CN104266003B - 一种双金属复合钢管的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双金属复合钢管的生产方法,涉及金属刚性管及其制造方法技术领域。双金属复合钢管,包括奥氏体不锈钢管和碳素钢管,在奥氏体不锈钢管和碳素钢管之间的结合面设有堆焊车削成的镍基合金结合层,过盈配合。生产方法包括以下步骤:选取外层管和内层管或内层棒料;堆焊和车削加工镍基合金结合层;过盈配合机械镶套;扩孔和高温扩散热处理;挤压成型,制成双金属复合钢管。本发明双金属复合钢管的内外层金属之间堆焊有镍基合金层,可防止碳素钢的碳元素扩散到奥氏体不锈钢中,有效防止奥氏体不锈钢的防腐性能受损,且使结合强度有保证,合格率高,成分稳定,质量好,制造工艺简单,极大降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及金属刚性管及其制造方法技术领域。
背景技术
双金属锅炉管主要用于碱液回收锅炉,外层需要用防腐性能较好的奥氏体不锈钢如304、Tp310,内层需要用导热性能较好的碳素钢如20、20G、T11;目前双金属锅炉管的生产工艺有:离心浇注双金属管坯+挤压成型,单纯的机械镶套+挤压成型。离心浇注双金属管坯由于内外层金属熔点相差较大,成分难以控制,管坯合格率较低。而单纯的机械镶套双金属管坯挤压出的荒管结合强度不足,成材率较低。因此成分的稳定性和结合强度的提高成为双金属锅炉管的难点。
在油气田地面集输管线方面,管线钢主要以内层防腐为主,所以内层用奥氏体不锈钢如304、Tp310,外层用碳素钢如20、20G、T11,单纯的机械镶套制作双金属管坯在热装时外层碳素钢极易被氧化,大大影响结合强度,成材率较低。
中国专利公开号CN103216682A,公开日2013年7月24日,专利的名称为复合管及其制造方法,该发明创造公开了一种复合管及其制造方法。该复合管包括基管和机械结合在基管内的耐蚀合金衬管,基管的端部内周设置有耐蚀合金堆焊层,耐蚀合金堆焊层的内端面与耐蚀合金衬管的端面相接,耐蚀合金堆焊层轴向上的长度不小于耐蚀合金衬管的端面与基管的端面之间的距离。制造方法,包括如下步骤:S1、将耐蚀合金衬管机械结合在基管内;S2、去除复合管端部一定长度的耐蚀合金衬管;S3、从耐蚀合金衬管的端部起,由内至外在基管的端部内周上堆焊形成耐蚀合金堆焊层。该发明涉及了堆焊形成耐蚀合金堆焊层,但其解决的技术问题是双金属机械复合管焊接难度大、焊接合格率低、速度慢的问题,并且该复合管的两端和其中部的性能不均匀。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种双金属复合钢管的生产方法,该双金属复合钢管的内外层金属之间堆焊有镍基合金层,可防止碳素钢的碳元素扩散到奥氏体不锈钢中,有效防止奥氏体不锈钢的防腐性能受损,且使结合强度有保证,合格率高,成分稳定,质量好,制造工艺简单,极大降低了生产成本。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是:一种双金属复合钢管,包括奥氏体不锈钢管和碳素钢管,在奥氏体不锈钢管和碳素钢管之间的结合面设有堆焊车削成的镍基合金结合层,过盈配合,并经过扩孔、热处理和挤压成型制成的。
双金属复合钢管的外层为奥氏体不锈钢管,内层为碳素钢管。
双金属复合钢管的外层为碳素钢管,内层为奥氏体不锈钢管。
优选的,奥氏体不锈钢管的材质为304或TP310奥氏体不锈钢,碳素钢管的材质为20、20G或T11碳素钢。
双金属复合钢管的生产方法,包括以下步骤:
1)选取外层管和内层管或内层棒料:外层管的材质为奥氏体不锈钢,内层管或内层棒料的材质为碳素钢,或者,外层管的材质为碳素钢,内层管或内层棒料的材质为奥氏体不锈钢;
2)堆焊和车削加工镍基合金结合层:当外层管的材质为奥氏体不锈钢,内层管或内层棒料的材质为碳素钢时,在内层管或内层棒料的外表面堆焊镍基合金结合层,并对镍基合金结合层进行车削加工,或者,当外层管的材质为碳素钢,内层管或内层棒料的材质为奥氏体不锈钢时,在外层管的内表面堆焊镍基合金结合层,并对镍基合金结合层进行车削加工;
3)过盈配合机械镶套:将外层管加热后,与内层管或内层棒料进行过盈配合机械镶套,再对过盈配合机械镶套后的管坯两端部的接合线处进行封焊,然后抽真空,如为内层棒料,在内层棒料中心钻孔,得到复合管坯;
4)扩孔和高温扩散热处理:将上述复合管坯加热,在扩孔机上进行扩孔,扩孔后的复合管坯补焊头尾并再次抽真空后放到加热炉中进行高温扩散热处理;
5)挤压成型:对高温扩散热处理后的复合管坯内外表面修磨后,在挤压机上进行热挤压成型,切头切尾,制成具有奥氏体不锈钢管、镍基合金结合层和碳素钢管的双金属复合钢管。
优选的,奥氏体不锈钢管的材质为304或TP310奥氏体不锈钢,碳素钢管的材质为20、20G或T11碳素钢。
优选的,步骤3)中的加热温度为200℃-300℃;步骤4)中的加热温度为1130℃-1170℃;步骤4)中的高温扩散热处理温度为1080℃-1120℃。
优选的,镍基合金结合层的堆焊厚度大于2mm,车削加工后的镍基合金结合层的厚度为1-3mm;步骤3)中过盈配合的过盈量为0.13mm-0.17mm。
进一步优选的,镍基合金结合层的堆焊厚度大于2mm,车削加工后的镍基合金结合层的厚度为2mm;所述步骤3)中过盈配合的过盈量为0.15mm。
传统的奥氏体不锈钢和碳素钢双金属复合钢管的结合强度不足,本发明在碳素钢表面堆焊镍基合金,镍基合金和奥氏体不锈钢的组织状态一样,都具有奥氏体组织,使得奥氏体不锈钢和碳素钢双金属复合钢管的结合强度高;另外在碳素钢表面堆焊镍基合金层可以有效防止热装时碳素钢被氧化,而且也可以防止碳素钢的碳元素扩散到奥氏体不锈钢中,有效防止不锈钢的防腐性能受损,也保证了管坯成分的稳定性。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:
(1)本发明双金属复合钢管的内外层金属之间堆焊有镍基合金层,使得该双金属复合钢管结合力强,成材率高,成分稳定,质量好。
(2)本发明双金属复合钢管的生产方法可防止碳素钢的碳元素扩散到奥氏体不锈钢中,有效防止奥氏体不锈钢的防腐性能受损,且使结合强度有保证,合格率高,制造工艺简单,极大降低了生产成本。
(3)本发明双金属复合钢管的性能均匀,可任意切断使用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明;
图1是本发明的一种结构示意图;
图2是本发明的另一种结构示意图;
图中,1、奥氏体不锈钢管;2、镍基合金结合层;3、碳素钢管。
具体实施方式
实施例1
一种双金属复合钢管,其外层为奥氏体不锈钢管1,奥氏体不锈钢管1的材质为304奥氏体不锈钢;内层为碳素钢管3,碳素钢层3的材质为20G碳素钢,碳素钢管3的外表面堆焊有镍基合金结合层2,过盈配合。
制造该双金属复合钢管的生产方法,包括以下步骤:
1)选取外层管和内层棒料:外层管的材质为304奥氏体不锈钢,内层棒料的材质为20G碳素钢。设外层管的外径为a内径为b,内层棒料的外径为c。
2)堆焊和车削加工镍基合金层:在内层棒料的外表面堆焊厚度大于2mm的镍基合金结合层,并对镍基合金结合层进行车削加工,车削加工后的镍基合金结合层的厚度为2mm。加工后的内层棒料外径为c+4mm。
3)过盈配合机械镶套:将外层管加热到200℃-220℃后,与内层棒料进行过盈配合机械镶套,过盈量为0.15mm,再对过盈配合机械镶套后的管坯两端部的接合线处进行封焊,然后抽真空,最后在内层实心管坯中心钻孔,孔的大小为25mm,得到复合管坯。其中c+4mm=b+0.15mm,0.15mm为过盈量。
4)扩孔和高温扩散热处理:将上述复合管坯加热到1150℃-1170℃,在扩孔机上进行扩孔,扩孔变形比为1.1,扩孔后的复合管坯补焊头尾并再次抽真空后放到台式加热炉中进行高温扩散热处理,高温扩散热处理温度为1080℃-1100℃。
5)挤压成型:对高温扩散热处理后的复合管坯内外表面修磨后,在挤压机上进行热挤压成型,切头切尾,得到具有304奥氏体不锈钢管、镍基合金结合层和20G碳素钢管的双金属复合钢管,可用于锅炉用管。
本方法生产的双金属复合钢管,消除了碳扩散带来的外层防腐性能的不稳定和结合层硬度过高的现象;大大提高成才率并提高防腐性能。
实施例2
一种双金属复合钢管,其外层为奥氏体不锈钢管1,奥氏体不锈钢管1的材质为TP310奥氏体不锈钢;内层为碳素钢管3,碳素钢管3的材质为T11碳素钢,碳素钢管3的外表面堆焊有镍基合金结合层2,过盈配合。
制造该双金属复合钢管的生产方法,包括以下步骤:
1)选取外层管和内层管:外层管的材质为TP310奥氏体不锈钢,内层管的材质为T11碳素钢。
2)堆焊和车削加工镍基合金层:在内层管的外表面堆焊厚度大于2mm的镍基合金层,并对镍基合金层进行车削加工,车削加工后的镍基合金层的厚度为1mm。
3)过盈配合机械镶套:将外层管加热到280℃-300℃后,与内层管进行过盈配合机械镶套,过盈量为0.17mm,再对过盈配合机械镶套后的管坯两端部的接合线处进行封焊,然后抽真空,得到复合管坯。
4)扩孔和高温扩散热处理:将上述复合管坯加热到1130℃-1150℃,在扩孔机上进行扩孔,扩孔变形比为1.1,扩孔后的复合管坯补焊头尾并再次抽真空后放到台式加热炉中进行高温扩散热处理,高温扩散热处理温度为1100℃-1120℃。
5)挤压成型:对高温扩散热处理后的复合管坯内外表面修磨后,在挤压机上进行热挤压成型,切头切尾,得到具有TP310奥氏体不锈钢管、镍基合金结合层和T11碳素钢管的双金属复合钢管,可用于锅炉用管。
实施例3
一种双金属复合钢管,其外层为碳素钢管3,碳素钢管3的材质为T11碳素钢;内层为奥氏体不锈钢管1,奥氏体不锈钢管1的材质为TP310奥氏体不锈钢,碳素钢管3的内表面堆焊有镍基合金结合层2,过盈配合。
制造该双金属复合钢管的生产方法,包括以下步骤:
1)选取外层管和内层棒料:外层管的材质为T11碳素钢,内层棒料的材质为TP310奥氏体不锈钢。
2)堆焊和车削加工镍基合金层:在外层管的内表面堆焊厚度大于3mm的镍基合金结合层,并对镍基合金结合层进行车削加工,车削加工后的镍基合金结合层的厚度为3mm。
3)过盈配合机械镶套:将外层管加热到240℃-260℃后,与内层棒料进行过盈配合机械镶套,过盈量为0.13mm,再对过盈配合机械镶套后的管坯两端部的接合线处进行封焊,然后抽真空,最后在内层实心管坯中心钻孔,孔的大小为45mm,得到复合管坯。
4)扩孔和高温扩散热处理:将上述复合管坯加热到1140℃-1160℃,在扩孔机上进行扩孔,扩孔变形比为1.1,扩孔后的复合管坯补焊头尾并再次抽真空后放到台式加热炉中进行高温扩散热处理,高温扩散热处理温度为1090℃-1110℃。
5)挤压成型:对高温扩散热处理后的复合管坯内外表面修磨后,在挤压机上进行热挤压成型,切头切尾,得到具有T11碳素钢管、镍基合金结合层和TP310奥氏体不锈钢管的双金属复合钢管,可用于油气田地面集输管线方面。
实施例4
一种双金属复合钢管,其外层为碳素钢管3,碳素钢管3的材质为20碳素钢;内层为奥氏体不锈钢管1,奥氏体不锈钢管1的材质为304奥氏体不锈钢,碳素钢管3的内表面堆焊有镍基合金结合层2,过盈配合。
制造该双金属复合钢管的生产方法,包括以下步骤:
1)选取外层管和内层管:外层管的材质为20碳素钢,内层管的材质为304奥氏体不锈钢。
2)堆焊和车削加工镍基合金层:在外层管的内表面堆焊厚度大于2mm的镍基合金结合层,并对镍基合金结合层进行车削加工,车削加工后的镍基合金结合层的厚度为2mm。
3)过盈配合机械镶套:将外层管加热到260℃-280℃后,与内层管进行过盈配合机械镶套,过盈量为0.15mm,再对过盈配合机械镶套后的管坯两端部的接合线处进行封焊,然后抽真空,得到复合管坯。
4)扩孔和高温扩散热处理:将上述复合管坯加热到1130℃-1150℃,在扩孔机上进行扩孔,扩孔变形比为1.1,扩孔后的复合管坯补焊头尾并再次抽真空后放到台式加热炉中进行高温扩散热处理,高温扩散热处理温度为1100℃-1120℃。
5)挤压成型:对高温扩散热处理后的复合管坯内外表面修磨后,在挤压机上进行热挤压成型,切头切尾,得到具有20碳素钢管、镍基合金结合层和304奥氏体不锈钢管的双金属复合钢管,可用于油气田地面集输管线方面。
实施例5
一种双金属复合钢管,其外层为奥氏体不锈钢管1,奥氏体不锈钢管1的材质为304奥氏体不锈钢;内层为碳素钢管3,碳素钢层3的材质为T11碳素钢,碳素钢管3的外表面堆焊有镍基合金结合层2,过盈配合。
制造该双金属复合钢管的生产方法,包括以下步骤:
1)选取外层管和内层棒料:外层管的材质为304奥氏体不锈钢,内层棒料的材质为T11碳素钢。
2)堆焊和车削加工镍基合金层:在内层棒料的外表面堆焊厚度大于2mm的镍基合金结合层,并对镍基合金结合层进行车削加工,车削加工后的镍基合金结合层的厚度为2mm。
3)过盈配合机械镶套:将外层管加热到200℃-300℃后,与内层棒料进行过盈配合机械镶套,过盈量为0.15mm,再对过盈配合机械镶套后的管坯两端部的接合线处进行封焊,然后抽真空,最后在内层实心管坯中心钻孔,孔的大小为35mm,得到复合管坯。
4)扩孔和高温扩散热处理:将上述复合管坯加热到1130℃-1170℃,在扩孔机上进行扩孔,扩孔变形比为1.1,扩孔后的复合管坯补焊头尾并再次抽真空后放到台式加热炉中进行高温扩散热处理,高温扩散热处理温度为1080℃-1120℃。
5)挤压成型:对高温扩散热处理后的复合管坯内外表面修磨后,在挤压机上进行热挤压成型,切头切尾,得到具有304奥氏体不锈钢管、镍基合金结合层和T11碳素钢管的双金属复合钢管。
实施例6
一种双金属复合钢管,其外层为奥氏体不锈钢管1,奥氏体不锈钢管1的材质为316奥氏体不锈钢;内层为碳素钢管3,碳素钢层3的材质为30碳素钢,碳素钢管3的外表面堆焊有镍基合金结合层2,过盈配合。
制造该双金属复合钢管的生产方法,包括以下步骤:
1)选取外层管和内层棒料:外层管的材质为316奥氏体不锈钢,内层棒料的材质为30碳素钢。
2)堆焊和车削加工镍基合金层:在内层棒料的外表面堆焊厚度大于2mm的镍基合金结合层,并对镍基合金结合层进行车削加工,车削加工后的镍基合金结合层的厚度为2mm。
3)过盈配合机械镶套:将外层管加热到200℃-300℃后,与内层棒料进行过盈配合机械镶套,过盈量为0.15mm,再对过盈配合机械镶套后的管坯两端部的接合线处进行封焊,然后抽真空,最后在内层实心管坯中心钻孔,孔的大小为35mm,得到复合管坯。
4)扩孔和高温扩散热处理:将上述复合管坯加热到1130℃-1170℃,在扩孔机上进行扩孔,扩孔变形比为1.1,扩孔后的复合管坯补焊头尾并再次抽真空后放到台式加热炉中进行高温扩散热处理,高温扩散热处理温度为1080℃-1120℃。
5)挤压成型:对高温扩散热处理后的复合管坯内外表面修磨后,在挤压机上进行热挤压成型,切头切尾,得到具有316奥氏体不锈钢管、镍基合金结合层和30碳素钢管的双金属复合钢管。
实施例7
一种双金属复合钢管,其外层为奥氏体不锈钢管1,奥氏体不锈钢管1的材质为304奥氏体不锈钢;内层为碳素钢管3,碳素钢层3的材质为70碳素钢,碳素钢管3的外表面堆焊有镍基合金结合层2,过盈配合。
制造该双金属复合钢管的生产方法,包括以下步骤:
1)选取外层管和内层棒料:外层管的材质为304奥氏体不锈钢,内层棒料的材质为70碳素钢。
2)堆焊和车削加工镍基合金层:在内层棒料的外表面堆焊厚度大于2mm的镍基合金结合层,并对镍基合金结合层进行车削加工,车削加工后的镍基合金结合层的厚度为2mm。
3)过盈配合机械镶套:将外层管加热到200℃-300℃后,与内层棒料进行过盈配合机械镶套,过盈量为0.15mm,再对过盈配合机械镶套后的管坯两端部的接合线处进行封焊,然后抽真空,最后在内层实心管坯中心钻孔,孔的大小为40mm,得到复合管坯。
4)扩孔和高温扩散热处理:将上述复合管坯加热到1130℃-1170℃,在扩孔机上进行扩孔,扩孔变形比为1.1,扩孔后的复合管坯补焊头尾并再次抽真空后放到台式加热炉中进行高温扩散热处理,高温扩散热处理温度为1080℃-1120℃。
5)挤压成型:对高温扩散热处理后的复合管坯内外表面修磨后,在挤压机上进行热挤压成型,切头切尾,得到具有304奥氏体不锈钢管、镍基合金结合层和70碳素钢管的双金属复合钢管。
Claims (5)
1.一种双金属复合钢管的生产方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)选取外层管和内层管或内层棒料:外层管的材质为奥氏体不锈钢,内层管或内层棒料的材质为碳素钢,或者,外层管的材质为碳素钢,内层管或内层棒料的材质为奥氏体不锈钢;
2)堆焊和车削加工镍基合金结合层:当外层管的材质为奥氏体不锈钢,内层管或内层棒料的材质为碳素钢时,在内层管或内层棒料的外表面堆焊镍基合金结合层,并对镍基合金结合层进行车削加工,或者,当外层管的材质为碳素钢,内层管或内层棒料的材质为奥氏体不锈钢时,在外层管的内表面堆焊镍基合金结合层,并对镍基合金结合层进行车削加工;
3)过盈配合机械镶套:将外层管加热后,与内层管或内层棒料进行过盈配合机械镶套,再对过盈配合机械镶套后的管坯两端部的接合线处进行封焊,然后抽真空,如为内层棒料,在内层棒料中心钻孔,得到复合管坯;
4)扩孔和高温扩散热处理:将上述复合管坯加热,在扩孔机上进行扩孔,扩孔后的复合管坯补焊头尾并再次抽真空后放到加热炉中进行高温扩散热处理;
5)挤压成型:对高温扩散热处理后的复合管坯内外表面修磨后,在挤压机上进行热挤压成型,切头切尾,制成具有奥氏体不锈钢管(1)、镍基合金结合层(2)和碳素钢管(3)的双金属复合钢管。
2.根据权利要求1所述的一种双金属复合钢管的生产方法,其特征在于所述奥氏体不锈钢管(1)的材质为304或TP310奥氏体不锈钢,所述碳素钢管(3)的材质为20、20G或T11碳素钢。
3.根据权利要求1所述的一种双金属复合钢管的生产方法,其特征在于所述步骤3)中的加热温度为200℃-300℃;所述步骤4)中的加热温度为1130℃-1170℃;所述步骤4)中的高温扩散热处理温度为1080℃-1120℃。
4.根据权利要求1所述的一种双金属复合钢管的生产方法,其特征在于所述镍基合金结合层的堆焊厚度大于2mm,车削加工后的镍基合金结合层的厚度为1-3mm;所述步骤3)中过盈配合的过盈量为0.13mm-0.17mm。
5.根据权利要求4所述的一种双金属复合钢管的生产方法,其特征在于所述镍基合金结合层的堆焊厚度大于2mm,车削加工后的镍基合金结合层的厚度为2mm;所述步骤3)中过盈配合的过盈量为0.15mm。
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