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目前金屬復合無縫管冷成型法大致有以下兩種:內(nèi)擴漲型和外減徑型。內(nèi)擴漲型,即:采用兩種材質(zhì)的無縫管相互穿套(如外管采用一般普碳鋼無縫鋼管,內(nèi)穿一薄壁不銹鋼管作為內(nèi)層金屬管),在內(nèi)管中施以高壓,使內(nèi)層無縫管發(fā)生塑性變形外層無縫管僅產(chǎn)生彈性變形,從而使內(nèi)管與外管緊密結(jié)合,形成雙金屬復合無縫管。外減徑型,即:仍采用兩種材質(zhì)的無縫管相互穿套,對外層管進行減徑拉拔或軋制,使內(nèi)管與外管緊密結(jié)合,形成雙金屬復合無縫管。 內(nèi)擴漲型和外減徑型工藝生產(chǎn)的金屬復合無縫管的不足之處在于:生產(chǎn)成本高昂,內(nèi)外管均必須采用現(xiàn)成的熱軋或冷拔無縫管,加上其后的內(nèi)漲或減徑工序使其制造成本大幅度上升;以上兩種類型的無縫管并非完全意義上的金屬復合,兩層金屬相互間并無冶金熔合,在受軸向力的情況下內(nèi)外兩層金屬難以傳遞和均衡外力,在需要熱傳遞的應用領(lǐng)域,由于內(nèi)外兩層金屬間存在間隙,熱阻必將大幅度增加。 復合管的熱成型法:熱成型制造工藝包括熱軋和熱擠壓兩種方法,前者主要適用于有縫復合管的生產(chǎn),后者適用于無縫復合管的生產(chǎn)。
軋制是一種傳統(tǒng)的制備復合金屬的方法。熱軋復合實質(zhì)上屬于壓力焊,如果變形量足夠大,軋輥施加的壓力就會破壞金屬表面的氧化膜,使表面達到原子接觸,從而使兩表面焊在一起。軋制的優(yōu)缺點分別為:優(yōu)點:生產(chǎn)率高、質(zhì)量好、成本低,并可大量節(jié)省金屬材料的損耗,因此是目前應用極為廣泛的復合材料生產(chǎn)技術(shù)。軋制結(jié)合的復合板占復合板總產(chǎn)量的90%,而且經(jīng)常應用于壁厚小于32mm的管材的加工。缺點:一次性投資大,而且很多材料組合不能通過軋制復合實現(xiàn)。目前應用廣泛的還是利用軋制工藝進行碳鋼、不銹鋼有縫復合管的制造。 熱擠壓一般是針對雙金屬管坯進行的,稱為復合擠壓(coextrude)。復合擠壓目前是生產(chǎn)不銹鋼和高鎳合金無縫復合管的好方法,日本制鋼所利用這種方法生產(chǎn)8in(203.2mm)以下的雙金屬復合管。它是將兩種以上的金屬組成的一大直徑復合坯料加熱到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,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。 復合擠壓的優(yōu)缺點分別為: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,因此目前復合擠壓僅限于碳鋼、不銹鋼和高鎳合金間的復合。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)制造復合管的方法。
在不銹鋼焊管的生產(chǎn)過程中,有一道工序非常的重要,那就是——固溶處理。固溶處理是指將合金加熱到高溫單相區(qū)恒溫保持,使過剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻,以得到過飽和固溶體的熱處理工藝。不銹鋼焊管通過固溶處理來軟化,一般將不銹鋼焊管加熱到950~1150℃左右,保溫一段時間,使碳化物和各種合金元素充分均勻地溶解于奧氏體中,然后快速淬水冷卻,碳及其它合金元素來不及析出,獲得純奧氏體組織。其作用:使焊接鋼管組織和成分均勻一致,這對原料尤其重要,因為熱軋線材各段的軋制溫度和冷卻速度不一樣,造成組織結(jié)構(gòu)不一致。在高溫下原子活動加劇,σ相溶解,化學成分趨于均勻,快速冷卻后就獲得均勻的單相組織。 加工硬化,以利于繼續(xù)冷加工。通過固溶處理,歪扭的晶格恢復,伸長和破碎的晶粒重新結(jié)晶,內(nèi)應力,鋼管抗拉強度下降,伸長率上升?;謴筒讳P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),不進行固溶處理會導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力,殘余應力對材料的抗應力腐蝕開裂(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。
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