[00127909]金属陶瓷复合管材绿色制造关键技术及标准化

① 课题来源与背景：本项目来源于中国石油天然气集团有限公司科学研究与技术开发研究项目《复合管应用关键技术研究》（项目编号：2008A-3001）,本成果应用于冶金、机械、制造、石油等领域金属陶瓷复合管材的绿色制造、工艺设计、性能评价和标准化。 ②技术原理及性能指标：本项目通过开发超长（12米）金属陶瓷复合管材产品,研制出12m长自蔓延专用离心机与成套辅助设备,攻克金属陶瓷复合管材不超过6m的制造装备世界难题,创建金属陶瓷复合管材绿色制造技术体系,实现了12m长金属陶瓷复合管材制备的标准化;首次明确大于6m金属陶瓷复合管材的各项关键性能指标,并由此引导本领域的国内及国际标准化发展。性能指标：（1）研制出分体式多级联动离心机,奠定大于6m金属陶瓷复合管材产业化基础;发明金属陶瓷管材整形拉伸机及形变限位器,确保复合管材直线度可达0.1%;发明动平衡监测与点火器联动机构,建立标准化点火体系,提升金属陶瓷层的质量稳定性;开发自动混装料、自动进出管、自定心锁紧系统,消除粉料对环境的污染及人身的伤害,实现了金属陶瓷复合管材标准化、工业化绿色制造。（2）研究确定了（Al+Fe2O3+8%ZrO2+13%CrO3+4%Nb2O5+5%SiO2）的新型铝热剂体系,通过将Zr、Si、Nb、Cr元素掺杂进金属陶瓷层,使其耐蚀性明显提升,腐蚀失重率由1.1%下降至0.24%。（3）国际上首次研究确定了大于6m的Ф42.16mm-Ф323.9mm金属陶瓷复合管材的关键性能指标。 ③技术的创造性与先进性：（1）在超长（12米）金属陶瓷复合管材的制造装备方面,国内外当前只能生产长度6m以下的金属陶瓷复合管材产品,直线度最小为0.3%,本项目通过改进离心机结构,增设管材整形拉伸装置及形变限位装置、动平衡监测与点火器联动机构,配套自动化高精度辅助设备,建立了国际首条12m长、直线度0.1%的金属陶瓷复合管材的标准化工业生产线,属国际领先水平。（2）在创建12米长金属陶瓷复合管材绿色制造标准化技术体系方面,国内外当前缺乏废旧金属管材绿色再制造工艺体系,金属陶瓷管材的生产工艺参数数据库空白,金属陶瓷复合管材连接完整性难以保障。本项目通过研发出新型铝热剂配方、开发废旧金属管材绿色再制造整体工艺技术、创建金属陶瓷复合管材生产工艺数据库和创新了金属陶瓷复合管材螺纹连接与焊接技术,攻克了12米长金属陶瓷复合管材的标准化制备及产业化应用的国际难题,属国际领先水平。（3）在确定大于6米金属陶瓷复合管材的关键性能指标和建立标准体系方面,国内外当前金属陶瓷复合管材重要性能指标不明确,检测及评价方法不统一,相关标准缺失,严重制约了产品的推广应用。本项目开发出系列化实物管材性能评价新技术,明确金属陶瓷复合管材关键性能指标,先后实现了产品、技术、工艺、体系的标准化,建立了完整的国家、行业和企业标准体系。并得到国外专家和公司的认可,首次在金属陶瓷复合管材领域成功立项ISO标准《Petroleum and natural gas industries－Ceramic lined tubing》（ISO/NP PAS 24565）,属国际领先水平。 ④技术的成熟程度,适用范围和安全性：建立了涵盖新材料、绿色工艺、关键装备和综合评价的金属陶瓷复合管材全流程技术体系,实现了产业化制造和规模化应用,应用于冶金、机械、制造、石油等领域。 ⑤应用情况及存在的问题：直接经济效益:2016-2018年,累计生产陶瓷内衬油管及再制造油管1067.9万米,约11.4万吨,产值7.7亿元;陶瓷内衬管道1150.5km,约4.1万吨,产值3.2亿元。除石油管材外,陶瓷内衬管还在抽油泵、炼化、油气储运、锅炉管、作动筒等领域取得应用,产值1591万元。项目近三年总产值11.1亿元,利润3.1亿元。间接经济效益:陶瓷内衬油管和管道的寿命达到普通新油管和管道的5倍以上,应用1067.9万米陶瓷内衬油管相当于节约4×1067.9万米的新油管,节约资金36.3亿元。应用1150.5km陶瓷内衬管道相当于节约4×1150.5km的新管道,节约资金6.9亿元。总计为油田节约资金43.2亿元。存在的问题：该项目建立的陶瓷内衬管材原料配方、制造流程、热处理工艺、连接技术等具有通用性,适用于不同钢级（H, J, K, N）、不同规格（42.16mm~323.9mm）、不同壁厚（2.1-31.8mm）的管材再制造。但随着石油天然气工业及陆军装备对大口径管材和高性能合金管材用量的不断增加,大口径（＞323.9mm）、高等级（如铜管、钛合金管等）管材的再制造需求日益增加。在保障产品长度（如12m）的要求下,本项目开发的离心机能否适用于高直度、大口径产品的再制造还需进一步试验验证。为了保障陶瓷层与高性能合金管材的结合强度,同时避免高温作用影响高性能合金管材的组织、性能,项目建立的原料配方、热处理工艺还需根据具体情况进行优化设计和试验研究。 ⑥历年获奖情况：无