CN104028957A - 一种热挤压复合双金属无缝钢管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热挤压复合双金属无缝钢管的制造方法，涉及双金属无缝钢管制造技术领域。包括以下步骤：1）对外层金属管坯内表面和内层金属管坯外表面进行车削精加工，并在内外层金属管坯两端面结合面处加工倒角；2）在室温下进行装配，间隙配合，间隙控制在2mm以内，并在内外层金属管坯两端结合处采用氩弧焊点焊，形成复合管坯；3）对复合管坯两端面倒角处进行封焊，并精加工复合管坯内表面和喇叭口，然后经预热、感应加热、内外表面涂玻璃粉润滑和热挤压，形成挤压荒管；4）热挤压后进行热处理，得到双金属无缝钢管。本发明方法操作简单，生产效率高，成本低，制造出的双金属无缝钢管的内外层金属之间结合力强，质量好，成品率高。
Description
技术领域
本发明涉及双金属无缝钢管制造技术领域。
背景技术
双金属无缝钢管是指把性能和价值不同钢种按照特殊要求复合在一起，以满足特殊用途的高附加值钢管产品。在某些特定行业中，由于需要不同，钢管内外层的金属成份可以不同。如锚杆行业，由于外层金属长时间接触水，需要使用耐腐蚀的不锈钢，而内层金属可以是普通碳钢。再如油气输送管内层金属要求高，需要使用防腐蚀材料，而对外层金属没有特殊要求。可以根据不同应用环境选择内外层金属的合理搭配，在节省贵重金属的同时又可以降低成本。自 1991年双金属无缝钢管投入使用以来，经过十几年的发展，得到了广泛的应用。
双金属无缝钢管根据内外层的复合形式可分为机械复合和冶金复合两大类。机械复合的成型方式成本低、工艺简单，但结合力小，界面属于非扩散结合，在高温情况下易发生分层，导致双金属管失效；例如，爆炸成型复合制造方法，此方法为机械复合，可以生产各种材质匹配的复合钢管，包括轻金属与钢的复合, 缺点是需建设专门的爆炸场地或空间，要有特殊的安全措施，生产出的双金属无缝钢管界面接合区易形成波形，结合力小，且管坯长度受到限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种热挤压复合双金属无缝钢管的制造方法，该方法操作简单，生产效率高，成本低，制造出的双金属无缝钢管的内外层金属之间结合力强，质量好，成品率高。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种热挤压复合双金属无缝钢管的制造方法，包括以下步骤：
1）内外层金属管坯的加工：对外层金属管坯的内表面和内层金属管坯的外表面进行车削精加工，并在内外层金属管坯两端面结合面处加工倒角；
2）装配和间隙配合：加工好的内外层金属管坯在室温下进行装配，间隙配合，间隙控制在2mm以内，并在内外层金属管坯两端结合处采用氩弧焊点焊，形成复合管坯；
3）热挤压：对复合管坯两端面倒角处进行封焊，形成倒角焊缝，并精加工复合管坯内表面，然后经预热、感应加热、内外表面涂玻璃粉润滑和热挤压，形成挤压荒管；
4）热处理：热挤压后进行淬火回火热处理，以及后续的矫直、精整、检验，得到双金属无缝钢管。
优选的，步骤2）和3）之间增加冷扩步骤：对复合管坯两端结合处采用不干胶密封，复合管坯内表面涂润滑剂，冷扩，形成过盈配合。
优选的，外层金属管坯材质为碳钢、低合金钢或合金钢，内层金属管坯材质为高合金钢、不锈钢或镍基合金。
进一步优选的，冷扩步骤中润滑剂为牛油石灰，干燥温度在200℃以下。
进一步优选的，冷扩步骤中润滑剂为二氧化钼和石墨粉的混合物。
进一步优选的，冷扩步骤中过盈配合的过盈量为0.1mm～1mm。
优选的，步骤3）热挤压为：对复合管坯两端面倒角处进行封焊，形成倒角焊缝，并精加工复合管坯内表面和热扩孔用喇叭口，然后经预热，一次感应加热，出炉，高压水除鳞，内外表面涂玻璃粉润滑，热扩孔，高压水除鳞，二次感应加热，出炉，内外表面涂玻璃粉润滑，热挤压，形成挤压荒管。
优选的，步骤3）中封焊采用氩弧焊打底，电弧焊满焊。
优选的，步骤4）中在进行淬火回火热处理之前进行冷轧或冷拔。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
（1）本发明的制造方法操作简单，生产效率高，成本低，制造出的双金属无缝钢管的内外层金属之间结合力强，质量好，成品率高，可达80%以上。采用本方法制作复合管，坯料间隙配合，成型方式成本低，工艺简单，且经过热挤压后，可以形成冶金结合，结合强度高，且结合面清晰，结合面无新合金生成。
（2）本发明内外层金属管坯采用间隙配合，易于操作，生产效率高，成本低；间隙控制在2mm以内，便于冷扩，且间隙内气体含量较少，大于2mm，间隙内气体含量较多，且不利于冷扩；在内外层金属管坯两端结合处采用氩弧焊点焊，使内外层金属管坯相对固定连接，便于后续操作。
（3）本发明对复合管坯两端结合处采用不干胶密封，可防止润滑剂进入间隙，影响产品品质；复合管坯内表面涂润滑剂，使得内表面光滑，易于冷扩；涂牛油石灰后在200℃以下干燥，能保证润滑效果，大于200℃表面氧化影响热挤压后结合强度；冷扩后，结合层超声波探伤有底波，证明内外层金属结合紧密，形成整体；冷扩后形成过盈配合，过盈量0.1～1mm，使得内外层金属结合非常紧密，有效地排除了两层金属间的空气，省去了抽真空环节；冷扩过盈量大于1mm，冷扩时内层金属伸长量增加，需要后续加工端面，过盈量小于0.1mm，起不到过盈配合效果，内外层金属结合强度降低，同时冷扩后，可以有效解决结合面掉入杂物等情况。如果不进行冷扩，两层金属间的氧含量多，结合面会有缺陷。对于结合层探伤要求较冷扩后较低的，或复合管坯内孔小于80mm的，可以不进行冷扩。
（4）本发明制造方法在进行热处理之前可进行冷轧或冷拔，冷轧或冷拔对结合面没影响，但冷轧或冷拔由于是冷变形，因此可有效提高成品管表面质量和交货长度。
具体实施方式
实施例1
制造42CrMo/304双金属无缝钢管，包括以下步骤：
1）内外层金属管坯的加工：外层金属管坯采用合金钢42CrMo，内层金属管坯采用高合金钢304，用卧式车床对外层金属管坯内表面和内层金属管坯外表面进行车削精加工，并在内外层金属管坯两端面结合面处加工直角边长度为15×15mm的倒角，该尺寸倒角既可以保证焊接强度，又可以在装配时起导向作用。
2）内外层金属管坯的装配和间隙配合：加工好的内外层金属管坯在室温下进行装配，间隙配合，间隙控制在0.2mm，并在内外层金属管坯两端结合处采用氩弧焊点焊，形成复合管坯。
3）复合管坯的冷扩：对复合管坯两端结合处采用不干胶密封，复合管坯内表面涂牛油石灰，在200℃以下干燥，保证牛油石灰的润滑效果；干燥好的复合管坯进行冷扩，形成过盈配合，过盈量0.1mm。冷扩可采用扩孔机或其他相关压力设备。结合层经超声波探伤有底波。
4）冷扩后的复合管坯的热挤压：对复合管坯两端面倒角处进行封焊（封焊可以有效地解决管坯在加热时结合层部位的氧化现象），封焊采用氩弧焊打底，电弧焊满焊，形成倒角焊缝，并采用镗床精加工复合管坯内表面，光洁度1.6μm，采用数控车床，编程控制加工热扩孔用喇叭口。将加工好的复合管坯在环形炉内于820℃下预热3h，然后在一次感应炉内于1200℃下进行一次感应加热，出炉，于15Mpa压力下进行高压水除鳞，内外表面涂玻璃粉润滑，热扩孔，高压水除鳞，再在二次感应炉内于1250℃下进行二次感应加热，出炉，内外表面涂玻璃粉润滑，于150mm/s的速度下进行热挤压，形成挤压荒管。挤压荒管结合层探伤不存在分层伤。
5）挤压荒管的热处理：在淬火炉和回火炉内进行淬火回火热处理，860℃淬油，540±10℃回火，热处理后矫直机矫直，矫直后弯曲度小于2mm/m，矫直后的管子精整处理，并按要求对力学性能、表面质量、尺寸规格等进行检验：抗拉强度806MPa，屈服强度638MPa，伸长率19.4%，结合强度397MPa，结合面耐蚀层有碳扩散，可提高结合强度，得到双金属无缝钢管。
实施例2
制造L245/316L双金属无缝钢管，包括以下步骤：
1）内外层金属管坯的加工：外层金属管坯采用低合金钢L245，内层金属管坯采用不锈钢316L，用卧式车床对外层金属管坯内表面和内层金属管坯外表面进行车削精加工，并且内外层金属管坯两端面结合面处倒直角边长度为19×19mm的倒角。
2）内外层金属管坯的装配和间隙配合：加工好的内外层金属管坯在室温下进行装配，间隙配合，间隙控制在2mm，并在内外层金属管坯两端结合处采用氩弧焊点焊，形成复合管坯。
3）复合管坯的冷扩：对复合管坯两端结合处采用不干胶密封，复合管坯内表面涂二氧化钼和石墨粉的混合物；再对润滑后的复合管坯进行冷扩，形成过盈配合，过盈量1mm。冷扩可采用扩孔机或其他相关压力设备。结合层经超声波探伤有底波。
4）冷扩后的复合管坯的热挤压：对复合管坯两端面倒角处进行封焊，封焊采用氩弧焊打底，电弧焊满焊，形成倒角焊缝，并采用镗床精加工复合管坯内表面，光洁度2.8μm。将加工好的复合管坯在环形炉内于880℃下预热2.5h，然后进入感应炉内于1200℃下进行感应加热，出炉，内外表面涂玻璃粉润滑，于200mm/s的速度下进行热挤压，形成挤压荒管。挤压荒管结合层探伤不存在分层伤。热扩孔主要的目的是将坯料内孔扩至可以进行挤压的内孔，如果装配后坯料内孔满足挤压要求，则不需要进行热扩孔。
5）挤压荒管的冷拔：将挤压荒管内外表面进行修磨处理，然后进行冷拔，拔制前无缺陷。冷拔：变形量13%，减径量3.5%，减壁量10.35%，形成冷拔管。
6）冷拔管的热处理：在淬火炉和回火炉内进行淬火回火热处理，930±10℃淬水，630±10℃回火，热处理后矫直机矫直，矫直后弯曲度小于2mm/m，矫直后的管子精整处理，并按要求对力学性能、表面质量、尺寸规格等进行检验：抗拉强度497MPa，屈服强度379MPa，伸长率27,1%，结合强度341MPa，结合面耐蚀层有碳扩散，可提高结合强度，得到双金属无缝钢管。
实施例3
制造L360/825双金属无缝钢管，包括以下步骤：
1）内外层金属管坯的加工：外层金属管坯采用碳钢L360，内层金属管坯采用镍基合金825，用卧式车床对外层金属管坯内表面和内层金属管坯外表面进行车削精加工，并且内外层金属管坯两端面结合面处倒直角边长度为11×11mm的倒角。
2）内外层金属管坯的装配和间隙配合：加工好的内外层金属管坯在室温下进行装配，间隙配合，间隙控制在1.2mm，并在内外层金属管坯两端结合处采用氩弧焊点焊，形成复合管坯。
3）复合管坯的热挤压：对复合管坯两端面倒角处进行封焊，封焊采用氩弧焊打底，电弧焊满焊，形成倒角焊缝，并采用镗床精加工复合管坯内表面，光洁度3.2μm，采用数控车床，编程控制加工热扩孔用喇叭口。将加工好的复合管坯在环形炉内于930℃下预热2h，然后在一次感应炉内于1100℃下进行一次感应加热，出炉，于23Mpa压力下进行高压水除鳞，内外表面涂玻璃粉润滑，热扩孔，高压水除鳞，再在二次感应炉内于1150℃下进行二次感应加热，出炉，内外表面涂玻璃粉润滑，于100mm/s的速度下进行热挤压，形成挤压荒管。挤压荒管结合层探伤不存在分层伤。
4）挤压荒管的冷轧：将挤压荒管内外表面进行修磨处理，然后进行冷轧，轧制前无缺陷。冷轧：变形比1.96，轧制次数30次，送进量5mm，形成冷轧管。
5）冷轧管的热处理：在淬火炉和回火炉内进行淬火回火热处理，960±10℃淬水，600±10℃回火，热处理后矫直机矫直，矫直后弯曲度小于2mm/m，矫直后的管子精整处理，并按要求对力学性能、表面质量、尺寸规格等进行检验：抗拉强度535MPa，屈服强度405MPa，伸长率27.8%，结合强度318MPa，结合面耐蚀层有碳扩散，可提高结合强度，得到双金属无缝钢管。
实施例4
制造L360/825双金属无缝钢管，包括以下步骤：
1）内外层金属管坯的加工：外层金属管坯采用碳钢L360，内层金属管坯采用镍基合金825，用卧式车床对外层金属管坯内表面和内层金属管坯外表面进行车削精加工，并且内外层金属管坯两端面结合面处倒直角边长度为10×10mm的倒角。
2）内外层金属管坯的装配和间隙配合：加工好的内外层金属管坯在室温下进行装配，间隙配合，间隙控制在0.1mm，并在内外层金属管坯两端结合处采用氩弧焊点焊，形成复合管坯。
3）复合管坯的热挤压：对复合管坯两端面倒角处进行封焊，封焊采用氩弧焊打底，电弧焊满焊，形成倒角焊缝，并采用镗床精加工复合管坯内表面，光洁度3.2μm。将加工好的复合管坯在环形炉内于800℃下预热3h，然后进入感应炉内于1180℃下进行感应加热，出炉，内外表面涂玻璃粉润滑，于180mm/s的速度下进行热挤压，形成挤压荒管。挤压荒管结合层探伤不存在分层伤。
4）冷轧管的热处理：在淬火炉和回火炉内进行淬火回火热处理，940±10℃淬水，580±10℃回火，热处理后矫直机矫直，矫直后弯曲度小于2mm/m，矫直后的管子精整处理，并按要求对力学性能、表面质量、尺寸规格等进行检验：抗拉强度552MPa，屈服强度415MPa，伸长率28.4%，结合强度336MPa，结合面耐蚀层有碳扩散，可提高结合强度，得到双金属无缝钢管。
Claims (9)
1.一种热挤压复合双金属无缝钢管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）内外层金属管坯的加工：对外层金属管坯的内表面和内层金属管坯的外表面进行车削精加工，并在内外层金属管坯两端面结合面处加工倒角；
2）装配和间隙配合：加工好的内外层金属管坯在室温下进行装配，间隙配合，间隙控制在2mm以内，并在内外层金属管坯两端结合处采用氩弧焊点焊，形成复合管坯；
3）热挤压：对复合管坯两端面倒角处进行封焊，形成倒角焊缝，并精加工复合管坯内表面，然后经预热、感应加热、内外表面涂玻璃粉润滑和热挤压，形成挤压荒管；
4）热处理：热挤压后进行淬火回火热处理，以及后续的矫直、精整、检验，得到双金属无缝钢管。
2.根据权利要求1所述的一种热挤压复合双金属无缝钢管的制造方法，其特征在于所述的步骤2）和3）之间增加冷扩步骤：对复合管坯两端结合处采用不干胶密封，复合管坯内表面涂润滑剂，冷扩，形成过盈配合。
3.根据权利要求1所述的一种热挤压复合双金属无缝钢管的制造方法，其特征在于所述外层金属管坯材质为碳钢、低合金钢或合金钢，内层金属管坯材质为高合金钢、不锈钢或镍基合金。
4.根据权利要求2所述的一种热挤压复合双金属无缝钢管的制造方法，其特征在于所述冷扩步骤中润滑剂为牛油石灰，干燥温度在200℃以下。
5.根据权利要求2所述的一种热挤压复合双金属无缝钢管的制造方法，其特征在于所述冷扩步骤中润滑剂为二氧化钼和石墨粉的混合物。
6.根据权利要求2所述的一种热挤压复合双金属无缝钢管的制造方法，其特征在于所述冷扩步骤中过盈配合的过盈量为0.1mm～1mm。
7.根据权利要求１所述的一种热挤压复合双金属无缝钢管的制造方法，其特征在于所述步骤3）热挤压为：对复合管坯两端面倒角处进行封焊，形成倒角焊缝，并精加工复合管坯内表面和热扩孔用喇叭口，然后经预热，一次感应加热，出炉，高压水除鳞，内外表面涂玻璃粉润滑，热扩孔，高压水除鳞，二次感应加热，出炉，内外表面涂玻璃粉润滑，热挤压，形成挤压荒管。
8.根据权利要求１或7所述的一种热挤压复合双金属无缝钢管的制造方法，其特征在于所述步骤3）中封焊采用氩弧焊打底，电弧焊满焊。
9.根据权利要求１或2所述的一种热挤压复合双金属无缝钢管的制造方法，其特征在于所述步骤4）中在进行淬火回火热处理之前进行冷轧或冷拔。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |