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熱擠壓一般是針對雙金屬管坯進行的,稱為復(fù)合擠壓(coextrude)。復(fù)合擠壓目前是生產(chǎn)不銹鋼和高鎳合金無縫復(fù)合管的好方法,日本制鋼所利用這種方法生產(chǎn)8in(203.2mm)以下的雙金屬復(fù)合管。它是將兩種以上的金屬組成的一大直徑復(fù)合坯料加熱到1200℃左右,然后擠過由模具和芯軸形成的環(huán)狀空間。當擠壓坯料截面縮減到10:1時,高的擠壓壓力和溫度會在界面處產(chǎn)生“壓力焊”的焊接效應(yīng),促進界面間的快速擴散和廣泛結(jié)合,實現(xiàn)界面的冶金結(jié)合。擠壓前的復(fù)合管坯制造方法有三種:由鍛造坯料通過熱穿孔和放大擠壓獲得;直接離心旋鑄;用耐蝕粉末顆粒。也有內(nèi)外兩種金屬原材料均采用粉末的,稱為“nuval”工藝,可以開發(fā)新型合金,但粉末制備成本太高。
優(yōu)點:界面為冶金結(jié)合;擠壓過程中涉及的力完全是壓應(yīng)力,因此特別適合于熱加工性不好、塑性低的高合金金屬的加工。缺點:由于結(jié)合決定于擠壓過程中極短時間內(nèi)的元素界面擴散,通常會因氧化物膜的存在而受到影響,因此目前復(fù)合擠壓僅限于碳鋼、不銹鋼和高鎳合金間的復(fù)合。需要指出的是,熱擠壓的變形抗力小,允許每次變形程度大,導(dǎo)致表面粗糙度較高,因此也有先熱擠壓再進行冷軋(或冷拔)制造復(fù)合管的方法。
離心鑄造和離心鋁熱劑法離心鑄造是為適應(yīng)海洋油氣生產(chǎn)而開發(fā)的,適用于制造內(nèi)襯金屬熔點低于外層金屬熔點的復(fù)合管。襯層和基體均采用液態(tài)金屬。將制外管的鋼液引入一旋轉(zhuǎn)金屬模,在外管凝固過程中監(jiān)測管內(nèi)溫度。當外管凝固并達到一定溫度時,澆入耐蝕合金等內(nèi)層金屬。通過控制鑄造條件,可以生產(chǎn)出牢固的冶金結(jié)合的雙金屬復(fù)合管。
當應(yīng)用液態(tài)金屬進行表面堆敷時,采用離心技術(shù)可復(fù)合層容易出現(xiàn)的氣孔和夾雜。這時,熔化金屬中密度低的渣、雜質(zhì)和氣體上升到表面,而較重的金屬成分下沉,在管壁上形成一致密層,從而提高熔敷質(zhì)量和再現(xiàn)性。因此其優(yōu)缺點分別為:
優(yōu)點:界面實現(xiàn)冶金結(jié)合,致密度高,排渣、排氣性好。缺點:若沒有其后的熱變形,僅限于鑄態(tài)使用,其粗大的鑄態(tài)組織導(dǎo)致各層金屬的力學(xué)性能不能充分發(fā)揮。另外,該方法不能生產(chǎn)外層為輕合金的復(fù)合鋼管。
恢復(fù)不銹鋼焊接固有的耐蝕性能。由于冷加工造成碳化物析出,晶格缺陷,使不銹鋼耐蝕性能下降,而固溶處理后不銹鋼焊管的耐蝕性能恢復(fù)到好狀態(tài)。經(jīng)過固溶處理的不銹鋼焊管,其各方面性能才能達到狀態(tài),因此固溶處理對不銹鋼焊管而言非常重要。所有不銹鋼冷加工實際上像焊接一樣,都會給不銹鋼鋼管的性能,尤其是耐蝕或耐熱性能帶來不可避免的損害。不銹鋼特別是奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的塑性,使得諸如冷拔、冷軋、冷滾軋、冷彎、冷脹、冷扭曲等冷加工方式很容易實現(xiàn),
不進行固溶處理會出現(xiàn)以下具體情況。會導(dǎo)致材料晶格位錯等微觀缺陷和表面粗糙度的增加,并誘發(fā)馬氏體相變及碳化物的析出。如冷加工后奧氏體鋼呈現(xiàn)出磁性增加現(xiàn)象。導(dǎo)致材料晶格位錯或相變發(fā)生在表面,就會成為孔蝕等局部腐蝕的始發(fā)位置。這種現(xiàn)象在變形程度達到20%減斷面率時會出現(xiàn)直接不良影響。冷加工以后將在材料中留下殘余應(yīng)力,殘余應(yīng)力對材料的抗應(yīng)力腐蝕開裂(scc)極為不利。
任何程度的冷加工對會使材料的scc敏感性大增 冷加工程度對奧氏體不銹鋼的高溫持久強度也有不良影響。一般工作溫度越高或斷裂壽命要求越高,允許的冷加工程度也越低。對于承受交變載荷的不銹鋼鋼管應(yīng)用,冷加工會因伸長率和剩余伸長率降低使其開裂擴展速率上升而造成不利影響。綜上所述,不銹鋼焊管必須進行固溶和光亮處理,以保證不銹鋼焊管達到耐腐蝕性能和防止奧氏體碳化物析出。
雙金屬復(fù)合管由兩種不同金屬材料構(gòu)成,管層之間通過各種變形和連接技術(shù)形成緊密結(jié)合,從而使兩種材料結(jié)合成一體而制成的一種新型金屬復(fù)合管材。其一般設(shè)計原則是基材滿足管道設(shè)計許用應(yīng)力,復(fù)層抵抗腐蝕或磨損等。雙金屬復(fù)合管兼有基層和復(fù)層的所有優(yōu)點,相對于整體合金管能有效降低成本,而且在對整體合金管具有應(yīng)力腐蝕開裂敏感性的氯化物和(或) 酸性環(huán)境中復(fù)合管可以提高性和可靠性。
隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,環(huán)境介質(zhì)的復(fù)雜化,以及競爭的加劇,許多行業(yè)對金屬管材綜合性能的要求越來越高,因而雙金屬復(fù)合管及其生產(chǎn)技術(shù)得到迅速發(fā)展。對于強腐蝕、高磨損、高工作壓力環(huán)境下使用的流體管道,通常采用高品質(zhì)的不銹鋼或高合金含量的無縫鋼管,這類管材由于大量添加合金元素,其價格是一般普通無縫鋼管的幾倍或幾十倍。多年來,管材用戶和生產(chǎn)商一直在努力尋求通過不同金屬的復(fù)合,從而獲得一種既能滿足苛刻的使用環(huán)境,又價廉物美的高性能復(fù)合管材
目前雙金屬復(fù)合管的生產(chǎn)方法主要包括冷成型法、熱成型法、離心鑄造法、離心鋁熱劑法、爆炸焊成型法、電磁成型法等等。
冷成型法:冷成型制造工藝的基本特征是將預(yù)加工好的薄壁不銹鋼管套入碳鋼管中,然后通過機械方法使不銹鋼管緊緊貼合在碳鋼管內(nèi)壁上。薄壁不銹鋼管有兩種獲得途徑:一種是通過選擇合適規(guī)格的無縫不銹鋼管,通過旋壓的方法使之變薄,達到要求的外徑和厚度;另一種是用薄的不銹鋼板或鋼帶在專用的制管機上用tig焊接成直縫或螺旋縫不銹鋼管。采用拉拔、脹接、旋壓和滾壓等方法使不銹鋼管緊緊貼合在碳鋼管內(nèi)壁上,其中拉拔和脹接為常用。拉拔是取兩根分別制成的無縫鋼管,將一根套在另一根外面,然后將兩管通過一模具同時進行拉拔,從而實現(xiàn)緊密配合的機械結(jié)合。
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