[发明专利]一种双金属复合管裂纹控制方法

说明书

一种双金属复合管裂纹控制方法，属于无缝管材成形技术领域，其特征在于包括以下工艺步骤：1)离心铸造双金属管坯：在无磁铸铁铸型外部沿四周加恒稳磁场，磁场强度由管坯壁厚确定，浇铸速度分别由各自壁厚确定，外、内层浇铸间隔时间由二者壁厚和高温热膨胀系数共同确定；2)双金属铸态管坯正火处理；3)双金属铸态管坯热挤压：挤压温度由铸态管坯出炉后的内、外层结合界面温度确定，挤压比由管坯外、内层壁厚比和屈服强度之比确定，挤压速度由管件长度和挤压比共同确定；4)复合管件调质处理。本发明优点是能够缩短工艺流程，减小合金元素偏析，避免结合界面裂纹产生，提高结合强度。

技术领域

本发明属于无缝管材成形技术领域，具体涉及一种双金属复合管裂纹控制方法。

背景技术

双金属无缝管材是由两种不同金属复合而成的管材，能够发挥各自的性能特点，如高强高韧、耐磨和耐腐蚀性能等，是石油化工、核电火电、交通运输等重大装备领域的关键构件，目前普遍采用热挤压成形工艺进行制造，热挤压前管坯可以为锻态和铸态两种组织状态，当挤压前两个管坯均为锻态时，则是通过镦粗、冲孔等工序进行制坯，组织致密性较高，将两个锻态管坯嵌合装配后进行挤压成为一个复合管件，挤压过程以保证管件的外形尺寸为主，工艺参数控制相对容易，但该工艺流程冗长，材料与能源浪费严重，镦粗和冲孔工序设备投资巨大；当挤压前两个管坯均为铸态时，则是通过离心铸造或砂型铸造方法分别制成空心铸态管坯，组织致密性较差，将两个铸态管坯嵌合装配后进行挤压成为一个复合管件，挤压过程不仅要保证管件的外形尺寸，更重要的是改善组织均匀性，提高力学性能，此工艺具有制造流程短，节约材料和能源，节省设备投资等突出优点。

中国发明专利申请号“201010262830.3”公开了一种双金属复合管的生产工艺，包括工艺步骤如下：1）分别冶炼结构层碳钢钢液和基层高铬铸铁铁液，2）采用离心浇注成型，铸型涂料层采用树脂覆膜砂或水基锆英粉涂料，3）先浇注碳钢钢液，4）碳钢钢液表面温度达到半凝固状态时再浇注高铬铸铁铁液，形成过渡层并相互熔融，得到完整的管铸件，5）脱型后铸件立即放入保温炉或埋入钢砂中逐渐降温；该发明中结构层碳钢与基层高铬铸铁之间存在无间隙的冶金结合，使得复合管件安全性高、耐磨和耐蚀性能好，使用寿命得到提高。中国发明专利申请号“200710201274.7”公开了一种不锈钢双金属复合管及其制造方法，包括工艺步骤如下：1）分炉同时熔炼不锈钢液和另一种金属液，2）去渣及脱氧处理，3）先将外层碳钢金属液进行离心浇铸，4）待浇铸完外层3-5min，外层金属液凝固之后浇铸内层不锈钢金属液，直至结束，内外层金属液在离心力作用下冷却凝固为不锈钢双金属复合管坯料；该发明中离心铸造复合方式使内外层两种金属实现冶金结合，大大提高产品质量。中国发明专利申请号“201010141598.8”公开了一种20/321H耐腐蚀双金属复合管及其制造工艺，包括工艺步骤如下：1）离心浇注制得双金属复合管坯，当外层20钢内表面温度冷却至外层金属液熔点50-80℃时开始浇注内层321H不锈钢金属液，2）双金属复合管坯经热挤压制得荒管，3）荒管经软化处理后冷加工，再进行热处理制得成品管；该发明中内外层完全冶金融合，使用过程中不易分层。中国发明专利申请号“200910222747.0”公开了一种碱回收锅炉用双金属无缝钢管的制备方法，包括工艺步骤如下：1）选择以冶金方式结合的双金属离心铸造复合管坯，进行第一次退火处理，温度为1000-1100℃，保温20-30h，2）挤压前坯料加热温度为1180-1220℃，在挤压比大于10的条件下进行挤压，3）第二次退火处理，温度为780-800℃，保温2-3h，然后空冷；该发明制得的复合管外层金属耐碱腐蚀，内层耐高压，并且经过压扁、弯曲均不会造成两层金属的分层。

采用上述方法进行离心铸造时内、外层结合界面易出现氧化膜和局部区域应力集中，热挤压成形过程中挤压筒与管坯接触部位存在剪切摩擦，内、外层结合界面性能薄弱、金属变形剧烈，粗大的氧化物颗粒或合金元素偏析会导致组织被破坏，出现孔洞、裂纹缺陷，从而界面结合强度性能降低，并且离心浇铸过程中内外层浇铸间隔时间、热挤压过程中挤压比和挤压速度往往根据经验确定，这些工艺参数对热挤压前铸态管坯和热挤压后管件的性能质量均具有重要影响，现有技术无法满足该类双金属复合管材的高性能精确成形制造需求。

发明内容