【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及冶金型双金属复合管，具体涉及一种抑制双金属冶金结合界面碳扩散的双金属复合无缝油套管的制造方法。
技术介绍
1、随着常规油气田资源的枯竭，高温、高压、高腐蚀性的“三高”甚至“超三高”油气井开发数量激增，常规的碳钢、低合金油套管材已经无法在诸如井口压力大于35mpa、油气中硫化氢含量超过150mg/m3（100ppm）、温度大于150℃环境严苛的油气井服役，不得不使用含cr系马氏体不锈钢、双相不锈钢、镍基合金、甚至是钛合金管材。由于不锈钢成分和制管工艺的限制，提升管材的强度往往会极大地牺牲韧性，这使得现役不锈钢油套管的最高钢级为125ksi。而对于我国“三高”超深井的开发，125ksi的管材强度无法满足超深盐层的抗挤毁要求。例如我国库车山前地质具有三高（高温（188℃）、高压（136mpa）、高地应力）、两低（低孔（4-8%）、低渗（0.01-0.1md））、两厚（巨厚砾石层（5500m）、巨厚盐膏层（4500m））、一陡（高陡构造（地层倾角87°））的特点，盐层的抗挤毁压力大于150mpa，而强度为125ksi的不锈钢油套管难以满足高强、高抗挤毁的要求。而双金属复合油套管（如碳钢+不锈钢）则保留两种不同材料内在的优点，可互补不足。复合管依据其成型工艺可分为机械膨胀复合和冶金扩散复合两类。由于井下管材要承受弯曲、挤压、热交变应力等作用，机械膨胀复合管极易产内衬层鼓包和分离失效，这种工艺制造的复合管并不适合用作油套管。冶金扩散复合成型的复合管，其双金属界面可实现完全冶金结合，界面结合强度高，可在应力复杂、高温、高压、高腐
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述不足之处，本专利技术的目的在于提供一种抑制双金属冶金结合界面碳扩散的双金属复合无缝油套管及其制造方法，该方法能够抑制双金属冶金结合界面碳扩散，防止耐蚀金属内衬层退化；该方法确保了在热变形和后续热处理后，双金属冶金结合界面处的耐蚀金属性能不发生显著的退化。
2、为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种抑制双金属冶金结合界面碳扩散的双金属复合无缝油套管的制造方法，该制造方法是在无缝油套管的外层碳钢基管和耐蚀金属内衬层之间设置含有ni、nb和cr元素的预制夹层，形成预制管坯；再对预制管坯进一步进行热加工和热处理后即获得所述双金属复合无缝油套管；在热加工和热处理过程中，利用预制夹层中的nb和cr元素拦截碳元素从碳钢向金属内衬层中扩散，避免了耐蚀金属内衬层性能退化。
4、所述双金属复合无缝油套管为三层复合结构，由外至内依次为碳钢基管、冶金结合夹层和耐蚀金属内衬层，所述耐蚀金属内衬层的材质为不锈钢或镍基合金等；所述冶金结合夹层的厚度为50-500μm。
5、所述预制夹层按重量百分比计的化学成分为：nb为20-50%，cr为5-20%，ni为余量。
6、优选地，所述的抑制双金属冶金结合界面碳扩散的双金属复合无缝油套管的制造方法，包括如下步骤：
7、（1）通过离心浇铸、粉末冶金、电渣重熔或激光熔覆等方式，在外层碳钢基管和金属内衬层之间制备含ni、nb和cr元素的预制夹层，形成带有夹层的空芯或实芯双金属管坯；
8、（2）对步骤（1）所得双金属管坯进行穿孔（实芯）或扩径（空芯）处理后，采用三辊或两辊热连轧或热挤压方式生产荒管，对荒管再进行定径或张减后冷却成型成为冶金复合无缝管；
9、（3）对步骤（2）所得冶金复合无缝管进行热处理，所述热处理包括依次进行的固溶热处理和调质处理；
10、（4）对热处理后的管材进行端部螺纹加工或坡口加工获得成品管材，即为所述双金属复合无缝油套管。
11、进一步地，步骤（1）所述预制夹层的厚度大于500μm。
12、进一步地，步骤（2）进行热连轧或热挤压后，所生产荒管的界面（碳钢和耐蚀金属内衬层之间界面）结合强度在350mpa以上。
13、进一步地，步骤（3）所述固溶热处理温度为1000-1150℃，然后通过淬火或其他快速冷却方式快速通过内衬层敏化温度区冷却至室温；通过固溶热处理使金属内衬层获得优异的耐蚀性。
14、进一步地，步骤（3）所述调质处理过程为：先进行900-950℃淬火处理，保温20-30分钟；再进行550-650℃回火处理，保温30-45分钟；通过在耐蚀金属内衬层敏化区外的温度进行调质处理使外层碳钢获得高强韧匹配性。
15、本专利技术方法制造的双金属复合无缝油套管的强度级别高于125ksi（碳钢基管的屈服强度高于862mpa）。
16、本专利技术方法设计机理和有益效果如下：
17、1、相比于现有技术将碳钢与耐蚀金属内衬层（不锈钢或镍基合金等）直接冶金连接的双金属复合管，本专利技术则在碳钢与内衬层之间预制特定成分的夹层，由于含ni、nb和cr元素的夹层存在可实现：一是利用nbc等nb的碳化物结合能低于m23c6、mc等类型第二相析出物特点，限制碳钢中的碳元素在热变形和热处理过程中向不锈钢或镍基合金内衬层扩散，减少内衬层中的退化层厚度，同时夹层中的cr也可与扩散来的碳形成m23c6起到阻止碳扩散的作用。二是阻止不锈钢或镍基合金内衬层中ni、cr等合金元素向碳钢扩散，阻止在临近双金属界面的碳钢一侧形成马氏体带或奥氏体带。
18、2、本专利技术采用的含ni夹层具有优异的塑性变形能力，使其增强碳钢管基体和内衬层之间的协调变形能力。在经历管材热连轧或热挤压等复杂大变形后，含ni夹层可与内外两层金属均能形成连续完整的界面，使复合管获得350mpa以上的界面结合强度。
19、3、由于本专利技术所用夹层对于碳钢和耐蚀金属内衬层（不锈钢或镍基合金等）中合金元素扩散的抑制作用，可实现多次高温热处理而不降低耐蚀金属内衬层的耐蚀性。使本专利技术制备的冶金复合管可通过固溶+调质的方式分别调整内衬层材料和碳钢性能使其满足服役要求。一是可通过固溶处理恢复内衬不锈钢或镍基合金在经过高温热变形后的耐蚀性能退化，二是通过调质处理使碳钢获得高强度和韧性满足井下抗挤毁等要求，三是夹层有效阻止碳钢在多次高温热处理过程中对内衬层的污染退化作用。
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1.一种抑制双金属冶金结合界面碳扩散的双金属复合无缝油套管的制造方法，其特征在于：该制造方法是在无缝油套管的外层碳钢基管和耐蚀金属内衬层之间设置含有Ni、Nb和Cr元素的预制夹层，形成预制管坯；再对预制管坯进一步进行热加工和热处理后即获得所述双金属复合无缝油套管；在热加工和热处理过程中，利用预制夹层中的Nb和Cr元素拦截碳元素从碳钢向耐蚀金属内衬层中扩散，避免了内衬层性能退化。
2.根据权利要求1所述的抑制双金属冶金结合界面碳扩散的双金属复合无缝油套管的制造方法，其特征在于：所述双金属复合无缝油套管为三层复合结构，由外至内依次为碳钢基管、冶金结合夹层和耐蚀金属内衬层，所述金属内衬层的材质为不锈钢或镍基合金等；所述冶金结合夹层的厚度为50-500μm。
3.根据权利要求1所述的抑制双金属冶金结合界面碳扩散的双金属复合无缝油套管的制造方法，其特征在于：按重量百分比计，所述预制夹层化学成分为：Nb为20-50%，Cr为5-20%，Ni为余量。
4.根据权利要求1-3任一所述的抑制双金属冶金结合界面碳扩散的双金属复合无缝油套管的制造方法，其特征在于：该
5.根据权利要求4所述的抑制双金属冶金结合界面碳扩散的双金属复合无缝油套管的制造方法，其特征在于：步骤（1）所述预制夹层的厚度大于500μm。
6.根据权利要求4所述的抑制双金属冶金结合界面碳扩散的双金属复合无缝油套管的制造方法，其特征在于：步骤（2）进行热连轧或热挤压后，所生产荒管的界面（碳钢和耐蚀内衬金属之间界面）结合强度在350MPa以上。
7.根据权利要求4所述的抑制双金属冶金结合界面碳扩散的双金属复合无缝油套管的制造方法，其特征在于：步骤（3）所述固溶热处理温度为1000-1150℃，然后通过淬火或其他快速冷却方式快速通过内衬层敏化温度区冷却至室温；通过固溶热处理使耐蚀金属内衬层获得优异的耐蚀性。
8.根据权利要求4所述的抑制双金属冶金结合界面碳扩散的双金属复合无缝油套管的制造方法，其特征在于：步骤（3）所述调质处理过程为：先进行900-950℃淬火处理，保温20-30分钟；再进行550-650℃回火处理，保温30-45分钟；通过在内衬层敏化区外的温度进行调质处理使外层碳钢获得高强韧匹配性。
9.根据权利要求4所述的抑制双金属冶金结合界面碳扩散的双金属复合无缝油套管的制造方法，其特征在于：该方法制造的双金属复合无缝油套管的强度级别高于125Ksi（碳钢基管的屈服强度高于862MPa）。
...【技术特征摘要】
1.一种抑制双金属冶金结合界面碳扩散的双金属复合无缝油套管的制造方法，其特征在于：该制造方法是在无缝油套管的外层碳钢基管和耐蚀金属内衬层之间设置含有ni、nb和cr元素的预制夹层，形成预制管坯；再对预制管坯进一步进行热加工和热处理后即获得所述双金属复合无缝油套管；在热加工和热处理过程中，利用预制夹层中的nb和cr元素拦截碳元素从碳钢向耐蚀金属内衬层中扩散，避免了内衬层性能退化。
2.根据权利要求1所述的抑制双金属冶金结合界面碳扩散的双金属复合无缝油套管的制造方法，其特征在于：所述双金属复合无缝油套管为三层复合结构，由外至内依次为碳钢基管、冶金结合夹层和耐蚀金属内衬层，所述金属内衬层的材质为不锈钢或镍基合金等；所述冶金结合夹层的厚度为50-500μm。
3.根据权利要求1所述的抑制双金属冶金结合界面碳扩散的双金属复合无缝油套管的制造方法，其特征在于：按重量百分比计，所述预制夹层化学成分为：nb为20-50%，cr为5-20%，ni为余量。
4.根据权利要求1-3任一所述的抑制双金属冶金结合界面碳扩散的双金属复合无缝油套管的制造方法，其特征在于：该制造方法包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的抑制双金属冶金结合界面碳扩散的双金属复合无...
【专利技术属性】
技术研发人员：李效华，王睿，侯文芝，杨少锋，刘玉山，邓小虎，孟萌萌，
申请(专利权)人：天津职业技术师范大学中国职业培训指导教师进修中心，
类型：发明
国别省市：
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