[发明专利]一种大壁厚镍基合金/碳钢层状结构复合管的制造方法

说明书

本发明公开了一种大壁厚镍基合金/碳钢层状结构复合管的制造方法，本发明的制造方法通过采用“U+I+V”特型复合坡口设计，采用MAG焊、SAW焊和TIG焊分别依次按照预焊点、碳钢层、过渡层、镍基合金层熔敷区的先后顺序进行焊接，能显著提高复合管制造效率和质量，既能保证覆层镍基合金的耐腐蚀性，又能确保基层碳钢的强韧化要求；本发明的大壁厚镍基合金/碳钢层状结构复合管的焊缝具有较好外观形貌和优良力学性能指标，可用于国家酸性油气田及化工炼化储罐等工程设施建设。

技术领域：

本发明属于大壁厚层状结构复合管材制造技术领域，具体涉及一种大壁厚镍基合金/碳钢层状结构复合管的制造方法。

背景技术：

镍基合金/碳钢层状结构复合管材，具有优良的界面结合强度，能很好避免分层、塌陷等质量问题；能满足强腐蚀性介质储运服役条件要求，最大限度地实现材料的优势互补，显著降低管道建设成本，提高管道耐蚀性和安全可靠性。将有效解决我国塔里木油田、长庆油田、西南油田等各大油田由于“四高一低”(即高CO₂、高H₂S、高Cl^-、高矿化度、低PH值)引起的原油集输和炼化中出现的储运设备腐蚀失效等问题，为国家油气开采和管网建设提供支撑。

镍基合金/碳钢层状结构复合管材，机械性能(包括拉伸性能、低温冲击韧性、DWTT性能等)主要由外层碳钢贡献，而镍基合金主要起抗腐蚀作用。目前国内关于复合管普遍采用的制管方法有离心浇铸、冷加工扩散退火、液压胀合、爆炸复合、爆炸复合+焊接、热穿孔+扩散复合等。

2013年10月16日公布的公布号为CN 103350124A的中国发明专利，专利名称为一种输送石油天然气的直缝双金属复合焊管的制造方法，该制造方法为：将复层为耐蚀合金层和基层为碳钢以“爆炸+热轧”方式结合在一起的双金属复合板通过JCOE成型工艺成型为直缝管状，最后通过焊接工艺将直缝焊接制成复层在内基层在外的直缝双金属复合焊管；“爆炸+热轧”方式结合在一起的双金属复合板，实现层状复合板的冶金结合，本发明主要是针对镍基合金/碳钢层状结构复合管材的制造，由于镍基合金及其焊缝、过渡界面处对主要耐蚀金属元素Ni、Cr、Mo的成分量有严格要求，合金元素的稀释和烧损是焊接中亟待解决的工程问题。上述已公布的制造方法中所述的破口设计以及焊接工艺不适用于本发明。

发明内容：

为了克服上述技术问题，本发明的目的是提供一种大壁厚镍基合金/碳钢层状结构复合管的制造方法，采用本发明的制造方法可使各熔敷区金属过渡熔焊连接质量可靠，可有效控制主要耐蚀金属元素Ni、Cr、Mo的成分量，使焊缝具有可靠耐蚀性能和优良机械性能。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种大壁厚镍基合金/碳钢层状结构复合管的制造方法，其特征在于：将镍基合金层和碳钢层通过“真空热轧+热处理”方式制备成冶金层状结构复合板；然后对复合板两纵边进行“U+I+V”破口加工；再采用JCO多道次渐进压制成管状，镍基合金层在管内侧，碳钢层在管外侧；最后采用合理的焊接工艺在破口处进行碳钢层、过渡层和镍基合金层焊接，制成镍基合金/碳钢层状结构复合管。

上述镍基合金层为UNS N08825、UNS N06625或同系列的Ni-Cr-Fe耐蚀高温合金，镍基合金层的厚度为2～4mm；碳钢层为Q235、Q345、X52、X60、X65、X70、X80、X90或X100碳素结构钢、压力容器钢和高强高韧管线钢，厚度为18～30mm。

上述“U+I+V”坡口的参数为：镍基合金层一侧为“U”型坡口，宽度为5～12mm，深度为4～6mm，且深度大于镍基合金层厚度；碳钢层一侧为“I+V”型坡口，坡口角度为60～80°，宽度为13～23mm，深度为4～10mm，钝边为5～15mm。

上述焊接工艺是：先采用SAW焊进行碳钢层焊接，形成碳钢层熔敷区；再采用TIG焊进行过渡层焊接，形成过渡层熔敷区；最后采用TIG焊对镍基合金层进行填充盖面焊接，形成镍基合金层熔敷区。