专利名称：一种具有耐磨耐蚀衬层的钢管制备方法
技术领域：
本发明涉及一种具有耐磨耐蚀衬层的钢管制备方法，属于表面涂层技术领域。
背景技术：
油管是石油生产的主要设备之一。随着我国油田逐渐进入开采中后期，油井越来越深，井况越来越复杂，油井产出液中的含水率、含砂率以及腐蚀程度越来越高。由此引发油管长期在油水介质中冲刷下的磨损问题日益严重。并且油管在石油开采的过程中，抽油杆与油管还存在偏磨。油水井腐蚀的主要来自于油田污水、采出液及伴生气的组成 成分中的各种溶解盐，尤其是氯离子、CO2, H2S等，是油管腐蚀的主要因素。因此可见，油管工作在既有腐蚀又有磨损的恶劣条件下，每年都有大量油管需要更换。这造成了很大的经济损失，并提升了采油成本。与此同时，全球每年对油管的需求量达到1500万吨，我国是油井管的生产大国，产能超过1000万吨，约占全球2/3。因此，开发新型的耐磨耐蚀油管，延长油管使用寿命，将具有强的产品竞争力，具有广阔市场前景。
目前，为了解决油管内表面磨损和腐蚀问题，已有自蔓燃高温合成(SHS)陶瓷内衬油管、渗碳(氮)油管、有机材料衬层油管以及电镀钨合金油管等新型油管已经研制出来。这些各类的油管虽各有特点，例如，SHS陶瓷内衬油管的利用铝热离心法制造，陶瓷层具有高的耐磨性和耐蚀性，但实际要求陶瓷层厚度Imm以上，使得最终油管内径难以满足API通径要求。渗碳(氮)油管在内表层形成一薄层渗层，但没有耐蚀性。有机材料衬层仅能解决腐蚀问题，但耐磨性差。近年来发展的电镀钨合金油管虽然厚度薄，并综合了耐磨和耐蚀性，但其耐磨耐蚀综合性一般，并且生产效率低。热喷涂技术可以在普通钢材表面形成耐磨耐蚀涂层，但对于细长的管道内表面无法实现。因此，至今仍然没有在耐磨和耐蚀综合性能上令人满意的油管产品。
此外，当钢管使用一段时间后，由于内表面腐蚀和磨损等问题，管壁减薄，强度和耐压等指标达不到要求时也需要更换，此时更换下来的钢管作为废品处理掉，也造成了很大浪费。如能实现回收利用，实现钢管的再制造，则能达到节能减排的目的。
综上所述，随着油管市场对耐磨耐蚀油管需求日益旺盛，迫切需要研制出一种具有优异耐磨耐蚀性能的油管，并且生产效率高，综合性价比高，易于推广应用的油管
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发明内容
本发明提供一种具有耐磨耐蚀衬层的钢管制造方法，提高油管的耐磨耐蚀综合性能和综合性价比。
本发明的具有耐磨耐蚀衬层的钢管制造方法包括如下步骤(1)钢管内表面清洁首先碱洗去除钢管内表面油污，再采用喷砂或喷丸法去除钢管内表面锈层；(2)装料将合金粉末沿钢管长度方向布置在钢管内部，将钢管两端通过焊接带有导管的端盖进行封闭，用真空机组将钢管内部抽真空，压强达到f20Pa，然后将导管封闭保持真空，或者通过导管通入惰性气体；(3)感应熔化将钢管装入感应线圈内，使钢管一边旋转一边前进，钢管的旋转速度使钢管内表面离心力达到lg 10g，前进速度为每分钟0. 5^2. 0m，加热温度达到105(Tll50°C，钢管出感应加热线圈后喷水冷却；(4)卸管将上述步骤(2)的端盖切除，得到具有耐蚀耐磨衬层的钢管。
本发明的钢管制造方法中，所述合金粉末包括镍基自熔合金粉、铁基自熔合金粉末中的任意一种。所述合金粉末还可以包括碳化鹤、碳化钛、碳化铬粉末，其含量为5^30wt%o
采用本发明的钢管制造方法得到的钢管，其耐磨耐蚀衬层与钢管之间借助感应加热实现冶金结合，结合强度高，在运输、安装和使用过程中不会脱落。并且采用镍基自熔合金粉或铁基自熔合金粉得到的衬层硬度高，耐磨性好，尤其是镍基自熔合金还具有优异的耐蚀性能。为了进一步提高衬层的耐磨性，还可以在其中添加硬质相颗粒，例如碳化 钨、碳化钛、碳化铬粉末。由此延长钢管在磨损和磨蚀环境下的使用寿命，比原来钢管使用寿命提高5倍以上。
本发明的钢管制造方法能够通过相应的机械装置实现在线的连续化工业生产，生产效率高，因此降低了最终产品的综合成本，从而采用本发明方法制造的具有耐磨耐蚀的钢管具有高的综合性价比。此外，还能实现钢管回收利用，实现钢管的再制造，能达到节能减排的目的。
具体实施例方式
钢管在制备衬层之前要对内孔表面进行清洁处理，首先通过碱洗可以去除油污，再采用喷砂或喷丸法将钢管内表面的锈蚀去除，露出银灰色钢管基体。
镍基自熔合金粉末或铁基自熔合金粉末具有优异的耐磨性，并且熔点低，一般在1050°C左右，通常应用在热喷涂技术中。本发明采用这种自熔合金粉末形成钢管的内衬层。将合金粉末沿钢管长度布置后，为了在后面加热步骤中防止粉末的氧化，需要将钢管内部抽真空或用惰性气体保护。先将钢管两端用端盖焊接封闭。在端盖上留一段导管，利用此导管用真空机组(例如，机械泵+罗茨泵)抽真空，使钢管内压强达到f20Pa之间，然后焊接封闭导管，将钢管内保持真空。或者利用导管通入惰性气体，例如氮气或氩气。为了进一步提高衬层的耐磨性，还可以在其中添加硬质相颗粒，例如碳化钨、碳化钛、碳化铬粉末，其含量占5 35wt%。
然后将上述钢管装入感应加热线圈中，利用感应加热将钢管加热到105(Tl150°C，使上述自熔合金粉熔化。与此同时，驱动钢管旋转，旋转的速度使钢管内表面的离心力到达IglOg (这里g代表重力加速度)，使熔化的合金在钢管内表面形成衬层。同时，还驱动钢管前进，即从钢管的一端连续熔化到另一端，完成一根钢管的制造。当加热的钢管部分离开感应线圈后，对钢管喷水冷却。整根钢管加热完成后卸下，切除两端的端盖，即得到具有耐磨耐蚀衬层的钢管。
下面结合实施例说明本发明。
实施例 I
(I)钢管内表面清洁首先碱洗去除钢管内表面油污，再采用喷砂法去除钢管内表面锈层；(2)装料将镍基自熔合金粉末沿钢管长度方向布置在钢管内部，将钢管两端通过焊接带有导管的端盖进行封闭，用真空机组将钢管内部抽真空，压强达到IPa，然后将导管封闭保持真空；(3)感应熔化将钢管装入感应线圈内，使钢管一边旋转一边前进，钢管的旋转速度使钢管内表面离心力达到lg，前进速度为每分钟2. 0m，加热温度达到1150°C，钢管出感应加热线圈后喷水冷却；(4)卸管将上述步骤(2)的端盖切除，得到具有耐蚀耐磨衬层的钢管。
实施例 2
(I)钢管内表面清洁首先碱洗去除钢管内表面油污，再采用喷丸法去除钢管内 表面锈层；(2)装料将镍基自熔合金粉末沿钢管长度方向布置在钢管内部，将钢管两端通过焊接带有导管的端盖进行封闭，用真空机组将钢管内部抽真空，压强达到20Pa，然后将导管封闭保持真空；(3)感应熔化将钢管装入感应线圈内，使钢管一边旋转一边前进，钢管的旋转速度使钢管内表面离心力达到10g，前进速度为每分钟0. 5m，加热温度达到1050°C，钢管出感应加热线圈后喷水冷却；(4)卸管将上述步骤(2)的端盖切除，得到具有耐蚀耐磨衬层的钢管。
实施例 3
(I)钢管内表面清洁首先碱洗去除钢管内表面油污，再采用喷砂法去除钢管内表面锈层；(2)装料将镍基自熔合金粉末沿钢管长度方向布置在钢管内部，将钢管两端通过焊接带有导管的端盖进行封闭，用真空机组将钢管内部抽真空，压强达到10Pa，然后将导管封闭保持真空；(3)感应熔化将钢管装入感应线圈内，使钢管一边旋转一边前进，钢管的旋转速度使钢管内表面离心力达到5g，前进速度为每分钟1.0m，加热温度达到1100°C，钢管出感应加热线圈后喷水冷却；(4)卸管将上述步骤(2)的端盖切除，得到具有耐蚀耐磨衬层的钢管。
实施例 4
(I)钢管内表面清洁首先碱洗去除钢管内表面油污，再采用喷砂法去除钢管内表面锈层；(2)装料将铁基自熔合金粉末沿钢管长度方向布置在钢管内部，将钢管两端通过焊接带有导管的端盖进行封闭，用真空机组将钢管内部抽真空，压强达到5Pa，然后将导管封闭保持真空；(3)感应熔化将钢管装入感应线圈内，使钢管一边旋转一边前进，钢管的旋转速度使钢管内表面离心力达到3g，前进速度为每分钟I. 5m，加热温度达到1100°C，钢管出感应加热线圈后喷水冷却；(4)卸管将上述步骤(2)的端盖切除，得到具有耐蚀耐磨衬层的钢管。
实施例 5
(I)钢管内表面清洁首先碱洗去除钢管内表面油污，再采用喷砂法去除钢管内表面锈层；(2)装料将铁基自熔合金粉末沿钢管长度方向布置在钢管内部，将钢管两端通过焊接带有导管的端盖进行封闭，然后从导管中通入氮气；(3)感应熔化将钢管装入感应线圈内，使钢管一边旋转一边前进，钢管的旋转速度使钢管内表面离心力达到2g，前进速度为每分钟I. 0m，加热温度达到1080°C，钢管出感应加热线圈后喷水冷却；(4)卸管将上述步骤(2)的端盖切除，得到具有耐蚀耐磨衬层的钢管。
实施例 6
(I)钢管内表面清洁首先碱洗去除钢管内表面油污，再采用喷砂法去除钢管内表面锈层；(2)装料将铁基自熔合金粉末沿钢管长度方向布置在钢管内部，将钢管两端通过焊接带有导管的端盖进行封闭，然后从导管中通入氩气；(3)感应熔化将钢管装入感应线圈内，使钢管一边旋转一边前进，钢管的旋转速度使钢管内表面离心力达到2g，前进速度为每分钟I. 0m，加热温度达到1080°C，钢管出感应加热线圈后喷水冷却；(4)卸管将上述步骤(2)的端盖切除，得到具有耐蚀耐磨衬层的钢管。
实施例 7
(I)钢管内表面清洁首先碱洗去除钢管内表面油污，再采用喷砂法去除钢管内表面锈层；(2)装料将铁基自熔合金粉末+35wt%碳化钛粉末的混合合金粉末沿钢管长度方向布置在钢管内部，将钢管两端通过焊接带有导管的端盖进行封闭，然后从导管中通入氮气；(3)感应熔化将钢管装入感应线圈内，使钢管一边旋转一边前进，钢管的旋转速度使钢管内表面离心力达到3g，前进速度为每分钟I. 2m，加热温度达到1120°C，钢管出感 应加热线圈后喷水冷却；(4)卸管将上述步骤(2)的端盖切除，得到具有耐蚀耐磨衬层的钢管。
实施例 8
(I)钢管内表面清洁首先碱洗去除钢管内表面油污，再采用喷砂法去除钢管内表面锈层；(2)装料将铁基自熔合金粉末+5wt%碳化钛粉末的混合合金粉末沿钢管长度方向布置在钢管内部，将钢管两端通过焊接带有导管的端盖进行封闭，然后从导管中通入氮气；(3)感应熔化将钢管装入感应线圈内，使钢管一边旋转一边前进，钢管的旋转速度使钢管内表面离心力达到4g，前进速度为每分钟0. Sm，加热温度达到1100°C，钢管出感应加热线圈后喷水冷却；(4)卸管将上述步骤(2)的端盖切除，得到具有耐蚀耐磨衬层的钢管。
实施例 9
(I)钢管内表面清洁首先碱洗去除钢管内表面油污，再采用喷砂法去除钢管内表面锈层；(2)装料将镍基自熔合金粉末+35wt%碳化钨粉末的混合合金粉末沿钢管长度方向布置在钢管内部，将钢管两端通过焊接带有导管的端盖进行封闭，然后从导管中通入氮气；(3)感应熔化将钢管装入感应线圈内，使钢管一边旋转一边前进，钢管的旋转速度使钢管内表面离心力达到3g，前进速度为每分钟I. 2m，加热温度达到1120°C，钢管出感应加热线圈后喷水冷却；(4)卸管将上述步骤(2)的端盖切除，得到具有耐蚀耐磨衬层的钢管。
实施例 10
(I)钢管内表面清洁首先碱洗去除钢管内表面油污，再采用喷砂法去除钢管内表面锈层；(2)装料将镍基自熔合金粉末+35wt%碳化钨粉末的混合合金粉末沿钢管长度方向布置在钢管内部，将钢管两端通过焊接带有导管的端盖进行封闭，然后从导管中通入氮气；(3)感应熔化将钢管装入感应线圈内，使钢管一边旋转一边前进，钢管的旋转速度使钢管内表面离心力达到3g，前进速度为每分钟I. 2m，加热温度达到1120°C，钢管出感应加热线圈后喷水冷却；(4)卸管将上述步骤(2)的端盖切除，得到具有耐蚀耐磨衬层的钢管。
实施例 11
(I)钢管内表面清洁首先碱洗去除钢管内表面油污，再采用喷砂法去除钢管内表面锈层；(2)装料将镍基自熔合金粉末+30wt%碳化铬粉末的混合合金粉末沿钢管长度方向布置在钢管内部，将钢管两端通过焊接带有导管的端盖进行封闭，然后从导管中通入氮气；(3)感应熔化将钢管装入感应线圈内，使钢管一边旋转一边前进，钢管的旋转速度使钢管内表面离心力达到3g，前进速度为每分钟I. 2m，加热温度达到1120°C，钢管出感应加热线圈后喷水冷却；(4)卸管将上述步骤(2)的端盖切除，得到具有耐蚀耐磨衬层的钢管。
实施例 11
(I)钢管内表面清洁首先碱洗去除钢管内表面油污，再采用喷砂法去除钢管内表面锈层；(2)装料将镍基自熔合金粉末+30wt%碳化铬粉末的混合合金粉末沿钢管长 度方向布置在钢管内部，将钢管两端通过焊接带有导管的端盖进行封闭，用真空机组将钢管内部抽真空，压强达到5Pa，然后将导管封闭保持真空；(3)感应熔化将钢管装入感应线圈内，使钢管一边旋转一边前进，钢管的旋转速度使钢管内表面离心力达到3g，前进速度为每分钟I. 2m，加热温度达到1120°C，钢管出感应加热线圈后喷水冷却；(4)卸管将上述步骤(2)的端盖切除，得到具有耐蚀耐磨衬层的钢管。
实施例 12
(I)钢管内表面清洁首先碱洗去除钢管内表面油污，再采用喷砂法去除钢管内表面锈层；(2)装料将镍基自熔合金粉末+20wt%碳化铬粉末的混合合金粉末沿钢管长度方向布置在钢管内部，将钢管两端通过焊接带有导管的端盖进行封闭，用真空机组将钢管内部抽真空，压强达到5Pa，然后将导管封闭保持真空；(3)感应熔化将钢管装入感应线圈内，使钢管一边旋转一边前进，钢管的旋转速度使钢管内表面离心力达到3g，前进速度为每分钟I. 2m，加热温度达到1120°C，钢管出感应加热线圈后喷水冷却；(4)卸管将上述步骤(2)的端盖切除，得到具有耐蚀耐磨衬层的钢管。
权利要求
1.一种具有耐磨耐蚀衬层的钢管制备方法，其特征在于包括如下步骤 (1)钢管内表面清洁首先碱洗去除钢管内表面油污，再采用喷砂或喷丸法去除钢管内表面锈层； (2)装料将合金粉末沿钢管长度方向布置在钢管内部，将钢管两端通过焊接带有导管的端盖进行封闭，用真空机组将钢管内部抽真空，压强达到f20Pa，然后将导管封闭保持真空，或者通过导管通入惰性气体； (3)感应熔化将钢管装入感应线圈内，使钢管一边旋转一边前进，钢管的旋转速度使钢管内表面离心力达到lg 10g，前进速度为每分钟0. 5^2. 0m，加热温度达到105(Tll50°C，钢管出感应加热线圈后喷水冷却； (4)卸管将上述步骤(2)的端盖切除，得到具有耐蚀耐磨衬层的钢管。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述合金粉末包括镍基自熔合金粉、铁基自熔合金粉末中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述合金粉末还包括碳化钨、碳化钛或碳化铬粉末，其含量为5 30wt%。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述惰性气体包括氮气、氩气中的任意一种。
全文摘要
本发明涉及一种具有耐磨耐蚀衬层的钢管制备方法，属于表面涂层技术领域。其特征包括以下步骤通过除油、除锈使钢管内表面清洁，将合金粉末装入钢管内并封闭钢管两端，钢管一边旋转一边前进通过感应线圈熔化合金粉末，喷水冷却后卸管。本发明的方法具有涂层附着强度高、生产效率高、钢管使用寿命长并且具有优异的综合性价比，还能实现废旧钢管的回收利用，实现再制造。
文档编号C23C24/10GK102747365SQ20121020480
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月20日 优先权日2012年6月20日
发明者何新波, 张稳稳, 林涛, 邵慧萍 申请人:北京科技大学