專利名稱：具有鎳磷合金防腐層的油管及制造方法
技術領域：
本發明涉及一種具有鎳磷合金防腐層的油管及制備方法。
現有技術中對油田油管的防護一般采用噴涂或刷涂環氧樹脂涂層的方法，此種方法制備的有機涂層其涂料僅是機械地涂敷在金屬基體表面上再經過干燥固化，因此涂層與基體結合力差，不耐沖擊，有氣孔，膨脹系數不一致，易剝落，成本高，且耐酸堿及耐高溫性能較差，使用溫度不能超過80℃，在某些油田，通過向井下注酸來提高石油產量，具有有機涂層的鋼管，其涂層在一次注酸之后全部剝落，之后三個月內其鋼管全部需更換，當油井深度在5000米以上時，井下溫度高達150℃，因此具有有機防護涂層的油管不宜使用。在海洋油田，在海水浸泡下，油管的有機涂層在三個月內將剝落而必需更換，而對于沒有防護層的油管，使用期不超過三個月，因此大大提高了采油成本，是影響油田生產效率和高成本的主要因素之一。
本發明的目的是提出一種具有鎳磷合金防護層的油管及其制備方法，以解決現有技術中的不足，該防腐層與油管鋼基體應有很好的結合力，致密，均勻，耐撞擊，耐腐蝕，耐高溫。
本發明是一種具有鎳磷合金防腐層的鋼基油管，該油管的內外表面包括絲扣螺紋具有一層致密，均勻，結合力良好的鎳磷合金層，鎳磷合金的比例為鎳89-93%，磷7-11%，層厚為10-15微米。
本發明的制備方法如下1、預處理，預處理包括打砂，除油、除銹，水洗等工序，其流程為打砂→除油→除銹→水洗;
2、鎳磷合金化學沉積鍍，將經過預處理的鋼管浸入鍍液中，鋼管在鍍槽中的狀態為頃斜放置，與水平夾角20-30°，以利氫氣排出，鍍液在鍍槽中經過濾機和泵循環流動，鋼管浸入時間15-30分鐘，鍍液溫度80-90℃，鍍液的化學成分如下(1)主鹽硫酸鎳 NiSo4·6H2O或氯化鎳 NiCl2·6H2O 含量15-45克/升(2)還原劑次亞磷酸鈉NaH2PO2·H2O 含量15-45克/升(3)絡合劑雙絡合體系 含量10-30克/升(4)加速劑雙絡合促進劑，如丁二酸，蘋果酸，甘氨酸丙酸等 含量2-10克/升(5)PH緩沖劑醋酸鈉或硼酸等 含量5-15克/升(6)光亮劑Pb2+、cd2+、炔醇、奈磺酸含量1-200PPm(7)穩定劑Pb2+、Sn2+、Sb3+、IO3、硫脈、上述選用一種或二種含量1-20PPm。
鍍液PH值4.2-5.2，沉積速度12-35微米/小時。
3、后處理，后處理包括鈍化、水洗、其工序為鈍化→水洗→成品。
本發明化學鍍鎳磷合金是用次磷酸鹽做還原劑使鎳離子還原成金屬鎳、用時次磷酸鹽分解產生磷，因而在具有催化表面的鍍件上可獲得均勻的鎳磷合金沉積層，因此，這種化學沉積方法稱為自催化鍍，又稱為無電解鍍。所謂無電解鍍是指沒有外電流通過，而利用還原劑將溶液中的金屬離子化學還原沉積出來。鍍液中即提供鎳離子Ni2+，又提供還原劑，在反應過程中，鎳和磷均勻地沉積到活化的鍍件表面上，同時產生氫氣H2，所以能浸到這種鍍液的金屬表面都能鍍上Ni-P合金屬，同時也要讓H2氣體排出。
以次亞磷酸鹽為還原劑的具體反應如下
由上述反應得到的Ni-P合金層與鋼的結合力良好，優于一般電鍍，而且鍍層均勻，致密、無氣孔，耐溫達到800℃以上，該鍍層達到以下指標1、鎳磷含量 7-11%P，89-93%Ni2、硬度 480-550HV(鍍態)1000HV(69RCH)(300℃熱處理后)3、熔點 860-880℃4、耐腐性 2-3mg/1000twi5、外觀 白色光亮6、密度 7.72-8.07、延展性 過彎曲也不脫落折斷8、強度 超過700MPa(100，000Psi)9、結合力 400-450MPa(60，000Psi)10、內應力 ＜7MPa張應力11、熱膨脹系數 12-13μm/m/℃12、電阻 70-80μΩ-cm13、熱導 0.01Cal/cm/sec/℃
14、磁化率 非磁性15、孔隙率 15μm內無孔隙16、耐蝕性 優于電鍍Ni、Cr(鹽霧試驗)采用本發明使油管的使用壽命提高二倍以上，其鍍液成份完全采用工業品原料，壽命可達到五個循環以上，因此生產成本大大降低，可滿足大規模工業化生產，而且鍍速快，使之具有較高的生產效率。利用本發明方法，對復雜形狀的鍍件如油管的螺紋連接處，均可獲得致密，均勻，結合力良好的鍍層。
采用本發明，可以節省大量原材料和由于更換油管而占用的人力物力，一口油井井深一般為2000米。最深達5000米，使用10米長絲扣油管200-500根，少更換一次可節省材料費40-100萬元，綜合費用50-130萬元，因此，采用本發明可以獲得巨大的經濟效益，提高生產效率。
實施例油田用油管規格φ2.5寸，長10米鋼管，經過內外壁打砂，除油除銹前處理，浸入本發明無電解鍍(化學鍍)液中鍍23分鐘即可獲得14.5微米鍍層，達到防腐要求，可在井下使用3-5年不腐蝕。
具體工藝流程如下油管經過如下工藝打砂-→堿除油-→水洗-→水洗-→鹽酸洗-→水洗-→水洗-→化學鍍鎳磷-→水洗-→CrO3鈍化-→水洗-→成品。
打砂采用常規打砂設備。堿除油用一般工廠采用的除油液在65℃除油20min。鹽酸洗是除銹并具活化作用，選1.1鹽酸。水洗干凈后，油管浸入化學鍍鎳液中，油管要有一定角度25°放入鍍槽中，以便油管內鍍鎳時產生的氫氣排出，鍍液要用過濾機或泵循環，加強鍍液流動。鍍液采用不銹鋼蒸氣管加熱，操作溫度85℃。10根油管用體積5000升槽鍍。
按上述參數獲得層厚為14.5微米的鎳磷合金鍍層，鎳含量為90%，磷含量為10%，硬度500Hv，熔點867℃，耐腐蝕性2.8mg/100twi，密度7.75，強度720MPa，內應力6.2MPa，熱膨脹系數12.5μm/m/℃，電阻75μΩ/cm，熱導0.01cal/cm/sec/℃，非磁性，無孔隙，彎曲90度不折斷，白色光亮外觀。
權利要求
1.一種油田用鋼基油管，其特征在于該油管的內外表面，包括絲扣螺紋具有一層鎳磷合金防腐層，鎳磷合金比例為鎳89-93%，磷7-11%，層厚為10-15微米。
2.權利要求1所述油管的制備方法，包括預處理和后處理工序，預處理工序流程為打砂-→除油-→除銹-→水洗，后處理工序為鈍化-→水洗-→成品，其特征在于在預處理工序后采用化學沉積法在油管鋼基內外表面鍍鎳磷合金，其過程如下將經過預處理的鋼管浸入鍍液中，鋼管在鍍槽中狀態與水平呈20-30度夾角以利氫氣排出，鍍液在鍍槽中經過濾機和泵循環流動，鋼管浸入時間15-30分鐘，鍍液溫度80-90度，鍍液的化學成份為主鹽硫酸鎳，含量15-45克/升，還原劑次亞磷酸鈉，含量15-45克/升，絡合劑，含量10-30克/升，加速劑，含量10-30克/升，PH緩沖劑，含量5-15克升，光亮劑，含量1-200PPm，穩定劑，含量1-20PPm，PH值4.2-5.2，沉積速度12-35微米/小時。
3.按權利要求2所述制備方法，其特征在于鍍液成份中主鹽是氯化鎳，絡合劑為雙絡合體系，加速劑為雙絡合促進劑如丁二酸，或蘋果酸，或甘氨酸，或丙酸，PH緩沖劑是醋酸鈉或硼酸，光亮劑是Pb2+或cd2+或炔醇或奈黃酸，穩定劑是在下述成份選用一種或二種Pb2+、Sn2+、Sn3+、IO-3、硫脲。
全文摘要
本發明涉及一種油田用油管，具體說是一種利用化學沉積鍍的方法獲得的具有鎳磷合金防腐層的油管及制備方法，其工藝流程為預處理→鎳磷合金化學沉積鍍→后處理。利用本發明制備的具有鎳磷合金防腐層的油管，具有優良的防腐特性，鍍層與鋼基體結合良好、致密、均勻、耐沖擊，外觀白色光亮，過彎曲鍍層不折斷與脫落，無孔隙，耐高溫，提高使用壽命二倍以上，并可工業化大規模生產。
文檔編號C23C18/31GK1089341SQ93100518
公開日1994年7月13日 申請日期1993年1月3日 優先權日1993年1月3日
發明者孫克寧 申請人:孫克寧