一种不锈钢/碳钢复合管及其制作工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种不锈钢/碳钢复合管的制作工艺，本发明专利技术对基层管内表面(也即内壁)精整以获得良好的结合面状态，为后续熔合准备，并且通过对基层管内壁进行粗糙度加工，使得基层管和复合层能够紧密的结合在一起，增加结合面面积，从而增大复合层与基层之间的结合强度。本发明专利技术通过浇注与复合层材质相同的浇注液来获得复合层，并且通过基层管和设置在基层管内的陶瓷模具成型复合层。在浇注过程中，本发明专利技术同时向上移动陶瓷模具，使得陶瓷模具不断挤压从顶部注入的浇注液，而且结合陶瓷模具底部的冷却系统可对浇注液进行快速冷却，从而定型得到复合层。本发明专利技术自动化程度高，无需大量人工操作，提高了产品稳定性及生产效率。

A stainless steel / carbon steel composite pipe and its manufacturing process

【技术实现步骤摘要】
一种不锈钢/碳钢复合管及其制作工艺
本专利技术涉及复合管制备
，具体涉及一种不锈钢/碳钢复合管及其制作工艺。
技术介绍
双金属复合材料是通过各式复合技术将两种性能不同的金属复合在一起制备的新型材料，既发挥了复层材料耐腐蚀、耐热、耐磨损等性能，又结合了基层材料的强度和刚度，使其获得单一组元金属无法企及的综合性能，更加适应工业与科技快速发展对于材料越来越高的要求。不锈钢复合管通过在碳钢或低合金钢钢管上以一定工艺结合一层具有高耐蚀性不锈钢的层状复合材料，适应高腐蚀环境的，同时极大地节约昂贵的不锈钢用量，显著降低生产成本。目前双金属复合管成型技术，主要包括机械成型法和冶金成型法，其中机械成型法主要有机械扩径法、爆炸扩径法、定径法等方法，冶金成型法主要有热轧制，热挤压和离心铸造等方法。有研究者通过锥形挤压模具挤压胀大内衬管，实现与外基管间的机械结合。该方法优点在于生产效率高，适用于大规模生产，但界面间机械结合强度不高，拉拔过程管壁容易产生变形不均，造成开裂等问题。也有研究者先通过固液复合方式实现界面间冶金结合，再通过拉拔处理提高复合管综合力学性能与物理性能。相较于只进行单一固液复合的双金属，该方法能有效解决浇注温度过高容易形成界面中间化合物的问题，但相对于不锈钢/结构钢进行固液结合，界面附近中间化合物为硬相碳化物，拉拔时容易造成应力集中，诱发裂纹，且该方法拉拔前后需进行两次热处理，影响生产效率。还有研究者通过消失模铸造制作复合管的内/外不锈钢复层，砂型铸造制作碳钢中间层，经三辊热轧扩径制成三层结构双金属冶金复合管。该方法生产复合管产品精度高，热轧变形抵抗力小，但砂型铸造与消失模铸造法前置生产工艺复杂，生产环境恶劣，且产品管径受热轧扩径设备尺寸限制，无法生产超过一定管径的双金属复合管。还有研究者通过同一离心管模内先后浇注碳钢外管与不锈钢内管的方式形成复合。离心铸造可以实现内、外管界面良好的冶金结合，但同时工艺设备复杂，存在内壁质量不高、内管形状不均匀等问题，且离心管管径、长度超过一定范围后，离心铸造过程产生的离心力也可能导致外层碳钢管产生形变。综上所述，目前还没有一种通过固液复合法高效生产大规格碳钢/不锈钢复合管的方法。为解决复合管固液复合浇注过程中的温度控制问题、表面质量问题、生产效率问题，开发一种新型的碳钢/不锈钢固液复合浇注设备显得尤为关键。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种不锈钢/碳钢复合管及其制作工艺，本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种不锈钢/碳钢复合管的制作工艺，不锈钢/碳钢复合管的复合层和基层的材质分别选自不锈钢或碳钢，并且复合层和基层的材质不同，制作工艺包括以下步骤：(1)基层管的表面处理取与预计复合层材质相同的管材作为基层管，将基层管的内壁进行精整后加工出具有粗糙度的结合面；(2)基层管的预热将基层管调运至加热炉中并在惰性气氛或还原气氛中进行预热，以达到浇注所需的预热温度；(3)浇注将基层管调运至浇注区，然后将陶瓷模具降吊至基层管内底部并进行对中，陶瓷模具与基层管之间形成浇筑腔体，通过设置在陶瓷模具顶部的盛钢桶盛放与复合层材质相同的浇注液，并控制浇注液温度在浇注液液相线上50-70℃；开启盛钢桶的出钢口进行浇注，并且在浇注过程中通过升降系统将陶瓷模具向上匀速运动，同时利用配置在陶瓷模具底部的冷却系统对浇注得到的复合层进行冷却，直至浇注完毕，得到复合管坯体；(4)热处理将复合管坯体降温冷却，然后进行热处理，得到不锈钢/碳钢复合管。本专利技术的不锈钢/碳钢复合板可以以不锈钢作为复合层、碳钢作为基层，也可以以碳钢作为复合层、不锈钢作为基层。以本专利技术的技术构思作为指导，本领域技术人员还可以衍生出其他材质金属复合管的制作工艺，亦在本专利技术的保护范围之内，例如用于海洋平台的钛-碳钢复合板。本专利技术对基层管内表面(也即内壁)精整以获得良好的结合面状态，为后续熔合准备，并且通过对基层管内壁进行粗糙度加工，使得基层管和复合层能够紧密的结合在一起，增加结合面面积，从而增大复合层与基层之间的结合强度。本专利技术通过浇注与复合层材质相同的浇注液来获得复合层，并且通过基层管和设置在基层管内的陶瓷模具成型复合层。在浇注过程中，本专利技术同时向上移动陶瓷模具，使得陶瓷模具不断挤压从顶部注入的浇注液，而且结合陶瓷模具底部的冷却系统可对浇注液进行快速冷却，从而定型得到复合层。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，步骤(3)还包括：在浇注过程中，控制基层管旋转。本专利技术通过旋转基层管，使得浇注至基层管和陶瓷模具之间的浇注液(也可以称之为钢水)混合均匀，提高复合层质量。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述基层管的旋转速率为100-400r/min。优选地，基层管的旋转速率为100r/min、360r/min或400r/min。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，步骤(3)中，陶瓷模具的移动速率为1-20mm/s。本专利技术通过在浇注过程中一边浇注一边移动陶瓷模具并且还同时对陶瓷模具下方的坯壳进行冷却，在陶瓷模具的挤压作用下，使得复合层的表面质量相比于离心铸造的固液结合方式明显提高，使得复合层内壁平整，避免产生不规则形状，同时通过陶瓷模具挤压还可提高复合层内部质量，改善苏松(缩孔)和偏析的问题，并且还可以提高复合层与基层之间的结合力，而且陶瓷模具移动过程也是脱模过程，当浇注液浇注至基层管顶部时，陶瓷模具移动至顶部，最后移除基层管外，整个工艺流程十分顺畅而且快捷，大大提高了生产效率。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，步骤(3)中，冷却系统对复合层的冷却速度不低于20℃/s。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，步骤(1)中，具有粗糙度的结合面通过在基层管内壁加工螺纹得到。处理加工螺纹，还可以通过打磨或腐蚀的方式来提高基层管的粗糙度。本专利技术实施例包括但不限于前述所提及的几种方式。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，步骤(2)中，预热包括以下具体过程：先利用加热炉对炉体内部环境预热然后对基层管预热，炉体内部的预热温度为100-1800℃，基层管的预热温度为100-1500℃、预热时间为0.1-10h。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，步骤(4)中，冷却速度为10-100℃/s，冷却方式为炉冷、空冷、堆冷、水淬和油淬中的一种或多种组合；热处理为退火、正火、回火和淬火中的一种或多种组合。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，上述陶瓷模具包括进口段、位于进口段下方的出口段以及连接在进口段与出口段之间的过渡段；进口段的直径小于出口段的直径，过渡段呈锥度结构，且锥度为0.5％/m-3％/m。本专利技术的陶瓷模具的中部过渡段为锥度设计，且锥度范围为0.5-3％/m，可在浇注过程中对未完全凝固的不锈钢复层起挤压作用，提升不锈钢复层内部及表面质量。一种不锈钢/碳钢复合管，采用上述制作工艺制备得到，不锈钢/碳钢复合管包括材质不同的复合层和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不锈钢/碳钢复合管的制作工艺，其特征在于，所述不锈钢/碳钢复合管的复合层和基层的材质分别选自不锈钢或碳钢，并且所述复合层和所述基层的材质不同，所述制作工艺包括以下步骤：/n(1)基层管的表面处理/n取与预计复合层材质相同的管材作为基层管，将基层管的内壁进行精整后加工出具有粗糙度的结合面；/n(2)基层管的预热/n将所述基层管调运至加热炉中并在惰性气氛或还原气氛中进行预热，以达到浇注所需的预热温度；/n(3)浇注/n将所述基层管调运至浇注区，然后将陶瓷模具降吊至所述基层管内底部并进行对中，所述陶瓷模具与所述基层管之间形成浇筑腔体，通过设置在所述陶瓷模具顶部的盛钢桶盛放与复合层材质相同的浇注液，并控制浇注液温度在浇注液液相线上50-70℃；/n开启所述盛钢桶的出钢口进行浇注，并且在浇注过程中通过升降系统将所述陶瓷模具向上匀速运动，同时利用配置在所述陶瓷模具底部的冷却系统对浇注得到的复合层进行冷却，直至浇注完毕，得到复合管坯体；/n(4)热处理/n将所述复合管坯体降温冷却，然后进行热处理，得到不锈钢/碳钢复合管。/n

【技术特征摘要】
1.一种不锈钢/碳钢复合管的制作工艺，其特征在于，所述不锈钢/碳钢复合管的复合层和基层的材质分别选自不锈钢或碳钢，并且所述复合层和所述基层的材质不同，所述制作工艺包括以下步骤：
(1)基层管的表面处理
取与预计复合层材质相同的管材作为基层管，将基层管的内壁进行精整后加工出具有粗糙度的结合面；
(2)基层管的预热
将所述基层管调运至加热炉中并在惰性气氛或还原气氛中进行预热，以达到浇注所需的预热温度；
(3)浇注
将所述基层管调运至浇注区，然后将陶瓷模具降吊至所述基层管内底部并进行对中，所述陶瓷模具与所述基层管之间形成浇筑腔体，通过设置在所述陶瓷模具顶部的盛钢桶盛放与复合层材质相同的浇注液，并控制浇注液温度在浇注液液相线上50-70℃；
开启所述盛钢桶的出钢口进行浇注，并且在浇注过程中通过升降系统将所述陶瓷模具向上匀速运动，同时利用配置在所述陶瓷模具底部的冷却系统对浇注得到的复合层进行冷却，直至浇注完毕，得到复合管坯体；
(4)热处理
将所述复合管坯体降温冷却，然后进行热处理，得到不锈钢/碳钢复合管。


2.根据权利要求1所述的不锈钢/碳钢复合管的制作工艺，其特征在于，步骤(3)还包括：在浇注过程中，控制基层管旋转。


3.根据权利要求2所述的不锈钢/碳钢复合管的制作工艺，其特征在于，所述基层管的旋转速率为100-400r/min。


4.根据权利要求1所述的不锈钢/碳钢复合管的制作工艺，其特征在于，步骤(3)中，所述陶瓷模具的移动速率为1-20mm/s。

【专利技术属性】
技术研发人员：杨岩，张家泉，郑震，兰鹏，王浩，李根，马晓威，史婉丽，董延楠，
申请(专利权)人：青岛力晨新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37