一種n08028合金無縫鋼管的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種N08028合金無縫鋼管的制造方法，涉及無縫鋼管制造【技術領域】。其包括下述步驟：（1）離心鑄造：采用離心鑄造技術生產N08028合金空心管坯；（2）徑向鍛造：利用徑向鍛造機對空心管坯進行徑向鍛造，形成徑向鍛坯；（3）熱擴孔：利用擴孔機對徑向鍛坯進行熱擴孔，形成坯料；（4）熱擠壓：利用擠壓機對坯料進行熱擠壓成型，形成熱擠壓荒管；（5）冷變形：利用冷軋機組或徑向鍛造機對熱擠壓荒管進行冷變形，形成無縫鋼管。本發明材料利用率高，制造成本和廢品率較低，產品質量好，不僅能滿足耐蝕性能要求，而且具有較高的強度和硬度，能滿足油氣田苛刻環境的工作要求。
【專利說明】一種N08028合金無縫鋼管的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無縫鋼管制造【技術領域】，尤其是油井用無縫鋼管的制造。
【背景技術】
[0002]自20世紀60年代開始，隨著超深、高硫油氣井相繼被發現和開采，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，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境的要求，石油行業迫切需要開發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、局部腐蝕以及應力腐蝕的能力,還具有良好的綜合力學性能和冷、熱加工性能，因此各種高鎳合金便很快應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 “統一編號系統”的縮寫，是由美國機動車工程師學會SAE和美國材料與試驗協會ASTM于1967年共同設計的一種便捷地編號系統。目前該編號系統已在SAE和ASTM標準中形成文件加以詳細說明。SAE標準號為J1086，ASTM標準號為E527，名稱為“金屬和合金編號推薦方法”。UNS編號系統的編號方法是由一個字母和五位數字組成，N00001?N99999代表鎳和鎳合金，UNS N08028對應的中國不銹鋼牌號為0Cr27Ni31Mo3Cu)。
[0003]UNS N08028合金含Cr量高達27%且含Mo的高合金奧氏體不銹鋼，具有良好的力學性能和機械加工性能，在腐蝕性介質中可形成鈍化膜隔絕基體和腐蝕介質的接觸從而具有優良的耐蝕性。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，只能采用機械鉆擴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，金屬收得率與成材率低，而且機械鉆擴孔的難度極高，熱加工困難，廢品率較高。

【發明內容】

[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種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，產品質量好，不僅能滿足耐蝕性能要求，而且具有較高的強度和硬度，能滿足油氣田苛刻環境的工作要求。
[0007]為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是: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:采用離心鑄造技術生產N08028合金空心管坯，空心管坯在大于950°C下入水淬水后均質化處理，再對空心管坯的內、外表面進行機械加工,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，利用徑向鍛造機對空心管坯進行徑向鍛造，形成徑向鍛坯，徑向鍛坯在大于950°C下入水淬水后對其內、外表面及端面進行機械加工；
(3)熱擴孔:對徑向鍛坯依次進行預熱、一次感應加熱和內外表面添加玻璃粉潤滑劑后，利用擴孔機對徑向鍛坯進行熱擴孔，形成坯料；
(4)熱擠壓:對坯料依次進行水除鱗、二次感應加熱和內外表面添加玻璃粉潤滑劑后，利用擠壓機對坯料進行熱擠壓成型，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:對熱擠壓荒管進行固溶處理后，利用冷軋機組或徑向鍛造機對熱擠壓荒管進行冷變形，形成無縫鋼管。
[0008]進一步的，無縫鋼管為油井管、油套管及接箍料。
[0009]進一步的，步驟(I)中均質化處理溫度為1050°C?1200°C，保溫時間大于10小時。
[0010]步驟(I)中對空心管坯的機械加工為:外表面單邊加工去掉2_?6_，內表面單邊加工去掉3mm?12mm。
[0011]步驟(2)中對徑向鍛坯的機械加工為:外表面加工去掉0.5mm?3mm，內表面加工去掉Imm?5mm,兩個端面各加工去掉IOmm?30mm。
[0012]步驟(3)中預熱溫度為600°C?1000°C，一次感應加熱溫度為1050°C?1200°C。
[0013]步驟(4)中二次感應加熱溫度為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]進一步的，步驟(5)中的無縫鋼管再進行一次固溶處理，固溶處理溫度為1050°C?1200°C，保溫時間20min?120min，之后進行二道次冷軋或冷鍛變形，變形量為
40% ?60%。
[0016]采用上述技術方案所產生的有益效果在于:
(1)采用“離心鑄造+徑向鍛造工藝”生產原料管，與軋制或鍛造坯料相比，省去了鉆擴孔工序，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、晶粒細化，晶粒度可達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，原料管質量明顯優于鋼錠坯及離心坯本身，具備更好的基礎條件，產品質量好；
(2)采用“徑向鍛造、熱擴孔、熱擠壓+玻璃粉潤滑”的制造方法，避免了變形過程中出現的內外表面缺陷，制造過程中的廢品率低；
(3)“熱擴孔”可細化管坯晶粒，提高塑性；
(4)UNS N08028合金通過本方法的離心鑄造、徑向鍛造、熱擴孔、熱擠壓和冷變形處理后強度、硬度等可滿足油氣田苛刻環境的工作要求。
【具體實施方式】
[0017]實施例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:米用離心鑄造技術生產外徑Φ466ι?πι、內徑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，冷卻后空心管坯進行均質化處理，均質化處理溫度為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將形成均勻的凸刺狀，內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、外表面進行機械加工:外表面單邊加工4mm，內表面單邊加工12mm。機械加工之后取樣進行性能檢驗及整體探傷，達到完全合格后將空心管坯在清洗機內進行表面清洗。
[0018](2)徑向鍛造:將經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。玻璃粉采用空壓風通過管道吹入空心管坯內，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，保持潤滑均勻。再利用徑向鍛造機對加熱及潤滑后的空心管坯進行徑向鍛造(徑向鍛造機間隔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、外表面及端面進行機械加工，外表面加工去掉0.5mm,內表面加工去掉5mm,兩個端面各加工去掉20mm,形成外徑Φ 357mm、內徑Φ 180mm、長度為800mm的徑向鍛還。
[0019](3)熱擴孔:將徑向鍛坯在環形爐內預熱，預熱溫度為600°C;之后進行一次感應加熱，一次感應加熱溫度為1200°C ;再對徑向鍛坯內外表面添加玻璃粉潤滑劑后利用擴孔機對徑向鍛坯進行熱擴孔，形成坯料。
[0020](4)熱擠壓:利用擠壓機自帶高壓水除鱗機對坯料進行水除鱗；之后將坯料進行二次感應加熱，二次感應加熱溫度為1100°c ;再對坯料內外表面添加玻璃粉潤滑劑后利用擠壓機對坯料進行熱擠壓成型，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 ;之后利用冷軋機組對熱擠壓荒管進行一道次冷軋變形，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行一次固溶處理，固溶處理溫度為1200°C，保溫時間20min，最后進行二道次冷軋，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]檢測結果:徑向鍛坯內析出相含量最嚴重視場小于3%，熱擠壓荒管析出相含量小于1%，成品油井管力學性能滿足要求，拉伸結果如表I所示，硬度如表2所示:
表I成品油井管拉伸檢測結果
【權利要求】
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:采用離心鑄造技術生產N08028合金空心管坯，空心管坯在大于950°C下入水淬水后均質化處理，再對空心管坯的內、外表面進行機械加工,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，利用徑向鍛造機對空心管坯進行徑向鍛造，形成徑向鍛坯，徑向鍛坯在大于950°C下入水淬水后對其內、外表面及端面進行機械加工； (3)熱擴孔:對徑向鍛坯依次進行預熱、一次感應加熱和內外表面添加玻璃粉潤滑劑后，利用擴孔機對徑向鍛坯進行熱擴孔，形成坯料； (4)熱擠壓:對坯料依次進行水除鱗、二次感應加熱和內外表面添加玻璃粉潤滑劑后，利用擠壓機對坯料進行熱擠壓成型，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:對熱擠壓荒管進行固溶處理后，利用冷軋機組或徑向鍛造機對熱擠壓荒管進行冷變形，形成無縫鋼管。
2.根據權利要求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.根據權利要求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)中均質化處理溫度為1050°C?1200°C，保溫時間大于10小時。
4.根據權利要求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)中對空心管坯的機械加工為:外表面單邊加工去掉2mm?6mm，內表面單邊加工去掉 3mm ?12mm。
5.根據權利要求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)中對徑向鍛還的機械加工為:外表面加工去掉0.5mm?3mm,內表面加工去掉1_?5mm,兩個端面各加工去掉IOmm?30mm。
6.根據權利要求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)中預熱溫度為600°C?1000°C，一次感應加熱溫度為1050°C?1200°C。
7.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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 優先權日:2013年8月12日
【發明者】王黎暉, 鞏國平, 葉海潮, 于滿, 王明新, 宋亞峰, 劉富強, 王磊, 邢德科, 龐于思, 張愛亮, 張學濤, 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