本发明专利技术属于双金属复合材料成型技术领域，具体涉及双金属复合无缝管材及轧制工艺流程。本发明专利技术的双金属复合无缝管材轧制工艺流程，适用于外层20碳钢和内层316L不锈钢的双金属复合无缝管材，该轧制工艺流程通过制备特定尺寸的碳钢空心管材和不锈钢内层棒材，使其满足特定的构成比例后控制电感应加热装置，将较细的不锈钢棒材熔化后，固液复合至碳钢内层，制成一定长度的复合管坯，再经加工中心通孔后，将复合管坯加热至加工温度，经穿孔机穿孔后，将复合管坯穿孔成型为厚壁空心毛管，经连轧机轧制为荒管，经张力减径机轧制为所需管材尺寸，经固溶处理后，使外层金属达到所需强度。本发明专利技术的工艺成熟完善，可有效获得满足性能要求的出油管道。出油管道。出油管道。
【技术实现步骤摘要】
双金属复合无缝管材及轧制工艺流程
[0001]本专利技术属于双金属复合材料成型
，具体涉及一种双金属复合无缝管材及轧制工艺流程。
技术介绍
[0002]随着国内海上钻井平台技术的成熟，作业深度和采集范围的延伸，关键核心技术急需攻克，主动掌握勘探开发的主动权，为我国深水油气开发和海洋工程装备技术的作出贡献。海洋采油对出油管道的材料性能具有严格的要求，其中必需的复合管材，就要求外部强度足够高而韧，内壁管材要有足够好的耐腐蚀性，甚至于需要三层复合管的发展，而现有的单金属管材及合金管材，目前仅需3个月就要更换一次出油管道。
[0003]复合管材轧制成形涉及到两种金属在相同温度和轧制速度下发生的变形，由于复合层金属的特征是同一轧制温度下，变形速度不同。鉴于这一特征的情况，对于双金属复合管材变形机理的研究中，如何保障两种金属既能满足变形条件，又能符合各自的金属特性，并且还能不降低复合强度和机械性能，则成为了研究人员的研究重点。但截止目前，研发人员尚未发现针对双金属复合无缝管材成熟的轧制工艺流程，可以在有效实施的基础下保证双金属复合管材的复合强度和机械性能。
技术实现思路
[0004]鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种双金属复合无缝管材轧制工艺流程，旨在解决目前针对双金属复合无缝管材尚无可有效实施并保证复合管质量的成熟轧制工艺流程的缺陷。
[0005]本专利技术的另一目的在于，提供一种基于上述公开的双金属复合无缝管材轧制工艺流程所形成的双金属复合无缝管材。
[0006]本专利技术的核心在于，基于特定的内外层金属材料，即316L不锈钢与20碳钢，加之特定的内外层金属材料的配比，即内外层金属材料的厚度比为1∶3.66，搭配构建特定的双金属复合材料斜轧穿孔有限元模型，选择出特定的适合于两种金属材料的同一加工温度，最终使其两者金属材料达到在同一轧制温度下，既满足了双金属的变形条件，又符合了两种金属各自的金属特性，同时还不降低复合强度和机械性能。
[0007]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采取以下的技术方案：双金属复合无缝管材轧制工艺流程，是基于外层20碳钢和内层316L不锈钢的双金属复合无缝管材的轧制工艺流程，包括以下步骤：S1.基于内外层金属材料，建立内外层金属的复合界面接触模型，并与斜轧穿孔工艺相结合，构建双金属复合材料斜轧穿孔有限元模型；S2.根据油井管的使用标准，确定出双金属复合无缝管材使用过程中所承受的最大工作压力，利用公式（1）并结合成品油井管的尺寸，获取内外层金属材料的壁厚比为1∶3.66；
公式（1）式中：P
‑
静水压试验压力，此处取1.5倍的工作压力；
‑
系数；
‑
管体规定屈服强度；D
‑
成品油井管的外径；t
‑
成品油井管的总壁厚；S3.基于获取的内外层金属材料的壁厚比，利用构建双金属复合材料斜轧穿孔有限元模型，确定出外层20碳钢空心管材的坯料尺寸和内层316L不锈钢棒材的坯料尺寸；S4.将内层棒材放入外层空心管材中，采用电磁感应加热装置，自下而上的均匀移动，逐渐熔化每一段金属，将内层不锈钢固液复合到碳钢内层，制成复合管坯；其中，加热温度需保证内层金属达到熔点，加热时长2
‑
3h/m；S5.采用机加工的方式，在复合管坯的中心加工出一定尺寸的通孔，该通孔的尺寸由斜轧穿孔的顶头大小来确定；S6.根据复合管坯双金属材料的热模拟压缩实验，绘制热加工图，选取出适合两种金属材料的同一加工温度，然后利用环形加热炉将此复合管坯加热至该选定温度后出炉，其中，选定的加工温度为1160℃
±
20℃；S7.将出炉的复合管坯经由穿孔机轧制成厚壁空心毛管后，经连轧过程轧制为荒管，再经张力减径过程轧制为符合要求的复合半成品管；S8.将获得的复合半成品管进行固溶处理后快速冷却，此时碳化物和合金元素会均匀地溶解在奥氏体中，奥氏体晶粒会快速长大，析出物重新回溶，内外层金属的硬度和延伸率重新匹配，材料的机械性能和复合强度均达到最佳，且固溶处理后，奥氏体组织为等轴晶，并存在退火孪晶，其中，固溶温度为1100℃
±
10℃。
[0008]进一步的，所述步骤S3的具体过程包括：首先，利用构建双金属复合材料斜轧穿孔有限元模型中的顶头规格，根据公式（2），确定出机加工的通孔直径d，进而获取出复合管坯的管坯外径Φ；公式（2）式中，n为系数0.25，T为斜轧穿孔的顶头直径；然后，基于获取的内外层金属材料的壁厚比，并根据体积不变的原理，利用公式（3）确定出外层20碳钢空心管材的外径与外层壁厚以及内层316L不锈钢棒材的内层直径；公式（3）式中，r为内层金属半径。
[0009]再进一步的，所述步骤S7中将出炉的复合管坯经由穿孔机轧制成厚壁空心毛管的具体过程为：将出炉的复合管坯置于出料台架上，以便将其复合管坯滚动到移钢机上；随后将复合管坯的尾端热定心，以便改善穿孔后空心毛管尾端的几何形状；然后将复合管坯送进锥形穿孔机的受料槽内，并在其锥形穿孔机的入口处设置复合管坯预旋转装置，使复合管坯具有一预转速，以便穿孔前实现更好的咬入；再由推坯机利用导辊和导管，将复合管坯送进锥形穿孔机内，通过顶头，轧辊和导板将复合管坯轧制成厚壁空心毛管，并在锥形穿孔机的出口处后方，设置6组三辊定心装置，用来支撑顶杆，保证空心毛管的导向和壁厚的均匀性；待锥形穿孔机将空心毛管完全穿出后，顶杆止推机构回推，将顶杆从空心毛管中抽
出，进入顶杆冷却循环系统。
[0010]更进一步的，所述穿孔时的预转速为40r/min，在稳定轧制时转速为80r/min，整个穿孔过程遵从低速咬入，高速轧制，低速咬出的原则，以避免在斜轧穿孔过程中，外层金属在轧辊带动下旋转，发生过量的扭转变形。
[0011]具体的，所述步骤S7中涉及的连轧过程具体为：PQF连轧机的入口处设有高压水系统，用于空心毛管外表面除鳞；经由PQF连轧机轧制后，套在芯棒上的空心毛管延伸成荒管；整个连轧过程中，芯棒恒速运动，轧制件的金属均匀流动，经设置的壁厚测量系统，实时跟踪PQF连轧机出口的荒管状态并在线监控荒管的壁厚及质量，使其轧制后荒管壁厚基本达到成品管的壁厚；后续芯棒再由脱管装置脱管后，由辊道电机运送返回连轧轧制的起始位置，经移钢机横移芯棒，将芯棒送往芯棒循环系统，并对整个过程进行温度检测。
[0012]较佳的，在连轧轧制前，通过氮气将抗氧化粉末吹入空心毛管的内部，然后空心毛管横移装置将空心毛管运往PQF连轧机入口区，同时，连轧过程中芯棒的转速为多少。
[0013]具体的，所述步骤S7中涉及的张力减径过程具体为：将连轧机轧制后的荒管经再热炉重新加热并对荒管的温度进行控制，再由24机架张力减径机实现减径减壁，使张力减径机出口的复合半成品管的各项参数满足轧制预设定的要求。
[0014]较佳的，所述荒管内层的温度控制在1100℃
±
10℃范围，外层的温度控制在950℃以下，以避免外层金属发生过烧现象。
[0015]具体的，将本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.双金属复合无缝管材轧制工艺流程，是基于外层20碳钢和内层316L不锈钢的双金属复合无缝管材的轧制工艺流程，其特征在于，包括以下步骤：S1.基于内外层金属材料，建立内外层金属的复合界面接触模型，并与斜轧穿孔工艺相结合，构建双金属复合材料斜轧穿孔有限元模型；S2.根据油井管的使用标准，确定出双金属复合无缝管材使用过程中所承受的最大工作压力，利用公式（1）并结合成品油井管的尺寸，获取内外层金属材料的壁厚比为1∶3.66；公式（1）式中：
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静水压试验压力，此处取1.5倍的工作压力；
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系数；
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管体规定屈服强度；
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成品油井管的外径；
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成品油井管的总壁厚；S3.基于获取的内外层金属材料的壁厚比，利用构建双金属复合材料斜轧穿孔有限元模型，确定出外层20碳钢空心管材的坯料尺寸和内层316L不锈钢棒材的坯料尺寸；S4.将内层棒材放入外层空心管材中，采用电磁感应加热装置，自下而上的均匀移动，逐渐熔化每一段金属，将内层不锈钢固液复合到碳钢内层，制成复合管坯；其中，加热温度需保证内层金属达到熔点，加热时长2
‑
3h/m；S5.采用机加工的方式，在复合管坯的中心加工出一定尺寸的通孔，该通孔的尺寸由斜轧穿孔的顶头大小来确定；S6.根据复合管坯双金属材料的热模拟压缩实验，绘制热加工图，选取出适合两种金属材料的同一加工温度，然后利用环形加热炉将此复合管坯加热至该选定温度后出炉，其中，选定的加工温度为1160℃
±
20℃；S7.将出炉的复合管坯经由穿孔机轧制成厚壁空心毛管后，经连轧过程轧制为荒管，再经张力减径过程轧制为符合要求的复合半成品管；S8.将获得的复合半成品管进行固溶处理后快速冷却，此时碳化物和合金元素会均匀地溶解在奥氏体中，奥氏体晶粒会快速长大，析出物重新回溶，内外层金属的硬度和延伸率重新匹配，材料的机械性能和复合强度均达到最佳，且固溶处理后，奥氏体组织为等轴晶，并存在退火孪晶，其中，固溶温度为1100℃
±
10℃；S9.将固溶处理后的复合无缝管材经冷床冷却后定尺锯切，然后将定尺锯切的复合无缝管材送往精整线矫直，探伤加工后最终制成成品管。2.根据权利要求1所述的双金属复合无缝管材轧制工艺流程，其特征在于，所述步骤S3的具体过程包括：首先，利用构建双金属复合材料斜轧穿孔有限元模型中的顶头规格，根据公式（2），确定出机加工的通孔直径d，进而获取出复合管坯的管坯外径；公式（2）式中，n为系数0.25，为斜轧穿孔的顶头直径；然后，基于获取的内外层金属材料的壁厚比，并根据体积不变的原理，利用公式（3）确定出外层20碳钢空心管材的外径与外层壁厚以及内层316L不锈钢棒材的内层直径；
公式（3）式中，r为内层金属的半径。3.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡建华，杨晟，陈建勋，张鹏岳，蓝华青，王小花，郝亚东，马佳旺，丁小凤，桂海莲，何宗霖，苟毓俊，双远华，
申请(专利权)人：山西钢合力新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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