:對熱擠壓荒管進(jìn)行固溶處理后，利用冷軋機(jī)組或徑向鍛造機(jī)對熱擠壓荒管進(jìn)行冷變形，形成無縫鋼管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種N08028合金無縫鋼管的制造方法，其特征在于所述無縫鋼管為油井管、油套管及接箍料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種N08028合金無縫鋼管的制造方法，其特征在于所述步驟(I)中均質(zhì)化處理溫度為1050°C?1200°C，保溫時間大于10小時。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種N08028合金無縫鋼管的制造方法，其特征在于所述步驟(I)中對空心管坯的機(jī)械加工為:外表面單邊加工去掉2mm?6mm，內(nèi)表面單邊加工去掉 3mm ?12mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種N08028合金無縫鋼管的制造方法，其特征在于所述步驟(2)中對徑向鍛還的機(jī)械加工為:外表面加工去掉0.5mm?3mm,內(nèi)表面加工去掉1_?5mm,兩個端面各加工去掉IOmm?30mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種N08028合金無縫鋼管的制造方法，其特征在于所述步驟(3)中預(yù)熱溫度為600°C?1000°C，一次感應(yīng)加熱溫度為1050°C?1200°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種N08028合金無縫鋼管的制造方法，其特征在于所述步驟(4)中二次感應(yīng)加熱溫度為1100°C?1250°C;擠壓速度為120?250mm/s，擠壓比為3?10。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種N08028合金無縫鋼管的制造方法，其特征在于所述步驟(5)中固溶處理溫度為1050°C?1200°C，保溫時間為20min?120min ;冷變形的變形量為 30% ?50%ο
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種N08028合金無縫鋼管的制造方法，其特征在于所述步驟(5)中的無縫鋼管再進(jìn)行一次固溶處理，固溶處理溫度為1050°C?1200°C，保溫時間20min?120min，之后進(jìn)行二道次冷軋或冷鍛變形，變形量為40%?60%。
【文檔編號】B23P15/00GK103447760SQ201310348669
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月12日
【發(fā)明者】王黎暉, 鞏國平, 葉海潮, 于滿, 王明新, 宋亞峰, 劉富強(qiáng), 王磊, 邢德科, 龐于思, 張愛亮, 張學(xué)濤, 徐曉雷, 申勇, 高杰, 郝云龍, 劉靜, 邵海麗 申請人:新興鑄管股份有限公司