CN104588436A - 一种由二次浇注双金属管坯扩径制备复合管的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种由二次浇注双金属管坯扩径制备复合管的方法。所述二次浇注双金属管坯，首先采用消失模铸造的方法，浇注出内层薄壁高合金耐蚀管坯，采用砂型铸造的方法，以高合金管坯为型芯，浇注出外层碳钢管坯，得到双金属复合管坯。所述扩径工艺，其特征是采用二次浇注制备的双金属管坯，经过三辊热轧扩径变形制造双金属复合管。通过内外层金属在浇铸过程中的熔合，以及热轧扩径工艺中的塑性变形，获得冶金结合良好的双金属复合管。本发明的双金属复合管通过消失模铸造的方法得到高精度的内层金属表面，内层金属厚度可控；三辊热轧扩径实现内外层金属间高强度冶金结合，内层表面精度高，椭圆度好，壁厚精度高。
Description
技术领域
本发明公开一种采用二次浇铸制备双金属管坯，而后通过三辊热轧扩径制造双金属复合管的生产方法，属于双金属复合管制备技术领域。
背景技术
双金属复合管作为一种新型管材，以其良好的抗腐蚀性能和较为便宜的价格在国外海洋油气田开发中得到了广泛的应用，然而在国内海上油气田开发中的应用并不多见。油气田用双金属复合管是由外层碳钢材料和内层抗腐蚀合金钢材料制成的，在保证管材强度的前提下，满足管材内壁耐腐蚀要求。冶金结合界面复合管以其良好的界面及力学性能，成为油气田大规模用管的首选，特别是热轧复合管，凭借其较高的可靠性和较强的品种适应性，在双金属管材众多生产工艺的竞争中脱颖而出。
传统方法生产的冶金复合管型材，界面未能实现完全的冶金结合，仍存在部分间隙，这些间隙往往是裂纹扩展、腐蚀开裂的起点。海上油气田管材铺设成本高昂，良好的界面结合是保证管材稳定服役的先决条件。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种由双金属管坯扩径的方法制备双金属复合管，通过内外层金属在浇铸过程中的熔合，以及热轧扩径工艺中的塑性变形，获得冶金结合良好的双金属复合管，加强内外层之间的结合强度，达到完全冶金结合的目的，大大缓解内外层之间的界面应力，减少界面处的应力集中，防止在界面处产生裂纹扩展，避免出现腐蚀开裂的起点，提高了成品管的抗腐蚀能力，保证复合管服役的稳定性和可靠性，延长了管线的服役寿命。
为了解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种由二次浇注双金属管坯扩径制备复合管的方法，其特征在于采用二次浇注制备双金属管坯包括管坯内层薄壁高合金耐蚀钢和管坯外层碳钢，而后通过扩孔工艺制造双金属复合管的方法，包括以下步骤：
步骤一：采用消失模铸造方法，选用EPS造型，使用高频感应炉冶炼高合金钢，在负压下进行浇注，落砂清理后得到薄壁高合金管坯；
步骤二：采用砂型铸造的方法，选用适当规格的无缝钢管，经过机加工处理得到模型，以薄壁高合金管为型芯，两者之间采用小间隙配合作为铸造模具放入砂箱，利用型砂充满砂箱并填满型芯内部，抽出外层无缝钢管模型得到型腔，冶炼一炉碳钢，浇注出外层碳钢管坯，落砂清理后得到双金属复合管坯；
步骤三：通过三辊阿塞尔轧管机对所得双金属复合管坯进行热轧扩径，根据变形量选择轧制道次，在轧制温度区间内完成双金属复合管的扩径过程。
对上述方法做进一步限制，第一次消失模铸造采用一浇一冒浇注系统，浇注温度为1600℃，在0.05MPa的负压下进行浇注，浇注速度控制在6kg/s左右，得到内层高合金钢管坯内部缺陷少，尺寸精度高，表面光洁，第二次砂型铸造采用阶梯注入式浇铸系统，充型平稳，减少对内层合金管坯的冲刷。将二次浇注双金属复合管坯加热到1000℃-1500℃，而后在阿塞尔轧管机机组上进行热轧扩径，轧制温度为950-1100℃，阿塞尔轧辊的送进角(γ)为5-8°；展开角(α)设置在3-6°之间；开口角(β)设置为4-6°，轧辊转数为200-300转/分。
本发明的优点：
消失模铸造的铸件尺寸形状精确，重复性好，铸件的表面光洁度高，污染少，具有精密铸造的特点。为了进一步减少铸造内部缺陷，提高成品率，消失模铸造采用一浇一冒浇注系统，既能使气体有效排出，又能使铸件顺序凝固，使顶部得到高合金钢金属液的补充，将金属最后的凝固位置转移到冒口和浇口杯中，使缩松、缩孔等铸造缺陷最大限度的转移出管坯。
外层碳钢的砂型铸造采用阶梯注入式浇铸系统，保证充型平稳，减少对内壁高合金管的冲刷，避免金属液发生飞溅、氧化及由此而形成的铸件缺陷，补缩作用好。
采用阿塞尔轧管机对双金属复合管坯进行热轧，壁厚精度高，内层金属表面精度能够保持在±(4％-7％)以内。
三辊扩径工艺在较高温度区间内有利于对热加工性能差、塑性较低的高合金钢进行大塑性变形，促进双金属复合界面的冶金复合。
采用二次浇铸工艺，通过内外层金属在浇铸过程中的熔合，实现了界面的无间隙、连接成分平滑过渡，层界面低应力全冶金结合。避免了使用传统复杂的冶金复合工艺，不仅降低了生产成本，生产过程简便。
附图说明
图1：工艺流程图；
图2：砂型铸造示意图；
图中标号：1-冒口；2-浇口杯；3-直浇道；4-砂箱；5-直浇道窝；6-型砂；7-型腔；8-型芯(薄壁合金管)；
图3：在管的纵向中心平面的三个阿塞尔轧棍之一；
图中标号：9-外层金属；10-内层金属；α-展开角；β-开口角；
图4：阿塞尔轧辊输送角γ俯视图；
图中标号：9-外层金属；10-内层金属；γ-送进角。
具体实施方式
实施例1：
参见附图1和附图2，(1)选用直径0.5mm的EPS珠粒，使用间歇式蒸汽预发机在150℃下制备密度为0.02-0.025g/cm3的薄壁模型，模型尺寸为Φ170×5mm，反复涂覆水基涂料后烘干，选用硅砂为原料在砂箱4中振动造型，使用高频感应炉冶炼高合金钢12Cr，坯消失模铸造采用一浇一冒浇注系统，采用一浇一冒浇注系统，浇注温度为1600℃，在0.05MPa的负压下进行浇注，浇注速度控制在6kg/s左右，刚开始慢浇，将直浇道3通过后立即大量快浇，待到快要充满型腔7时再放慢浇注速度，落砂清理后得到薄壁高合金12Cr管坯，管坯直径为170mm，壁厚为5mm；
(2)以薄壁高合金12Cr管坯为型芯8，采用砂型铸造的方法，选用适当规格的无缝钢管，经过机加工处理得到模型尺寸为Φ201×16mm，以薄壁高合金管为型芯8，两者之间采用小间隙配合作为铸造模具放入砂箱4，利用型砂充满砂箱4并填满型芯8内部，抽出外层无缝钢管模型得到型腔，冶炼09MnV碳钢一炉，浇注温度设定为1500℃，采用阶梯注入式浇注系统，铸出外层09MnV管坯，二次浇注完成制备Φ200×21mm双金属复合管坯。
(3)采用阿塞尔轧管机对所得双金属复合管坯Φ200×21mm坯进行热轧，插棒取值间隙较小，轧制温度控制在950-1100℃，进行一道次轧制，总当量变形1.81。经过阿塞尔轧管机轧热轧之后切割一段双金属复合管进行分析，在复合界面处未发现裂纹及其他缺陷，双金属复合管整管壁厚不均度为6％,内层壁厚3.0-4.0mm，外层壁厚11.0-12.0mm，双金属管外径205-210mm。
实施例2：
参见附图1和附图2，(1)选用直径0.5mm的EPS珠粒，使用间歇式蒸汽预发机在150℃下制备密度为0.02-0.025g/cm3的薄壁模型，模型尺寸为Φ154×9mm，反复涂覆水基涂料后烘干，选用硅砂为原料在砂,4中振动造型，使用高频感应炉冶炼高合金钢12Cr，坯消失模铸造采用一浇一冒浇注系统，采用一浇一冒浇注系统，浇注温度为1600℃，在0.05MPa的负压下进行浇注，浇注速度控制在6kg/s左右，刚开始慢浇，将直浇道3通过后立即大量快浇，待到快要充满型腔7时再放慢浇注速度，落砂清理后得到薄壁高合金12Cr管坯，管坯直径为154mm，壁厚为9mm；
(2)以薄壁高合金12Cr管坯为型芯8，采用砂型铸造的方法，选用适当规格的无缝钢管，经过机加工处理得到模型尺寸Φ201×23mm，以薄壁高合金管为型芯8，两者之间采用小间隙配合作为铸造模具放入砂箱4，利用型砂充满砂箱4并填满型芯8内部，抽出外层无缝钢管模型得到型腔，冶炼09MnV碳钢一炉，浇注温度设定为1500℃，采用阶梯注入式浇注系统，铸出外层09MnV管坯，二次浇注完成制备Φ200×32mm双金属复合管坯。
(3)采用阿塞尔轧管机对所得双金属复合管坯Φ200×32mm进行热轧，插棒取值间隙较小，轧制温度控制在950-1100℃，进行三道次轧制，第一道次当量变形1.52，第二道次当量变形1.67，第三道次当量变形1.89。经过阿塞尔轧管机轧热轧之后切割一段双金属复合管进行分析，在复合界面处未发现裂纹及其他缺陷，双金属复合管整管壁厚不均度为6.5％,内层壁厚3.0-4.0mm，外层壁厚10.0-11.0mm，双金属管外径212-220mm。
参见附图3和附图4，在以上实例中，阿塞尔轧辊的送进角γ为5-8°；展开角α设置在3-6°之间；开口角β设置为4-6°，轧辊转数为200-300转/分。
Claims (4)
1.一种由二次浇注双金属管坯扩径制备复合管的方法，其特征在于采用二次浇注制备双金属管坯包括管坯内层高合金耐蚀钢和管坯外层碳钢，而后通过热轧工艺制造双金属复合管，具体步骤如下：
步骤一：采用消失模铸造方法，选用EPS造型，使用高频感应炉冶炼高合金钢，在负压下进行浇注，落砂清理后得到薄壁高合金管；
步骤二：采用砂型铸造的方法，选用适当规格的无缝钢管，经过机加工处理得到模型，以薄壁高合金管为型芯，两者之间采用小间隙配合作为铸造模具放入砂箱，利用型砂充满砂箱并填满型芯内部，抽出外层无缝钢管模型得到型腔，冶炼一炉碳钢，浇注出外层碳钢管坯，落砂清理后得到双金属复合管坯；
步骤三：通过三辊阿塞尔轧管机对所得双金属复合管坯进行热轧扩径，根据变形量选择轧制道次，在轧制温度区间内完成双金属复合管的扩径过程。
2.根据权利要求1所述由二次浇注双金属管坯扩径制备复合管的方法，其特征在于：第一次消失模铸造采用一浇一冒浇注系统，第二次砂型铸造采用阶梯注入式浇铸系统。
3.根据权利要求1所述由二次浇注双金属管坯制备冶金复合管的方法，其特征在于：第一次消失模铸造中，浇注温度为1600℃，在0.05MPa的负压下进行浇注，浇注速度控制在6kg/s，第二次砂型铸造中，将浇注双金属复合管坯加热到1000℃-1500℃。
4.根据权利要求1所述由二次浇注双金属管坯制备冶金复合管的方法，其特征在于：所述阿塞尔轧管机的热轧扩径工艺为，轧制温度为950-1100℃，阿塞尔轧辊的送进角(γ)为5-8°；展开角(α)设置在3-6°之间；开口角(β)设置为4-6°，轧辊转数为200-300转/分。
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