CN104191183A - 一种金属复合管的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种金属复合管的生产方法，其技术要点是，包括以下步骤：将钛管钢管钛管套装在一起，两端封焊，结合面排气抽真空，钢管两端螺纹连接钛金属管头保证钛金属完全包覆钢管并且冶金结合成为一体。经过热轧复合、扩散焊、冷轧、整圆、矫直、去头定尺工序，完成本发明金属复合管的加工。在石油开采、化工、精细化工、换热器、海洋管道输送方面，复合管采用钛金属完全包覆形式保持钛金属属性，低成本的基层钢管作为结构部分保证产品强度，复合管两端是钛金属管头，可以焊接连接，也可以加工管螺纹进行机械连接，高性能、低成本，填补了同类产品的空白。发明的方法不受季节影响，无环境污染，生产规模与产品规格可控。

Description

一种金属复合管的生产方法

技术领域

本发明涉及一种金属管材技术领域，具体地说是一种金属复合管的生产方法。

背景技术

金属管材应用非常广泛，主要用于气体和液体的输送，一部分应用在金属结构中。目前应用最多是钢管、不锈钢管、铜管、铝管和钛管。由于管材使用广泛，也存在许多问题。突出的是耐腐蚀问题和强度问题。

油田石油开采中，原油中的酸性离子对管件腐蚀是多年未能解决的难题，钢制油井套管腐蚀断裂往往造成油井报废，比例在报废油井的30%以上；输油管泄漏，有时候带来灾难性损失，比如输油管线因泄漏引起的爆炸。所以，此类管件的材料必须能够经得起输液管中的液态侵蚀。钢铁材料、不锈钢材料是不能够抵御酸性介质侵蚀的，其安全问题尤为突出。

核电站需要大量的冷却水，用来进行热交换。所以，核电站往往建立在海边，以方便获取海水进行冷却。钢管、不锈钢管在海水使用对氯离子腐蚀防护性能低，只好采用表面涂装防腐材料和加厚管壁延长失效时间。

大型电站发电设备中都有热交换器，大量使用列管式热交换器，管材是热交换重要的载体。传统的换热管采用低碳钢或经过防腐处理表面的低碳钢管材，由于换热器介质往往具有腐蚀性，列管式换热器由于材料的原因使用寿命都很短，检修和更换新设备既影响生产的正常运转，又增加生产成本。

在制药和精细化工行业，产品生产线往往是输液管线连接反应釜，绝大多数生产母液是酸性介质。输液管的材料材质，技术要求是不能够与母液发生化学反应的。但是，钢管和不锈钢管材往往不耐腐蚀，与母液进行化学反应，输液管采用的材料往往达不到技术要求，严重的影响产品质量。

目前，唯有钛金属能够抵御得了上述腐蚀性介质的侵蚀，钛金属制作的管材管件可以很好地解决上述生产过程中存在的问题。

钛是一种银白色金属，具金属光泽，有良好的抗腐蚀能力（包括海水、王水及氯气），良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱。钛金属高强度、低密度，被誉为“太空金属”。

近几十年，高端的精细化工企业进行了技术改造，采用钛金属管材管件作为输液管线的结构件，从根本上解决了母液侵蚀管材管件影响产品质量和设备安全的老大难问题。比如在制药厂的维生素C生产线原设计是不锈钢管材作为生产母液输送管线，运行后发生母液严重污染现象，直接影响产品的品质。分析结果是不锈钢的金属铬和镍被溶入到母液中造成的。后来进行了生产线材料改造，全部更换为钛金属材料，运行以后再也没有发生母液被污染的现象，设备运行至今仍然正常工作。

钛金属制作的换热器，从根本上解决了安全生产的问题，同时提高了换热效率。

由于钛金属耐海水侵蚀性能优异，目前海洋工程大量采用钛金属管材在管线输送中。

钛金属管价格较高，工程应用时成本问题尤为突出。

目前，传统方法制作钛钢复合管主要是爆炸复合，制造复合板还可能，但用于制造钛钢钛复合管，由于制作工艺相对困难，生产及成品率低，难于工业化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属复合管的生产方法。所述结构复合管采用热轧制、扩散焊、冷轧制联合生产法，从根本上解决了上述问题。

本发明的目的是这样实现的：它包括以下步骤：

1）复合管坯的加工：分别加工或选用两端带连接螺纹的低碳钢管料，与低碳钢管料内外尺寸相匹配的内层钛管料和外层钛管料，以及与低碳钢管料两端螺纹接的钛金属管头，经过截取下料，在低碳钢管料两端，采用螺纹连接方式配合两个等径钛金属管头，打磨结合面后备用；然后，再由外到内依次将内层钛管料、低碳钢管料及外层钛管料套装在一起组合成为复合管坯料，其中内层钛管料和外层钛管料的两端分别密封氩弧焊焊接在钛金属管头上，在一端留有排气孔焊接排气管并且联通结合面，经过排气、抽真空，封闭排气管；

2）采用电阻加热电炉或感应加热方法：

①在800~1000℃加热复合管坯，然后在二辊轧机进行热轧减壁复合，60%≥截面变形率≥40%；

②热轧管坯采用机械加工和修磨方法进行清除表面微裂纹处理；

③在真空炉进行热处理，温度850℃~9105℃，保温0.2~2小时，促使结合面金属进行分子扩散焊。随炉冷却至室温；

④在二辊轧机或三辊轧机进行冷轧，扩孔或减径，道次截面变形率20%~40%，制取复合管；每道次间安排真空退火，退火前清洗表面润滑油，退火温度500℃~720℃，保温15~120分钟。冷却至室温时进行下一次轧制；

⑤在整圆机上经过整圆或减径，至轧制到合格尺寸；

⑥复合管在矫直机矫直，然后切头定尺后即为金属复合管成品。

本发明还包括：两端密封氩弧焊焊接时，在一端预置脱气导管并且联通内外结合面，导管与充气泵、压力表相连，0.2MPa下检查气密性，若无问题则卸下充气泵与压力表；然后将导管与真空系统相连，机械泵抽真空至真空度＜5Pa；使用压力钳捏合封闭导管，内部保持真空并撤去真空连接装置。

本发明所述的金属复合管成品的钛管层与低碳钢管层的厚度比为1~1.5：6~20，而长度范围在1米-10米之间。

本发明所选择用的钛管料包括：纯钛TA0，纯钛TA1，纯钛TA2；所述的低碳钢管料材质为：Q235，16Mn，20号钢，20g锅炉钢。

本发明的结构是在低碳钢管的内外表面及低碳钢管两端包覆钛金属，其中内外表面采用电阻加热电炉或感应加热方法复合成为全包覆三明治层状结构，两端采用的机械紧固连接方式经过轧制复合在一起，通体轧制复合将低碳钢管密闭其中，成为全包覆金属复合管结构并且结合面是冶金结合。

复合管承受载荷时钢管起主要作用，复合管防腐功能主要是钛金属起作用。

复合管可以采用焊接方式连接，也可以采用螺纹紧固连接，也可以焊接法兰连接。

复合管使用范围：列管式换热器，石油化工、精细化工、制药行业的液体输送管，石油开采行业油井套管、抽油管。

经济效益：本发明的金属复合管可以替代钛金属管材使用，能够大幅度的降低成本。按照性价比分析，完全可以取代不锈钢管材。特别是在精细化工、制药行业的食品药品质量安全方面，钛钢复合管取代不锈钢管材的必要性尤为突出。

为了满足市场对管材性能的不同要求，本发明的金属复合管产品品种有所不同。主要分为低压防腐管材、中压防腐管材和结构防腐管材几个系列。

本发明为降低生产应用成本，采用复合管冷轧制生产法，从根本上解决了上述问题，不但具有钛管的耐蚀性，而且具有普通钢管的强度，既能够保证产品的结构性能、防腐性能、降延长使用寿命，又节省大量的钛金属、大幅度降低了生产成本。

本发明具有的优点及积极的技术效果是：采用本发明的方法，克服了钛钢不能焊接、难于组坯的不利因素和高温屈服强度差距大、轧制变形的不一致的困难，实现了冶金结合。生产规模与产品规格可控，复合管的基层、覆层厚度不受限制。复合管采用钛金属完全包覆形式保持钛金属属性，低成本的基层钢管作为结构部分保证产品强度，复合管两端是钛金属管头，可以焊接连接，也可以加工管螺纹进行机械连接，高性能、低成本，替代钛金属管材，填补了同类产品的空白。

附图说明

图1为本发明的复合管坯层状结构示意简图；

图2为本发明脱气孔位置的加工结构示意简图。

附图标记说明：1为外层钛管，2为低碳钢管，3为内层钛管，4为钛金属管头，5为排气管。

下面将结合附图通过实例对本发明作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本发明其中的例子而已，并不代表本发明所限定的权力保护范围，本发明的权利保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

实施例1

根据图1~2详细阐述本发明的复合管坯结构及生产方法。该钛钢钛复合管的生产方法包括以下步骤： 

复合管坯结构的加工：分别加工或选用两端带连接螺纹的Q235钢管2料，与Q235钢管料内外尺寸相匹配的纯钛TA0外层钛管1料和纯钛TA0内层钛管3料，以及与低碳钢管料两端螺纹接的纯钛TA0金属管头4，经过截取下料，在Q235钢管料两端，采用螺纹连接方式配合两个等径纯钛TA0金属管头，打磨结合面后备用；然后，在由外到内依次将内层纯钛TA0管3料、Q235钢管料及外层纯钛TA0管1料套装在一起组合成为复合管坯料，其中内层纯钛TA0管料和外层纯钛TA0管料的两端分别密封焊接在纯钛TA0金属管头上；

电阻加热电炉加工：钛管、钢管下料（径向尺寸：钛管D108/d104--钢管D104/d64--钛管D64/d60，长度1000）——在钢管两端采用螺纹连接方式配合两个钛金属管头——处理结合面保证金属新鲜洁净——组坯（复合管管坯径向尺寸D108/d60、长度1000）——端面焊接结合面；在纯钛TA0金属管头4开有一排气孔，该排气孔与钢管和内外层纯钛TA0管及钛金属管头接触面相连通，两端密封氩弧焊焊接时，在一端预置排气导管5，该排气导管5与排气孔相连通，导管与充气泵、压力表相连，0.2MPa下检查气密性，若无问题则卸下充气泵与压力表；然后将导管与真空系统相连，机械泵抽真空至真空度＜5Pa；使用压力钳捏合封闭导管，内部保持真空并撤去真空连接装置；通过与排气抽真空封闭——在电阻炉加热复合管管坯（800℃~900℃）——热轧复合管坯，径向尺寸D88/d66（减径减壁，截面变形率57.89%）——机械加工和修磨方法进行管坯表面清除微裂纹处理——真空热处理、结合面扩散焊（温度850~980℃保温0.2~2小时）——冷却到200℃以下出炉空冷——冷轧复合管D82/d64（减径减壁，截面变形率22.44%）——清洗表面润滑油——真空退火（550℃~650℃，1~1.5小时，空冷）——复合管冷轧、整圆定径D76/d64（截面变形率36.09%）——矫直——定尺切头——检测（水压试验或探伤）——打标识——包装、入库。

实施例2

根据图1~2详细阐述本发明的复合管坯结构及生产方法。该钛钢钛复合管的生产方法包括以下步骤： 

复合管坯结构的加工：本实例的结构与实例相同故省略；其材质为钛管料包括：纯钛TA1或纯钛TA2；所述的低碳钢管料材质为：16Mn，20号钢或20g锅炉钢。

电阻加热电炉加工：钛管、钢管下料（径向尺寸：钛管D98/d94--钢管D94/d64--钛管D64/d60，长度1000）——在钢管两端采用螺纹连接方式配合两个钛金属管头——处理结合面保证金属新鲜洁净——组坯（复合管管坯径向尺寸D98/d60、长度1000）——端面焊接结合面；在纯钛TA0金属管头4开有一排气孔，该排气孔与钢管和内外层纯钛TA0管及钛金属管头接触面相连通，两端密封氩弧焊焊接时，在一端预置排气导管5，该排气导管5与排气孔相连通，排气导管与充气泵、压力表相连，0.2MPa下检查气密性，若无问题则卸下充气泵与压力表；然后将排气导管与真空系统相连，机械泵抽真空至真空度＜5Pa；使用压力钳捏合封闭导管，内部保持真空并撤去真空连接装置；排气抽真空封闭——在电阻炉加热复合管管坯（800℃~1000℃）——热轧复合管坯，径向尺寸D86/d62（减径减壁，截面变形率40.84%）——机械加工和修磨方法进行管坯表面清除微裂纹处理——真空热处理、结合面扩散焊（温度850~980℃保温0.2~2小时）——冷却到200℃以下出炉空冷——冷轧复合管D80/d64（减径减壁，截面变形率35.13%）——清洗表面润滑油——真空退火（550℃~650℃，1~1.5小时，空冷）——复合管整圆定径D76/d64（减径，截面变形率15.50%）——矫直——定尺切头——检测（水压试验或探伤）——打标识——包装、入库。

实施例3

根据图1~2所示，通过下述详细阐述本发明的复合管坯结构及生产方法。该钛钢钛复合管的生产方法包括以下步骤： 

复合管坯结构的加工：本实例的结构与实例相同故省略；其材质为钛管料包括：纯钛TA1或纯钛TA2；所述的低碳钢管料材质为：16Mn，20号钢或20g锅炉钢。

电阻加热电炉加工：钛管、钢管下料（径向尺寸：钛管D108/d104--钢管D104/d64--钛管D64/d60，长度1000）——在钢管两端采用螺纹连接方式配合两个钛金属管头——处理结合面保证金属新鲜洁净——组坯（复合管管坯径向尺寸D108/d60、长度1000）——端面焊接结合面、排气抽真空封闭——在电阻炉加热复合管管坯（800℃~900℃）——热轧复合管坯，径向尺寸D88/d68（减径减壁，截面变形率61.25%＞40%）——机械加工和修磨方法进行管坯表面清除微裂纹处理——真空热处理、结合面扩散焊（温度850~980℃保温0.2~2小时）——冷却到200℃以下出炉空冷——冷轧复合管D78/d64（减径减壁，截面变形率38.07%）——清洗表面润滑油——真空退火（550℃~650℃，1~1.5小时，空冷）——复合管整圆定径D76/d64（或减径）——矫直——定尺切头——检测（水压试验或探伤）——打标识——包装、入库。

Claims (4)

1.一种金属复合管的生产方法，其特征在于，它包括以下步骤：

1）复合管坯的加工：分别加工或选用两端带连接螺纹的低碳钢管料，与低碳钢管料内外尺寸相匹配的内层钛管料和外层钛管料，以及与低碳钢管料两端螺纹接的钛金属管头，经过截取下料，在低碳钢管料两端，采用螺纹连接方式配合两个等径钛金属管头，打磨结合面后备用；然后，再由外到内依次将内层钛管料、低碳钢管料及外层钛管料套装在一起组合成为复合管坯料，其中内层钛管料和外层钛管料的两端分别密封氩弧焊焊接在钛金属管头上，在一端留有排气孔焊接排气管并且联通结合面，经过排气、抽真空，封闭排气管；

2）采用电阻加热电炉或感应加热方法：

①在800~1000℃加热复合管坯，然后在二辊轧机进行热轧减壁复合，60%≥截面变形率≥40%；

②热轧管坯采用机械加工和修磨方法进行清除表面微裂纹处理；

③在真空炉进行热处理，温度850℃~9105℃，保温0.2~2小时，促使结合面金属进行分子扩散焊；

随炉冷却至室温；

④在二辊轧机或三辊轧机进行冷轧，扩孔或减径，道次截面变形率20%~40%，制取复合管；每道次间安排真空退火，退火前清洗表面润滑油，退火温度500℃~720℃，保温15~120分钟；

冷却至室温时进行下一次轧制；

⑤在整圆机上经过整圆或减径，至轧制到合格尺寸；

⑥复合管在矫直机矫直，然后切头定尺后即为金属复合管成品。

2.根据权利要求1所述的全包覆金属复合管的生产方法，其特征是：两端密封氩弧焊焊接时，在一端预置脱气导管，导管与充气泵、压力表相连，0.2MPa下检查气密性，若无问题则卸下充气泵与压力表；然后将导管与真空系统相连，机械泵抽真空至真空度＜5Pa；使用压力钳捏合封闭导管，内部保持真空并撤去真空连接装置。

3.根据权利要求1所述的全包覆金属复合管的生产方法，其特征是：所述金属复合管成品的钛管层与低碳钢管层的厚度比为1~1.5：6~20，而长度范围在1米-10米之间。

4.根据权利要求1所述的全包覆金属复合管的生产方法，其特征是：钛管料包括：纯钛TA0，纯钛TA1或纯钛TA2；所述的低碳钢管料材质为：Q235，16Mn，20号钢或20g锅炉钢。