CN101804450B - 20/321h耐腐蚀双金属复合管及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种20/321H耐腐蚀双金属复合管及其制造工艺，本制造工艺步骤为先离心浇注制得双金属复合管坯，当外层内表面温度冷却至外层金属液熔点50～80℃时开始浇注内层金属液；再将双金属复合管坯经热挤压制得荒管；最后将荒管经软化热处理后冷加工，再进行热处理即制得成品管。本耐腐蚀双金属复合管采用上述制造工艺生产。本发明生产的20/321H耐腐蚀双金属复合管内外层完全冶金融合，使用过程中不易分层。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属成型工艺，尤其是一种20/321H耐腐蚀双金属复合管制造工艺。
背景技术
20/321H双金属复合管主要用于输送具有一定腐蚀性的酸性液体和气体，其中外层20号钢具有一定的强度及韧性，主要起承压作用，内层321H为奥氏体不锈钢，具有一定的抗酸性腐蚀能力。20号钢为普通碳素钢，321H是美国AISI标准中的编号，对应中国的编号为1Cr18Ni9Ti。20/321H双金属复合管常用在外层为大气，内层为含少量NaCl气体，使用压力不小于0.9MPa，腐蚀性不低于5％NaCl环境。20/321H双金属复合管的力学性能指标应符合表1要求，20#碳钢及321H不锈钢的成分应符合表2所列成分要求，其余量主要为铁。
表1双金属复合管性能要求
| 抗拉强度(MPa) | 屈服强度(MPa) | 延伸率(％) | 界面抗剪切强度(MPa) |
| ≥430 | ≥240 | ≥20 | ≥120 |
表2 20号钢、321H成分要求(重量百分比)
| 材质 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Ti | Cu | |
| 外层金属 | 20# | 0.17～0.24 | 0.17～0.37 | 0.35～0.65 | ≤0.035 | ≤0.035 | ≤0.25 | ≤0.25 | ≤0.25 | |
| 内层金属 | 321H | ≤0.12 | ≤1.0 | ≤2.0 | ≤0.035 | ≤0.03 | 17.0～19.0 | 8.0～11.0 | 5x(C％-0.02)～0.8 |
基于上述要求，目前制造20/321H双金属复合管的方法主要有爆炸成型法以及冷成型方法中的机械旋压法。但是采用上述方法，由于双金属复合管界面为非冶金结合或者结合面成分过渡层太薄(几微米)，使用环境非常有限，焊接或在环境温度变化较大的场所下使用时两层金属之间很容易分层，界面内应力较大，使用寿命及安全性降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可使内外层完全冶金熔合、不易分层开裂的20/321H耐腐蚀双金属复合管制造工艺。
本发明还提供了一种双金属复合管。
为解决上述技术问题，本发明制造工艺所采取的技术方案是：一种20/321H耐腐蚀双金属复合管制造工艺，其包括以下工艺步骤：1)离心浇注制得双金属复合管坯，2)双金属复合管坯经热挤压制得荒管，3)荒管经软化热处理后冷加工，然后再进行热处理即制得成品管；
所述步骤1)包括：(1)将外层金属液通入管模内离心浇注，浇注完后冷却，待外层内表面温度冷却至低于外层金属液熔点50～80℃时，开始浇注内层金属液，
(2)将内层金属液通入管模内离心浇注，浇注完后冷却，待外层和内层全部凝固后停止冷却，此时内层和外层已达到完全冶金熔合，这样即制得双金属复合管坯，
其中，所述双金属复合管坯的外层为20号钢材料，双金属复合管坯的内层为321H不锈钢材料；
所述步骤2)包括：将双金属复合管坯在环形炉进行预热，预热温度为800～900℃，然后通过一次感应炉、二次感应炉加热到1180～1220℃，再经过高压除磷、玻璃润滑，最后经卧式挤压机热挤压成荒管；
所述步骤3)包括：将荒管进行软化热处理，热处理温度为860～950℃，炉冷然后去除荒管表面的氧化铁皮及玻璃粉，再将荒管进行冷加工，然后再进行热处理即制得成品管，此处热处理温度为860～950℃，然后空冷。
优选的，浇注前分别向内层金属液和外层金属液中加入萤石保护渣，加入量为所浇注金属液重量的0.5～1.2％。
本发明双金属复合管坯采用上述制造工艺制造。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：经本发明制造工艺制得的双金属复合管的内外层界面可完全冶金结合，并且由于其铸态管坯存在较宽的(1～2mm)熔合层，而且熔合区域过渡平缓，相应组织变化也较平缓，因此界面应力较小，经过挤压及不同道次的冷轧，其熔合层相应变窄(50～70μm)，但依旧过渡较为平缓，其各项机械性能指标均能达到相关规定，在使用中易于弯曲而不会出现分层开裂等现象。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
以3支规格为￠221(外径)/￠78(内径)x3190mm(长度)的管坯为例。本文中所指荒管指经热挤压后的半成品管。
1、离心浇注制得双金属复合管坯
外层金属液20号钢的熔点约为1520℃左右，内层321H材料的熔点约为1398～1446℃左右。
浇注过程中，冷却装置可以采用位于管模两侧的冷却水喷淋装置。离心速度根据管模内径确定，一般管模转速选取的重力倍数为50～200G。浇注完外层金属后冷却管模，待外层内表面温度冷却至低于外层金属熔点一定温度时开始浇注内层金属液。浇注完内层金属液后喷水冷却管模，待外层和内层金属全部凝固后停止冷却，此时内层和外层已达到完全冶金熔合。在浇注外层金属液前，向外层金属液中加入3～5千克萤石保护渣，在浇注内层金属液之前，向内层金属液中加入1～3千克萤石保护渣。这是因为保护渣在离心力的作用会上浮至管坯的内表面，其上浮过程中，金属液中的小颗粒夹杂物会与保护渣吸附在一起，形成体积较大的夹渣，在离心力的作用下上浮至内表面，从而大大减少了管坯中夹杂物含量，提高了管坯的机械性能和热加工性能。
其中三支管坯(￠221/￠78x3190mm)所浇注内、外层金属液的重量以及浇注温度参见表3，其中实施例1、实施例2和实施例3中浇注内层金属液时外层金属内壁温度分别为1470℃、1466℃、1460℃；所浇铸外层金属液与内层金属液的成分参见表4，所制得三支管坯外层与内层的成份见表5。然后将上述三支管坯分别截取一段，然后将其内外表面经机械加工后所得原料管坯的尺寸参数见表6。下述表4以及表5中的含量均为重量百分含量，余量为铁。
表3三支管坯的外层金属液与内层金属液的浇注重量以及温度
| 外层金属浇注重量/Kg | 内层金属浇注重量/Kg | 外层金属浇注温度/℃ | 内层金属浇注温度/℃ | |
| 实例1 | 640 | 205 | 1580 | 1510 |
| 实例2 | 635 | 210 | 1590 | 1500 |
| 实例3 | 642 | 208 | 1584 | 1500 |
表4 20/321H双金属复合管坯的浇注成分
表5 20/321H双金属复合管坯成分
表6内外表面经加工后各管坯尺寸
| 项目 | 外径/mm | 内径/mm | 外层厚度/mm | 内层厚度/mm | 长度/mm |
| 实例1 | 207.0 | 90.0 | 41 | 17.5 | 560 |
| 实例2 | 207.5 | 90.2 | 41 | 17.8 | 560 |
| 实例3 | 207.3 | 90.5 | 40.8 | 17.6 | 560 |
2.双金属复合管坯经热挤压制得荒管
对于铸态双金属复合管的热挤压，既要考虑20#的热态性能，又要考虑内层金属321H的热态性能，使其顺利通过挤压机设备，而内层金属又不出现裂纹、折叠等缺陷。管坯首先进行预热处理，后再进行感应加热，感应加热温度上限一般不超过1220℃，加热温度控制在1180～1220℃之间，以免不锈钢出现晶界熔化，造成内层管出现裂纹。将规格为￠207x58mm的管坯挤压成规格为￠108x12mm半成品管，为下一道冷轧做准备，挤压力17～22MN。
3.荒管经冷加工制得成品管
将规格为￠108x12mm(壁厚)的半成品管子根据成品需要轧制成规格为￠76x5(壁厚)的双金属复合管，此规格的双金属复合管可以使用；根据需要可进行第二道次的冷轧，轧制成更常用规格的双金属复合管，如规格为￠42x3mm(壁厚)的双金属复合管。
冷轧前对应对荒管进行软化热处理，这样是为了降低其硬度，软化热处理的温度为860～950℃，然后炉冷。软化热处理后外层金属布氏硬度90～110HBW，内层布氏硬度100～120HBW。然后再去除管子内外表面的氧化皮及玻璃粉，其中外层金属20#采用酸洗加机械抛丸方法去除，内层金属321H采用强酸洗的方法去除。第二道次冷轧前需要对管子进行退火处理，使得外层金属硬度一般控制在110～140HBW之内，内层金属硬度一般控制在140～170HBW之内。冷轧成所需要的成品管规格后，再进一步的进行热处理，热处理温度为860～950℃，然后空冷，此处应按照20#钢的热处理工艺对成品管进行热处理。热处理后，规格为￠42x3mm(￠42mm为外径，3mm为壁厚)的20/321H耐腐饰双金属复合管的各项性能指标参见表7。
表7成品双金属复合管性能指标
从上表来看，通过本制造工艺生产的三支20/321H耐腐蚀双金属复合管完全能达到行业的相关规定，通过我厂批量的生产实验证明采用本制造工艺生产的20/321H耐腐蚀双金属复合管满足使用要求。
Claims (2)
1.一种20/321H耐腐蚀双金属复合管制造工艺，其特征在于：其包括以下工艺步骤：1)离心浇注制得双金属复合管坯，2)双金属复合管坯经热挤压制得荒管，3)荒管经软化热处理后冷加工，然后再进行热处理即制得成品管；
所述步骤1)包括：(1)将外层金属液通入管模内离心浇注，浇注完后冷却，待外层内表面温度冷却至低于外层金属液熔点50～80℃时，开始浇注内层金属液，
(2)将内层金属液通入管模内离心浇注，浇注完后冷却，待外层和内层全部凝固后停止冷却，此时内层和外层已达到完全冶金熔合，即制得双金属复合管坯，
其中，所述双金属复合管坯的外层为20号钢材料，内层为321H不锈钢材料；在上述步骤(1)的内、外层金属液中加入萤石保护渣，加入量为金属液重量的0.5～1.2％；
所述步骤2)包括：将双金属复合管坯在环形炉进行预热，预热温度为800～900℃，然后通过一次感应炉、二次感应炉加热到1180～1220℃，再经过高压除磷、玻璃润滑，最后经卧式挤压机热挤压成荒管；
所述步骤3)包括：将荒管进行软化热处理，热处理温度为860～950℃，炉冷，然后去除荒管表面的氧化铁皮及玻璃粉，再将荒管进行冷加工，然后再进行热处理即制得成品管，热处理温度为860～950℃，然后空冷。
2.根据权利要求1所述的20/321H耐腐蚀双金属复合管制造工艺制得的双金属复合管。
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