一種雙相不銹鋼連續油管的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種雙相不銹鋼連續油管的制造方法，適用于石油工程的技術領域。
【背景技術】
[0002]雙相不銹鋼(Duplex Stainless Steel，簡稱DSS)，指鐵素體與奧氏體各約占50%，一般較少相的含量最少也需要達到30%的不銹鋼。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時還保持有鐵素體不銹鋼的475°C脆性以及導熱系數高、具有超塑性等特點。與奧氏體不銹鋼相比，強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼從20世紀40年代在美國誕生以來，已經發展到第三代。它的主要特點是屈服強度可達400-550MPa，是普通不銹鋼的2倍，因此可以節約用材，降低設備制造成本。在抗腐蝕方面，特別是介質環境比較惡劣(如海水，氯離子含量較高)的條件下，雙相不銹鋼的抗點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕及腐蝕疲勞性能明顯優于普通的奧氏體不銹鋼，可以與高合金奧氏體不銹鋼媲美。
[0003]連續油管(coiledtubing)，又稱撓性油管，一卷可長達萬米，能夠代替常規油管進行很多作業。連續油管作業設備具有帶壓作業、連續起下的特點，設備體積小，作業周期快，成本低。二十世紀90年代開始，連續油管技術得到了突飛猛進的發展。連續油管作業裝置已被譽為“萬能作業機”，廣泛應用于油氣田修井、鉆井、完井、測井等作業，貫穿了油氣開采的全過程。連續油管的作業環境決定了其將面臨嚴重的耐腐蝕問題。然而，現有技術中的連續油管均沒有采用雙相不銹鋼制造。
[0004]另一方面，現有技術中連續油管的制造是將鋼帶彎折成管的形狀，用電阻焊接(ERW)的方式形成連續油管。ERW利用高頻電流或感生高頻電流的電阻熱將管坯對接邊緣加熱熔化，并施以擠壓而焊合的生產工藝。與一般的焊接方法相比，ERW焊縫不采用外來填充金屬，且加熱速度快、生產效率高。但是由于沒有填充金屬，所以不能通過添加合金元素的方法來改善焊縫的綜合性能。此外，焊接過程中加熱溫度高，時間短，造成焊接溫度梯度大，使得某些鋼種易于產生硬化相和組織應力，增大焊縫脆性，導致綜合力學性能下降。
[0005]采用ERW制造連續油管最大的隱患是不可避免的溝槽腐蝕問題，其本質是局部相電化學不均勻導致的微區腐蝕。溝槽腐蝕的成因分為內因和外因兩大類。內因主要是指焊管產品自身因素，包括成分、微觀組織以及殘余應力對溝槽腐蝕性能的影響。具體地，焊接過程中的高熱量造成焊縫區的合金成分不同于母材，從而形成腐蝕電池;ERW焊接過程中，由于熱量的輸入，焊縫區及熔合線在溫度梯度場的作用下均會產生殘余應力，熔化的焊縫冷卻和固化過程中產生收縮，使焊縫兩側的母材金屬發生塑性變形，當整個構件冷卻到室溫后，鋼中存在較大的殘余應力，會加速鋼的腐蝕。外因主要是指連續油管的使用環境，包括介質種類、成分、溫度、壓力以及流體流速等。例如，連續油管使用時，必須要考慮介質中的二氧化碳、硫化氫、以及溫度和壓力等因素對溝槽腐蝕性能的影響。
[0006]ERW焊接方法帶來的另外一個問題是在連續油管的內壁形成內毛刺，例如某廠生產的規格為Φ38.lmm*3.2mm(直徑*壁厚)的連續油管，其內毛刺高度甚至可達1.8mm。在連續油管內，由于內毛刺的出現，使其通徑減小，利用程度受到大幅限制，經常需要不合理地擴大其內徑，造成材料和成本的浪費。
[0007]激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法。激光焊接是激光材料加工技術應用的重要方面之一。20世紀70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接過程屬熱傳導型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導向內部擴散，通過控制激光能量、離焦量和焊接速度等參數，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其獨特的優點，已成功應用于微、小型零件的精密焊接中。但是，由于其成本昂貴和作業條件的限制，目前并沒有被用于連續油管的制造中。
【發明內容】
[0008]本發明旨在提供一種雙相不銹鋼連續油管的制造方法，其用激光焊接技術代替了傳統的ERW焊接，有效地解決了現有技術中連續油管的內毛刺問題和溝槽腐蝕問題。同時，根據本發明的雙相不銹鋼連續油管的制造方法，還從形成連續油管的鋼帶的組分和生產工藝、成型設備、焊接工藝、熱處理和防腐蝕工藝等多個方面進行了改進，使之能夠不間斷地生產出連續油管，同時使得生產出來的連續油管不僅滿足強度要求、而且還滿足了作業工況中的耐腐蝕問題，具有廣闊的應用前景。
[0009]根據本發明的雙相不銹鋼連續油管的制造方法，包括以下步驟:
[0010](1)從供帶盤供給雙相不銹鋼的鋼帶到清洗裝置，利用堿性脫脂液去除鋼帶表面的雜質；
[0011](2)使鋼帶經過輥壓裝置，以產生初步的變形，便于形成連續油管的形狀；
[0012](3)使鋼帶經過管成型裝置，以形成連續油管的形狀；
[0013](4)采用激光焊接方法將鋼帶的對縫焊接成一體；
[0014](5)對連續油管進行定徑處理；
[0015](6)對連續油管進行整管固溶處理；
[0016](7)對連續油管進行精整和卷盤封裝。
[0017]優選地，在步驟(1)和(2)之間增加步驟:在利用堿性脫脂液清洗結束后，用清水對鋼帶表面進行超聲波清洗，以去除表面的脫脂液;然后經過干燥吹風裝置吹干鋼帶的表面。在步驟(4)和(5)之間增加去除外毛刺的步驟，外毛刺通過毛刺去除裝置物理去除或者在外毛刺集中的區域涂抹毛刺去除液來去除。在上述步驟(7)中，在連續油管精整后，在連續油管的外表面涂抹防腐劑，用于防止連續油管表面的腐蝕。
[0018]優選地，雙相不銹鋼的鋼帶中的化學成分按照質量百分比為: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 和不可避免的雜質;
[0019]鋼帶的制備過程為:第一，將上述組分按照對應的質量百分比冶煉并澆鑄成板坯；第二，將板坯加熱到1200-1220°C，保溫時間為10-12分/毫米，取決于板坯的厚度，粗乳12-15道次，乳制速度為5-7米/秒;第三，終乳溫度控制范圍為920-930°C，精乳6_8道次，乳制速度為3-4米/秒;第四，空冷至室溫后卷取；
[0020]激光焊接的光斑直徑為2mm，焊接功率為7850W，焦距為230mm，焊接速度為1.5米/分，焊接時使用氬氣作為保護氣。
[0021 ]優選地，清洗裝置中的堿性脫脂液由氫氧化鈉、碳酸鈉、硅酸鈉和水制成，各組分的質量分數分別為氫氧化鈉0.7%、碳酸鈉8%、硅酸鈉3.5%，其余為水，脫脂過程中脫脂液的溫度保持在85±5°C。
[0022]優選地，所述輥壓裝置包括第一輥壓設備、第二輥壓設備、第三輥壓設備和第四輥壓設備;所述第一輥壓設備為相對于鋼帶居中設置的Η型壓輥，繞水平軸線旋轉，其下邊緣輥壓在鋼帶上，鋼帶的側部與該端Η型壓輥的下邊緣之間的距離與鋼帶總寬度的比值為0.1-0.2;所述第二輥壓設備為相對于鋼帶居中設置的盤狀壓輥，其厚度與鋼帶總寬度的比值為0.6-0.8，第二輥壓設備的輥壓面與側面之間的夾角的范圍為100-110°;所述第三輥壓設備為相對于鋼帶居中設置的盤狀壓輥，其厚度與鋼帶總寬度的比值為0.4-0.5，第三輥壓設備的輥壓面與側面之間的夾角的范圍為110-120°;所述第四輥壓設備為相對于鋼帶居中設置的盤狀壓輥，其厚度與鋼帶總寬度的比值為0.2-0.3，第四輥壓設備的輥壓面與側面之間的夾角的范圍為110-120°。
[0023]優選地，所述管成型裝置包括三組擠壓對輥，每組擠壓對輥包括平行布置的兩個工字型立輥，每個立輥繞豎直軸線轉動，三組擠壓對輥之間的間距依次減小，鋼帶依次經過擠壓對輥腹板之間的空間。鋼帶的寬度與第一擠壓對輥的腹板之間的距離的比值為1.8-2.3，鋼帶的寬度與第二擠壓對輥的腹板之間的距離的比值為2.5-2.8，鋼帶的寬度與第三擠壓對輥的腹板之間的距離的比值為3.0-3.1。
[0024]優選地，所述固溶處理具體為將雙相不銹鋼連續油管升溫至1040_1080°C，保溫4-8分鐘，然后迅速水冷，將溫度控制在300°C以下。
[0025]根據本發明的雙相不銹鋼連續油管的制造方法，能夠不間斷地生產出連續油管，同時使得生產出來的連續油管不僅滿足強度要求、而且還滿足了作業工況中的耐腐蝕問題，具有廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0026]圖1顯示了本發明的雙相不銹鋼連續油管的制造系統的示意圖。
[0027]圖2顯示了本發明的第一輥壓設備。
[0028]圖3顯示了本發明的第二輥壓設備。
[0029 ]圖4顯示了本發明的第三輥壓設備。
[0030]圖5顯示了本發明的第四輥壓設備。
[0031]圖6顯示了本發明的第一擠壓對輥。
[0032]圖7顯示了本發明的第二擠壓對輥。
[0033]圖8顯示了本發明的第三擠壓對輥。
【具體實施方式】
[0034]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下文中將結合附圖對本