冶金復(fù)合不銹鋼管成型方法有離心鑄造法、軋制/擠壓、堆焊、爆炸焊等傳統(tǒng)成型方法,也有電磁成型、離心鋁熱劑法等新型成型方法。各成型方法均有其優(yōu)缺點(diǎn),技術(shù)成熟并用于實(shí)際生產(chǎn)的成型方法有。
1. 離心鑄造法
這是在熔融金屬與固體金屬相互作用基礎(chǔ)上獲得結(jié)合方法。特點(diǎn)是結(jié)晶細(xì)密,機(jī)械性能好,結(jié)合面緊密,但內(nèi)表面質(zhì)量較差,且限制內(nèi)襯金屬熔點(diǎn)必須低于基材熔點(diǎn)。國內(nèi)代表廠家是新興鑄管。采用該方法生產(chǎn)復(fù)合不銹鋼管的工藝流程為:某層(或各層)金屬的熔化→空心復(fù)合不銹鋼管坯的離心澆鑄→管坯的機(jī)械加工→擠壓機(jī)、周期式軋管機(jī)、連續(xù)式軋管機(jī)生產(chǎn)半成品管或成品管→復(fù)合鋼管的熱處理→冷軋或冷拔(必要時)。離心澆鑄是向旋轉(zhuǎn)的鑄模中依次澆鑄各層金屬,或者將熔化的覆層金屬澆鑄到經(jīng)加工并預(yù)熱到給定溫度的基層金屬上,見圖8-36。目前,利用離心澆鑄生產(chǎn)的復(fù)合鋼管,其規(guī)格范圍在Φ(80~900)mmx(10~250)mm之間。如果與熱冷變形相配合,可以生產(chǎn)外徑為φ6~550mm,壁厚1mm的復(fù)合鋼管,見圖8-37。
2. 擠壓/軋制熱加工法
這種方法是固態(tài)金屬通過熱塑性變形而獲得結(jié)合的方法,采用熱塑性變形法生產(chǎn)復(fù)合不銹鋼管的工藝流程為:在自動軋管機(jī)、周期式軋管機(jī)或擠壓機(jī)/冷軋機(jī)上。工藝流程是:分別生產(chǎn)內(nèi)層管和外層管(或離心澆鑄的復(fù)合管坯)→用機(jī)械加工或化學(xué)法處理待復(fù)合表面→配裝→兩端焊接密封→雙層管坯加熱→軋機(jī)、擠壓機(jī)上進(jìn)行熱塑性變形→冷軋或冷拔(必要時)。
軋制是一種傳統(tǒng)的制備復(fù)合金屬的方法。熱軋復(fù)合實(shí)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(dá)到原子接觸,從而使兩表面焊在一起。軋制的優(yōu)點(diǎn)是生產(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(yīng)用較為廣泛的復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)。
用擠壓機(jī)生產(chǎn)復(fù)合管時,當(dāng)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“壓力鍛”的焊接效應(yīng),促進(jìn)界面間的快速擴(kuò)散和廣泛結(jié)合,成品為冶金結(jié)合的復(fù)合擠壓管。
3. 復(fù)合鋼板焊接法
這是目前制造直徑大于300mm以上石油天然氣輸送管道用復(fù)合鋼管的主要方法。它先將兩種不同材質(zhì)的板坯用超大功率熱軋機(jī)進(jìn)行熱復(fù)合,然后用UO工藝卷成管坯,再進(jìn)行縱縫焊接。采用這種方法生產(chǎn)復(fù)合鋼管的工藝流程為:
熱軋板坯→用機(jī)械或化學(xué)法處理二層板坯待復(fù)合表面→組成雙層板進(jìn)行熱軋復(fù)合→UO成形管坯→縱縫焊接→擴(kuò)管→熱處理。
4.冷加工擴(kuò)散退火法
這種方法與熱加工方法最大的不同是:首先將不同材質(zhì)的管坯分別制成冷軋或冷拔無縫管,其次在內(nèi)層管坯的外側(cè)纏繞一層特制的低熔點(diǎn)中間層薄帶,經(jīng)冷拔后,再進(jìn)行高溫擴(kuò)散退火,它的工藝流程如下:
冷軋與冷拔制成內(nèi)層管與外層管→用機(jī)械或化學(xué)法處理待復(fù)合管的接觸表面→在內(nèi)層管的外側(cè)螺旋式纏繞低熔點(diǎn)金屬帶→配管→冷拔或冷軋→擴(kuò)散退火→冷軋或冷拔(必要)。
5. 粉末法
粉末冶金法制造復(fù)合鋼管的工藝,其工藝流程如下:真空感應(yīng)爐熔煉、氣體霧化制粉→分級→粉末充填→冷(或熱)等靜壓→坯料加熱→熱擠壓。該工藝最早由日本山陽特殊鋼公司和日本新日鐵公司等開發(fā)。
6. 雙金屬壓熔錨合冶金復(fù)合
浙江至德鋼業(yè)有限公司開發(fā)的雙金屬壓熔錨合冶金復(fù)合管,是通過高溫高壓同時作用,基管、內(nèi)管材料接觸界面的金屬熔融液態(tài)化,之后兩種金屬材料液相經(jīng)過混合凝固產(chǎn)生金屬鍵結(jié)合和新的金屬相態(tài)組織,最終實(shí)現(xiàn)高結(jié)合力的冶金復(fù)合管。雙金屬壓熔錨合冶金復(fù)合不銹鋼管的基管和內(nèi)管之間結(jié)合強(qiáng)度可超過210MPa,是無縫隙、冶金級的整體金屬復(fù)合方法。