[发明专利]一种采用冷芯连续铸轧工艺生产双金属复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料的复合加工领域，涉及一种采用冷芯连续铸轧工艺生产双金属复合材料的方法，特别是一种生产双金属复合管或棒的方法。

背景技术

双金属复合管（棒）是一种高效复合材料，它通过一定的工艺方法，将两种不同金属（即基体金属和覆层金属）在整个接触表面上，形成紧密牢固的结合效果，被广泛应用于石油化工、机械制造、电力、造船、造纸、海洋开发、原子能应用等工业技术领域。目前，用于制造双金属管（棒）的金属主要有碳钢、合金钢、耐蚀钢、铜及铜合金、铝及铝合金、镍及镍合金、钛、钽、钴、难熔金属等。其中，耐蚀性和耐磨性较差的碳素钢或低合金钢作为基材，而耐蚀性好的不锈钢、镍基合金、铜及铜合金、钛及钛合金等作为覆层金属，组成如铜-钢，铜-铝，镁-铝合金，铝青铜-钢等复合形式。由于采用了两种具有不同性能特征的金属复合而成，与同品种的钢管（或棒材）相比，其综合性能（包括机械性能、导电性能、物理化学性能等）更为理想。

目前，国内外围绕双金属复合管，已陆续开发了油井管、机械结构管、轴承管、输送管、锅炉管、原子能用管、电缆管，热交换器用管及耐热耐蚀管、耐磨管等，产品规格有管径Φ0.8～Φ1500mm，壁厚0.15～70mm。在双金属复合棒材方面，也成功开发了具有良好耐腐蚀性能的钢-铝复合棒，以及在电镀、电解、湿法冶金等工序中应用于较强腐蚀工况条件下的导电钛-铜复合棒等。其中，钢-铝复合棒材被广泛应用于船体、海上石油钻井平台、水坝闸门等水下或地下工作部件的防腐保护。根据不同的使用要求，双金属复合管（棒）的覆层厚度通常为0.3-10mm，少数甚至达到20mm以上。

国内外现有的双金属复合管的制造方法主要有嵌套成型、内爆炸焊接法、包复焊接法、离心铸造法、热轧法和粉末冶金法等。其中，嵌套成型一般采用两种成品管材来制造，利用机械力（如冷拔、旋压、热挤压和水压胀形等方法）或利用两种金属具有不同热膨胀系数的特性（如热膨胀法，类似于热装过盈装配），将基材与覆材成品管强制嵌套在一起，该方法的缺点是产品尺寸范围相对较窄，装配精度要求高，工序复杂，成材率低，且高温下易产生应力松弛而分层失效。爆炸焊接是利用炸药爆炸产生的可控巨大能量和冲击波，使不同金属在一定碰撞角度下高速碰撞，在碰撞点产生高温、高压，碰撞点附近金属产生强烈塑性变形，而实现不同金属材料组合的高质量冶金结合的技术。采用内爆炸的方法可在金属管的内表面焊上另一种金属材料的管材,材质选择范围广且焊接界面处强度大于基体材料的强度，但界面结合区易形成波形且尺寸精度难以保证，管坯长度受到限制（通常只能生产长度在1000mm以下的管子）。包复焊接法以基材成品管为内层金属，外层覆材金属为热轧带材，借鉴直缝焊管生产工艺，利用孔型系统和焊接机，将覆层金属带材连续包复在基材金属管上，形成直缝复合管。该方法生产率高、质量好、成本低，可大量降低金属材料的耗损，但要求一次性投资大，材料选择范围小。离心铸造法是将固体管置于离心机上，然后向其内部注入金属熔液，在离心力的作用下，金属熔液附着并凝固于管子内壁上，最后将离心后产品放入压力机中，在压力机的作用下，使复合管管径减少，厚度减薄达到要求。利用离心铸造法生产的双层金属管易产生壁厚不均缺陷，表面需要机械加工，且铸造时液体金属相互冲刷和拌合易形成过渡层。近年来，出现了采用三辊斜轧的方法生产双金属复合管，将双金属复合坯料放入三辊斜轧机中进行轧制，类似于无缝钢管的生产方式，通过减径达到所需的尺寸规格。粉末冶金法通过高温静压成型，主要用于高强度难变形金属的复合，可加工出强度和耐蚀性能良好的复合管。气相沉积（Vapor Deposition）是利用气相中发生的物理化学过程，在材料表面形成具有特种性能的金属或化合物涂层的工艺方法，能够形成极薄的金属覆层，目前广泛用于纳米加工领域。

相对于双金属复合管，双金属复合棒的加工方法仍较少，主要有包覆热轧复合法与北京科技大学提出的双结晶器连铸工艺和充芯连铸工艺等。

综合国内外现有的双金属复合管（棒）生产工艺技术方法，开发对基材和覆材坯料尺寸和形状精度要求低、工艺高效稳定以及产品规格范围更广的新复合工艺，是本领域努力的方向。

发明内容

本发明的目的是为了实现高效洁净地生产合格的双金属复合管（棒）产品，提供一种采用冷芯连续铸轧工艺生产双金属复合材料（管或棒）的方法，实现基材与覆层金属的固液柔性高效复合。

为了达到如上目的，本发明通过如下技术方案实现：

步骤1，选择常温金属成品管或棒作为冷芯基材，并对其外表面进行预处理，去除表面氧化铁皮和油渍，使其洁净；