CN112453084B - 一种多层金属复合管材制备方法 - Google Patents

一种多层金属复合管材制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多层金属复合管材制备方法，该方法包括以下步骤：坯料管内外修磨、油污清洗、多层金属管组套、拉拔缩径、管端管面高速摩擦焊接、加热处理、四辊式横轧、矫直处理、二辊冷轧、冷拔减径、冷扩减壁扩径、精密冷轧、去油脂处理、光亮处理、表面修磨处理、灰尘清扫、多层金属界面结合检测、探伤检测、金属组织性能检测、定尺、包装处理，利用将冷拔减径、冷扩减壁扩径、精密冷轧多次循环，实现产品尺寸精度、表面质量、材料性能、晶粒度等关键指标的协同控制，获得精度较高、性能更优、极限规格更突出的产品。解决了因金属性能差异出现延伸不一致的问题。制备的复合管材结合能力强，可以极大地提高多层异种金属之间的结合率。

Description

一种多层金属复合管材制备方法
技术领域
本发明涉及金属管材制备技术，具体涉及一种多层金属复合管材制备方法。
背景技术
多层金属复合管材又称为层状复合管，是由2种以上不同的金属管材构成。管体之间通过各种变形和连接技术紧密结合，受外力作用时，层状组合的管材同时变形，且界面之间同步延伸，确保金属变形的均匀性。一般多层金属复合管材的基材是用于承受力能需求，而覆材是满足耐腐蚀、耐磨损以及屏蔽辐射等目标需求，和单一金属管材相比，层状复合管集合了多种金属的各自优点，达到满足苛刻环境需要的前提下，节约了大量贵金属，降低了生产成本，未来应用空间极大。
目前通用的复合方法有爆炸复合、铸造复合与机械复合等方式。爆炸复合方式依靠炸药爆炸瞬间产生的热熔化金属、产生的压力催化金属相连，使金属材料相互接触面实现液态焊合，但该方法产生的基材与覆材在爆炸过程中形状难以管控，管材质量差，成材率低，并且爆炸瞬间会产生冲击，导致危险性差，噪音大，环境友好程度低，生产场地苛刻；铸造复合是采用不同液态的金属进行分时灌入，使得液体表面产生较好的冶金结合层，结合程度较高，但是在界面中也会大量出现新的相与物质，导致结合界面稳定性不强，并且生产成本较高，界面结合均匀性差；机械复合则是采用高压态液体注入管体，使得多层状金属管材发生膨胀，发生塑性变形，带压力卸载后，因金属回弹实现管材贴合在一起，但此种方法难以实现金属间冶金结合，在长时间服役过程，因残余应力释放，导致管材之间结合力不强，容易形成缝隙、夹层等现象。
因此，针对目前主要生产现状，急需发明一种多层金属复合管材高效制备方法，实现多层金属间冶金复合同时，降低生产成本，提高生产效率，产品性能与精度较高，形成具备可连续生产、规模化制备复合管材的生产技术。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供一种多层金属复合管材制备方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种多层金属复合管材制备方法包括以下步骤：
步骤1.坯料管外修磨：对金属坯料管材的外表面进行修磨处理，以消除其外表面氧化膜及上道工序加工过程中遗留的螺旋节；
步骤2.坯料管内修磨：对金属坯料管材的内表面进行修磨处理，以消除其内表面氧化膜及上道次工序引起的管坯质量问题，并在坯料管材内壁产生微小沟壑；当金属坯料管材为多层金属复合管材的最内层时，则不需在坯料管材内壁产生微小沟壑；
步骤3.油污清洗：对修磨后的金属坯料管材的内外壁进行清洗，以冲刷表面磨头砂砾、金属毛刺及油污；
步骤4.多层金属管组套：将多个经油污清洗后的金属坯料管材内外间隙配合组装，形成多层金属组坯管材；
步骤5.拉拔缩径：将多层金属组坯管材通过拉拔模具使其由大口径向小口径转变，并使多层金属组坯管材中的相邻管层完全接触形成过盈配合，获得拉拔变径后的层状复合管坯；
步骤6.管端高速摩擦焊接：采用高速摩擦焊接头将拉拔变径后的层状复合管坯的管端缝隙融合，焊接封闭，以防止层状复合管坯的相邻管层间内、外表面的氧化；
步骤7.管面多点式摩擦焊接：对管端封闭的层状复合管坯表面采用多组高速摩擦焊接头使对应摩擦焊区域层间缝隙融合，实现层状复合管坯的管面多点粘接；
步骤8.整体加热处理：对摩擦焊接后的层状复合管坯进行整体加热处理；
步骤9.四辊式横轧：对加热处理后的层状复合管坯采用四辊式横轧进行大变形量处理，使其相邻管层的内壁与外壁进行冶金复合；
步骤10.矫直处理：对四辊横轧后的层状复合管坯进行矫直处理，以消除冷却过程中出现的弯曲、塌扁问题，同时消除内部残余应力；
步骤11.二辊冷轧：对矫直处理后的层状复合管坯采用二辊冷轧处理，使其发生塑性变形及金属晶粒碎化，获得变径后的层状复合管材；
步骤12.去油脂处理：对轧制后的层状复合管材进行清洗处理，以冲刷其表面油污；
步骤13.光亮处理：对去油脂处理后的层状复合管材进行光亮处理，以还原掉金属管材表面的氧化铁皮；
步骤14.表面修磨处理：对光亮处理后的层状复合管材进行表面修磨处理，以消除其表面氧化膜与前序步骤中引起的管材表面质量问题，并进行抛光处理；
步骤15.灰尘清扫：对表面修磨后的层状复合管材的内外壁进行清扫，以清理掉表面磨头砂砾、金属毛刺；
步骤16.多层金属界面结合检测：对清洁的层状复合管材进行超声波检测处理，获得层状复合管材相邻管层间内壁与外壁面的冶金结合情况，剔除管体上呈现不合格冶金区域的层状复合管材；
步骤17.探伤检测：对清洁的层状复合管材表面进行超声检测，获得层状复合管材在经过变形后的裂纹缺陷情况，剔除不合格的层状复合管材；
步骤18.金属组织性能检测：对探测检测合格的层状复合管材进行取样检测，分析每一层管材的力学性能、晶粒度、耐腐蚀性，评价金属管材的性能，对金属组织性能检测不合格的层状复合管材，再重复步骤11-18，直至获得合格的层状复合管材；
步骤19.定尺、包装处理：对检测合格的层状复合管材进行定尺和打包处理，以方便运输，隔绝有害物质对金属层状复合管材的腐蚀。
作为本发明的进一步改进，当经所述步骤1-11获得变径后的层状复合管材不满足规格及性能需求时，在完成步骤11之后，增加步骤Z3、Z4，然后再进行步骤12-19；
步骤Z3.热处理：对变径后的层状复合管材进行热处理以消除残余应力，并使金属晶粒产生动态再结晶；
步骤Z4.精密冷轧：对热处理后的层状复合管材采用多辊冷轧技术进行小变形量冷轧处理，使其进一步发生塑性变形及金属晶粒碎化，实现复合管材的减径减壁处理，获得晶粒度更细、金属管材强韧性更好的精密轧制后的层状复合管材；且当完成步骤Z4后获得的层状复合管材不满足产品规格及性能需求时，将步骤Z3和Z4按顺序重复1次以上，直至获得产品规格及性能均符合需求的层状复合管材，再进行步骤12-19。
作为本发明的进一步改进，当经所述步骤1-11获得变径后的层状复合管材不满足规格及性能需求时，在完成步骤11之后，首先增加步骤Z1、Z2中的任意一个或两个步骤同时进行，实现减径减壁处理；再增加步骤Z3-Z4，然后再进行步骤12-19；
步骤Z1.冷拔减径：对变径后的层状复合管材采用拉拔模具使其发生以减径为主、减壁为辅的塑性变形，获得冷拔变径后的层状复合管材；
步骤Z2.冷扩减壁扩径：对拉拔变径后的层状复合管材采用扩径模头使其发生以减壁为主、扩径为辅的塑性变形，获得冷扩变径后的层状复合管材；
当选择增加步骤Z1、Z2中的任意一个或两个步骤时，若获得的冷拔变径或冷扩变径后的金属无缝管材不满足减径减壁处理的需求时，则将步骤Z1、Z2中的任意一个或两个步骤重复1次以上，直至获得符合减径减壁需求的层状复合管材，然后进行步骤Z3和Z4；
步骤Z3.热处理：对变径后的层状复合管材进行热处理以消除残余应力，并使金属晶粒产生动态再结晶；
步骤Z4.精密冷轧：对热处理后的层状复合管材采用多辊冷轧技术进行小变形量冷轧处理，使其进一步发生塑性变形及金属晶粒碎化，实现复合管材的减径减壁处理，获得晶粒度更细、金属管材强韧性更好的精密轧制后的层状复合管材；
当完成步骤Z4后获得的层状复合管材不满足产品规格及性能需求时，将步骤Z3和Z4按顺序重复1次以上，直至获得规格及性能均符合需求的层状复合管材，再进行步骤12-19；
当将步骤Z3和Z4按顺序重复1次以上时，仍无法获得满足产品规格及性能需求的层状复合管材103，则将步骤Z1-Z4重复1次以上，直至获得规格及性能均符合需求的层状复合管材103。
作为本发明的进一步改进，所述步骤1坯料管外修磨具体为：采用砂轮磨头对金属坯料管材外表面进行修磨处理，所述砂轮磨头包括大颗粒粗磨砂轮、中颗粒砂布与细颗粒砂轮，所述大颗粒粗磨砂轮用于消除坯料管材表面螺旋节，中颗粒砂布用于打磨因粗磨砂轮遗留下来的毛刺及金属颗粒状物质，细颗粒砂轮用于对坯料管材表面进行抛光处理，所述砂轮磨头的修磨厚度为0.1mm～5mm；修磨后空心毛管102达到圆度误差范围在0～0.05mm，孔径偏差±0.01mm，表面光洁度达到Ra0.2标准；
当坯料管材是用于层状复合管的外部管材时，采用粗磨砂轮、中颗粒砂布与细颗粒砂轮复合修磨方式；当坯料管材是用于层状复合管的内部管材时，其外表面修磨采用粗磨砂轮、中颗粒砂布复合修磨方式，确保管材表面存在大量划痕，以利于层状复合管外部管材与内部管材在后续加工过程中界面的结合；
所处步骤2坯料管内修磨具体为：采用钢丝刷磨头对坯料管材内壁进行修磨处理，修磨厚度为0.1mm～1mm，并产生0.1mm波峰波谷；所述钢丝刷磨头的钢丝直径≤0.1mm。
所述步骤3油污清洗具体为：将金属坯料管材浸泡在碱性清洗液中进行内外壁清洗，以冲刷其表面的磨头砂砾、金属毛刺以及油污；所述金属坯料管材在碱性清洗液中的翻转次数为3～5次，浸泡时间5～10分钟，碱性清洗液的PH值为8～10。
作为本发明的进一步改进，所述步骤4多层金属组套具体为：采用层状复合管组坯液压推头将经步骤1-3处理的多层金属坯料管材的相邻管材间隙配合对向推动形成组坯管材，且相邻管层间的间隙小于0.5mm。
所述步骤5拉拔缩径中拉拔模具的缩颈芯头模具锥角为5°～15°，芯头定径带长度为层状复合管材直径的5～20％；单道次扩径能力可实现层状复合管材直径的0～10％，单道次减壁量为层状复合管材壁厚的-10％～+15％；由于多层金属组套的外部管材的内壁与内部管材的外壁存在间隙，因此为了合理消除间隙，以及消除间隙之间的空气，实现内外壁管材的完美贴合，采用拉拔缩径工序。
所述步骤6管材端面高速摩擦焊接具体为：在拉拔变径后的层状复合管坯的两端设置高速摩擦焊接头进行管端焊接封闭，所述高速摩擦焊接头以100r/min～3000r/min速度旋转，同时给层状复合管坯的管端施加压力，以此增加高速摩擦焊接头与管端的摩擦力，根据管材规格确定复合管坯管端施加压力的大小，施加压力范围为20t～0.01t；对于拉拔变径后的层状复合管坯，为了彻底消除在后续加热过程中外部管材的内壁与内部管材的外壁氧化，阻碍两个表面的金属冶金结合，因此在管材两端增加高速摩擦焊接头，让其产生高温而使管材金属发生熔化，并且在外力的作用下，迅速的让管端缝隙熔合，有效隔绝氧气的入侵，彻底杜绝后续加工过程中的管材表面的氧化现象。
所述步骤7管面多点式摩擦焊接具体为：在管端封闭的层状复合管坯的表面设置多组高速摩擦焊接头进行管面摩擦焊区域层间缝隙融合粘接，高速摩擦焊接头以100r/min～3000r/min的速度旋转，同时给复合管坯外表面施加压力，以此增加高速摩擦焊接头与管材表面的摩擦力，根据管材规格确定复合管坯外表面施加压力的大小，施加压力范围为5t～0.01t。对于管端封闭的拉拔变径后复合管材，为了彻底消除在后续加热过程中外部管材的内壁与内部管材的受热不均出现内应力不均产生鼓包现象，影响后续大变形量四辊式横轧效果，因此在管材表面增加多组高速摩擦焊接头，并施加压力以此增加高速摩擦焊接头与管材表面的摩擦力，让其产生高温而使管材金属发生高温粘接，并且在外力的作用下，迅速的让管材对应摩擦焊区域层间缝隙熔合，实现复合管坯的多点粘接。
作为本发明的进一步改进，所述步骤8整体加热处理具体为：将摩擦焊接后的层状复合管坯依靠炉底辊道输送进入加热炉内，加热炉的火焰炉嘴采用上下两层四组的布置形式加热炉内，按照组成层状复合管坯材料的最低熔点温度确定最优热加工温度，加热过程中实际温度与最优加热温度的误差为±10℃。
所述步骤9四辊式横轧具体为：对加热处理后的层状复合管坯采用四辊式横轧进行大变形量处理，所述四辊式横轧的上下两辊为主传动式轧辊，左右两辊为被动式轧辊，在轧制过程中四辊与加热处理后的层状复合管坯接触，并在复合管坯内壁设置锥度为1:8～1:15的微锥形芯棒，以保证加热复合管坯的横向延展以及壁厚变形，以及轧制过程中管壁承受较大的轧制力，在整个轧制过程中采用动态压下，实现小变形量多道次轧制，单道次变形量为0～D*10％，累积变形量85％，层状复合管坯的外部管材内壁与内部管材的冶金复合率达到95％以上，其中D为复合管坯102的外径；大变形量四辊式横轧处理，主要是实现外部管材内壁与内部管材的外壁彻底冶金复合。为了保证加热复合管坯的横向延展以及壁厚变形，确保轧制过程中管壁承受较大的轧制力，因此需要在复合管坯内壁增加微锥形芯棒微锥形主要是为了热轧成形后脱芯棒顺利，锥度采用1:8～1:15比较合适。整个工作过程中四辊采用动态压下，实现小变形量多道次轧制，可有效实现金属宽展流动同时避免金属淤积。
所述步骤10矫直处理具体为：采用多组倾斜布置于层状复合管坯表面的上矫直辊与下矫直辊进行矫直处理，矫直过程层状复合管坯做螺旋前进，确保整个管材表面各个区域都发生对应矫直变形。对于四辊式横轧变径后复合管材，由于变形量比较大，且存在多种金属变形特性不一致的情况下，势必产生大量的内应力以及分布不均等现象，在冷却过程中会出现弯曲、塌扁现象，同时内部的残余应力较大。因此必须进行矫直处理。
作为本发明的进一步改进，所述步骤11二辊冷轧具体为：将矫直处理后的层状复合管坯放置在由上下两个带有连续锥形截面孔型的轧辊与一组带有锥面的芯棒构成的封闭变形孔型中，使其发生塑性变形，最大变形量为80％，并且让金属晶粒发生碎化，晶粒度达到4～7级，在整个轧制过程中，上下两个轧辊水平平动同时发生反向转动，推动层状复合管坯沿纵向延伸，在两个轧辊轧制的极限位置，芯棒发生旋转并使管材送进，芯棒可发生0°～75°旋转，道次管材送进量为0～5mm送进，通过二辊冷轧处理，获得变径后的层状复合管材。对于矫直处理后的层状复合管坯，为了获得精度较高、性能更优，规格更全的复合管材，开展二辊冷轧轧制。
作为本发明的进一步改进，所述步骤Z1中拉拔模具的缩颈芯头模具锥角5°～15°，芯头定径带长度为层状复合管材直径的5～20％；单道次扩径能力可实现层状复合管材直径的0～10％，单道次减壁量为层状复合管材壁厚的-10％～+15％；二辊冷轧变径后层状复合管材，为了获得极限规格等产品，需要实现减径减壁处理，针对管材晶粒度的需求，采用拉拔缩孔工序。
所述步骤Z2冷扩减壁扩径中扩径模头的芯头模具锥角5°～15°，芯头定径带长度为10mm～300mm；单道次扩径能力可实现层状复合管材直径的0～10％，单道次减壁量为层状复合管材壁厚的0～15％；
冷拔变径后层状复合管材，为了获得极限规格等产品，减壁量不能满足生产需求，针对管材晶粒度的需求，采用冷扩减壁扩径工序。
作为本发明的进一步改进，所述步骤Z3热处理具体为：将变径后的层状复合管材依靠炉底自旋式辊道输送进入加热炉内，两个火焰炉嘴分别布置于加热炉的上层，按照组成层状复合管坯材料的最低熔点温度确定最优热加工温度，加热过程中实际温度与最优加热温度的误差为±10℃；
针对二辊冷轧、冷拔、冷扩变径以及精密轧制后层状复合管材，因其工序变形量较大，产生大量残余应力，同时因塑性变形产生大量碎化晶粒，极易引进金属管材碎裂，因此必须进行热处理，在消除残余应力同时，让金属晶粒产生动态再结晶，消除晶间有害相的产生。
所述步骤Z4精密冷轧具体是运用多辊冷轧机冷轧，所述多辊冷轧机包括多个带有孔型的轧辊和一组带有锥面的轧制芯棒，且同一多辊冷轧机中轧辊所带孔型的外形尺寸一致，将冷拔、冷扩变径及热处理后的层状复合管材放置在多个轧辊中，并且与一组轧制芯棒构成封闭的变形孔型，层状复合管材在变形孔型中发生塑性变形，同时层状复合管材的金属晶粒发生碎化；在整个轧制过程中，轧辊水平平动同时发生反向转动，推动层状复合管材沿纵向延伸，而在多个轧辊的轧制极限位置，轧制芯棒发生旋转，并使层状复合管材送进，轧制芯棒的旋转范围为0°～60°，道次管材送进量为0～3mm；经过多辊精密冷轧，使层状复合管材的最大变形量达到20％，金属管材晶粒度达到5～9级，获得壁厚公差≤5％，外径圆度误差为0～0.05mm，壁厚不均度≤5％，直线度≤0.15mm/m的层状复合管材；所述多辊冷轧机中的轧辊16为三个、四个、五个或六个。
对于热处理后的复合管材，为了获得精度较高、性能更优、极限规格更突出的产品，开展多辊冷轧变径后层状复合管材，通过多辊冷轧处理，获得晶粒度更细、极限规格更全面、表面质量更佳、金属管材强韧性更好的层状复合管材。
作为本发明的进一步改进，所述步骤12去油脂处理具体为：将轧制后的层状复合管材浸泡在碱性清洗液中进行内外壁清洗，以冲刷其表面油污；所述层状复合管材在碱性清洗液中的翻转次数达3～5次，浸泡时间5～10分钟，碱性清洗液的PH值为8～10；
所述步骤13光亮处理具体为：将去油脂处理后的层状复合管材依靠炉底输送带进入光亮清退处理炉内，光亮炉嘴运用上下两层四组的形式布置于光亮清退处理炉内，以保证层状复合管材的受热均匀；所述光亮清退处理炉与氢气发生装置连接，所述氢气发生装置产生氢气，并与氧气发生燃烧反应为光亮清退处理炉提供热能；针对二辊冷轧、冷拔、冷扩变径以及精密轧制后层状复合管材，因其工序变形量较大，轧制过程极易氧化，需要进行光亮处理。
所述步骤14表面修磨处理具体为：采用砂轮磨头对层状复合管材外表面进行修磨处理，所述砂轮磨头为细颗粒砂轮，所述细颗粒砂轮用于对坯料管材表面进行抛光处理，修磨厚度为0.1mm～5mm；
所述步骤15灰尘清扫具体为：采用负压吹扫装置对层状复合管材的内外壁进行处理，吸走表面磨头砂砾、金属毛刺；
所述步骤16多层金属界面结合检测具体为：采用超声波检测装置对清洁的层状复合管材进行超声检测处理，全面获得层状复合管材相邻管层间内壁与外壁面的冶金结合情况；
所述步骤17探伤检测具体为：采用涡流探伤检测装置对清洁的层状复合管材表面行超声检测处理，全面获得层状复合管材在经过变形后的裂纹缺陷情况；
所述步骤18金属组织性能检测具体：采用物理检测、化学检测手段对清洁的层状复合管材进行取样检测，分析每一层管材的力学性能、晶粒度、耐腐蚀性，全面评价金属管材的性能。
本发明的多层金属复合管材制备生产方法适用于2层以上不同金属管材制备复合管材。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的方法可以实现金属复合无缝管材的大批量生产，而且解决了因金属性能差异出现延伸不一致的问题。在实现多层金属间冶金复合的同时降低生产成本，提高生产效率，产品性能与精度较高。
2、本发明生产的复合管材结合能力强，可以极大地提高多层异种金属之间的结合率。
3、本发明的方法可以根据客户需求，灵活选用不同的步骤生产多品种、多规格的复合管材，以满足不同工况条件下对管材规格和性能制备的要求，尤其是通过冷拔减径、冷扩减壁扩径、热处理、精密冷轧步骤的多次循环，获得精度较高、性能更优、极限规格更突出的产品。
附图说明
图1为本发明的流程框图；
图2为本发明的坯料管外修磨原理示意图；
图3为本发明的坯料管内修磨原理示意图；
图4为本发明的多层金属管组套原理示意图；
图5为本发明的拉拔缩径原理示意图；
图6为本发明的管材端面高速摩擦焊接原理示意图；
图7为本发明的管面多点式摩擦焊接原理示意图；
图8为本发明的整体加热处理原理示意图；
图9为本发明的四辊式横轧原理示意图；
图10为本发明的矫直处理原理示意图；
图11为本发明的二辊冷轧原理示意图；
图12为本发明的冷拔减径原理示意图；
图13为本发明的冷扩减壁扩径原理示意图；
图14为本发明的热处理原理示意图；
图15为本发明的精密冷轧的多辊冷轧原理示意；
图16为本发明的精密冷轧的六辊冷轧原理示意；
图17为本发明的光亮处理原理示意图；
图18为本发明的表面修磨处理原理示意图；
图19为本发明的灰尘清扫原理示意图；
图20为本发明的多层金属界面结合检测原理示意图；
图21为本发明的探测检测原理示意图。
其中，101-金属坯料管材，102-复合管坯，103-层状复合管材，1-砂轮磨头，2-钢丝刷磨头，3-层状复合管组坯液压推头，4-拉拔模具，5-高速摩擦焊接头，6-加热炉，61-火焰炉嘴，62-炉底辊道，71-主传动式轧辊，72-被动式轧辊，73-微锥形芯棒，81-上矫直辊，82-下矫直辊，91-带有连续锥形截面孔型的轧辊，92-带有锥面的芯棒，1001-炉底输送带，10-光亮清退处理炉，1002-光亮炉嘴，1003-氢气发生装置，11-负压吹扫装置，12-超声波检测装置，13-涡流探伤检测装置，14-扩径模头，15-热处理炉，151-燃烧炉嘴，152-炉底自旋式辊道，16-带有孔型的轧辊，17-带有锥面的轧制芯棒。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述具体实施方式仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
如图1-11、17-21，本实施例的一种多层金属复合管材制备方法包括以下步骤：
步骤1.坯料管外修磨：采用砂轮磨头1对金属坯料管材101外表面进行修磨处理，以消除其外表面氧化膜及加工过程中形成的螺旋节；所述砂轮磨头包括大颗粒粗磨砂轮、中颗粒砂布与细颗粒砂轮，所述大颗粒粗磨砂轮用于消除坯料管材表面螺旋节，中颗粒砂布用于打磨因粗磨砂轮遗留下来的毛刺及金属颗粒状物质，细颗粒砂轮用于对坯料管材表面进行抛光处理，所述砂轮磨头的修磨厚度为0.1mm～5mm；修磨后空心毛管102的圆度误差为0～0.05mm，孔径偏差±0.01mm，表面光洁度达到Ra0.2标准。
当坯料管材是用于层状复合管的外部管材时，采用粗磨砂轮、中颗粒砂布与细颗粒砂轮复合修磨方式；当坯料管材是用于层状复合管的内部管材时，其外表面修磨只采用粗磨砂轮、中颗粒砂布复合修磨方式，确保管材表面存在大量划痕，以利于层状复合管外部管材与内部管材在后续加工过程中界面的结合。
步骤2.坯料管内修磨：采用钢丝刷磨头2对金属坯料管材101的内表面进行修磨处理，以消除其内表面氧化膜及上道次工序引起的管坯质量问题，并在坯料管材内壁产生微小沟壑；钢丝刷磨头2对金属坯料管材101内表面的修磨厚度为0.1mm～1mm，并产生0.1mm波峰波谷；所述钢丝刷磨头2的钢丝直径≤0.1mm；当金属坯料管材101为多层金属复合管材的最内层时，则不需在坯料管材内壁产生微小沟壑。
步骤3.油污清洗：对修磨后的金属坯料管材101的内外壁进行清洗，以冲刷表面磨头砂砾、金属毛刺及油污；具体为：将金属坯料管材101浸泡在碱性清洗液中进行内外壁清洗，以冲刷其表面的磨头砂砾、金属毛刺以及油污；所述金属坯料管材101在碱性清洗液中的翻转次数为3～5次，浸泡时间5～10分钟，碱性清洗液的PH值为8～10。
步骤4.多层金属管组套：将多个经油污清洗后的不同材料的金属坯料管材101内外间隙配合组装，形成多层金属组坯管材；具体为：采用层状复合管组坯液压推头3将经步骤1-3处理的多层金属坯料管材101的相邻管材间隙配合对向推动形成组坯管材，且相邻管层间的间隙小于0.5mm；
步骤5.拉拔缩径：将多层金属组坯管材通过拉拔模具4使其由大口径向小口径转变，并使多层金属组坯管材中的相邻管层完全接触形成过盈配合，获得拉拔变径后的层状复合管坯102；其中，拉拔模具4的缩颈芯头模具锥角5°～15°，芯头定径带长度为层状复合管材直径的5～20％；单道次扩径能力可实现层状复合管材直径的0～10％，单道次减壁量为层状复合管材壁厚的-10％～+15％；
步骤6.管端高速摩擦焊接：采用高速摩擦焊接头5将拉拔变径后的复合管坯102的管端缝隙融合，焊接封闭，以防止复合管坯102的相邻管层间内、外表面的氧化；具体为：在拉拔变径后的复合管坯102的两端设置高速摩擦焊接头5进行管端焊接封闭，所述高速摩擦焊接头以100r/min～3000r/min速度旋转，同时给复合管坯102的管端施加压力，以此增加高速摩擦焊接头与管端的摩擦力，根据管材规格确定复合管坯管端施加压力的大小，施加压力范围为20t～0.01t；
步骤7.管面多点式摩擦焊接：对管端封闭的复合管坯102表面采用多组高速摩擦焊接头5使对应摩擦焊区域层间缝隙融合，实现复合管坯102的管面多点粘接；具体为：在管端封闭的复合管坯102的表面设置多组高速摩擦焊接头5进行管面摩擦焊区域层间缝隙融合粘接，高速摩擦焊接头以100r/min～3000r/min的速度旋转，同时给复合管坯外表面施加压力，以此增加高速摩擦焊接头与管材表面的摩擦力，根据管材规格确定复合管坯外表面施加压力的大小，施加压力范围为5t～0.01t；
步骤8.整体加热处理：对摩擦焊接后的复合管坯102进行整体加热处理；具体为：将摩擦焊接后的复合管坯102依靠炉底辊道62输送进入加热炉6内，加热炉的火焰炉嘴61采用上下两层四组的布置形式加热炉1内，按照组成层状复合管坯102材料中最低熔点温度确定最优热加工温度，加热过程中实际温度与最优热加工温度的误差为±10℃；
步骤9.四辊式横轧：对加热处理后的复合管坯102采用四辊式横轧进行大变形量处理，使其相邻管层的内壁与外壁进行冶金复合；所述四辊式横轧的上下两辊为主传动式轧辊71，左右两辊为被动式轧辊72，在轧制过程中四辊与加热处理后的复合管坯102接触，并在复合管坯内壁设置锥度为1:8～1:15的微锥形芯棒73，以保证加热复合管坯的横向延展以及壁厚变形，以及轧制过程中管壁承受较大的轧制力，在整个轧制过程中采用动态压下，实现小变形量多道次轧制，单道次变形量为0～D*10％，累积变形量为85％，复合管坯102的外部管材内壁与内部管材的冶金复合率达到95％以上，其中D为复合管坯102的外径；
步骤10.矫直处理：对四辊横轧后的复合管坯102进行矫直处理，以消除冷却过程中出现的弯曲、塌扁问题，同时消除内部残余应力；具体为：采用多组倾斜布置于复合管坯102表面的上矫直辊81与下矫直辊82进行矫直处理，矫直过程复合管坯102做螺旋前进，确保整个管材表面各个区域都发生对应矫直变形；
步骤11.二辊冷轧：对矫直处理后的复合管坯102采用二辊冷轧处理，使其发生塑性变形及金属晶粒碎化，获得变径后的层状复合管材103；具体是将矫直处理后的复合管坯102放置在由上下两个带有连续锥形截面孔型的轧辊91与一组带有锥面的芯棒92构成的封闭变形孔型中，使其发生塑性变形，变形量为80％以上，并且让金属晶粒发生碎化，晶粒度达到4～7级，在整个轧制过程中，上下两个轧辊水平平动同时发生反向转动，推动复合管坯102沿纵向延伸，在两个轧辊轧制的极限位置，芯棒发生旋转使管材送进，芯棒可发生0°～75°旋转，道次管材送进量为0～5mm送进，通过二辊冷轧处理，获得变径后的层状复合管材103，变径后的层状复合管材103满足产品规格及性能需求；
步骤12.去油脂处理：对轧制后的层状复合管材103进行清洗处理，以冲刷其表面油污；具体为：将轧制后的层状复合管材103浸泡在碱性清洗液中进行内外壁清洗，以冲刷其表面的磨头砂砾、金属毛刺以及油污；所述层状复合管材103在碱性清洗液中的翻转次数为3～5次，浸泡时间5～10分钟，碱性清洗液的PH值为8～10；
步骤13.光亮处理：对去油脂处理后的层状复合管材103进行光亮处理，以还原掉金属管材表面的氧化铁皮；具体为：将去油脂处理后的层状复合管材103依靠炉底输送带1001进入光亮清退处理炉10内，光亮炉嘴1002运用上下两层四组的形式布置于光亮清退处理炉10内，以保证层状复合管材的受热均匀；所述光亮清退处理炉10与氢气发生装置1003连接，所述氢气发生装置1003产生氢气，并与氧气发生燃烧反应为光亮清退处理炉10提供热能。
步骤14.表面修磨处理：对光亮处理后的层状复合管材103进行表面修磨处理，以消除其表面氧化膜与前序步骤中引起的管材表面质量问题，并进行抛光处理；具体为：采用砂轮磨头1对层状复合管材103外表面进行修磨处理，所述砂轮磨头1为细颗粒砂轮，所述细颗粒砂轮用于对坯料管材表面进行抛光处理，修磨厚度为0.1mm～5mm；
步骤15.灰尘清扫：采用负压吹扫装置11对表面修磨后的层状复合管材103的内外壁进行清扫，以清理掉表面磨头砂砾、金属毛刺；
步骤16.多层金属界面结合检测：采用超声波检测装置12对清洁的层状复合管材103进行超声波检测处理，全面获得层状复合管材相邻管层间内壁与外壁面的冶金结合情况，剔除管体上呈现不合格冶金区域的层状复合管材103；
步骤17.探伤检测：采用涡流探伤检测装置13对清洁的层状复合管材103表面进行超声检测，获得层状复合管材103在经过变形后的裂纹缺陷情况，剔除不合格的层状复合管材103；
步骤18.金属组织性能检测：采用物理检测、化学检测手段对清洁的层状复合管材103进行取样检测，分析每一层管材的力学性能、晶粒度、耐腐蚀性，评价金属管材的性能；对金属组织性能检测不合格的层状复合管材103，再重复步骤11-18，直至获得合格的层状复合管材103；
步骤19.定尺、包装处理：对检测合格的层状复合管材103进行定尺和打包处理，以方便运输，隔绝有害物质对金属层状复合管材的腐蚀。
本实施例的制备方法适用于直径Φ8mm～Φ800mm、壁厚为3mm～60mm、精度为4～7级的多层金属复合管材。
实施例2
如图1-11、14-21，为了获得精度较高、性能更优、极限规格更突出的多层金属复合管材产品，在实施例1制备方法中完成步骤11获得的变径后的层状复合管材不能满足规格及性能需求时，实施步骤12之前，增加步骤Z3和Z4，构成本实施例的多层金属复合管材制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1-11的内容与实施例1相同。
步骤Z3.热处理：对变径后的层状复合管材103进行热处理以消除残余应力，并使金属晶粒产生动态再结晶；具体是将变径后的层状复合管材103依靠炉底自旋式辊道152输送进入热处理炉15内，两个火焰炉嘴151分别布置于加热炉15的上层，按照组成层状复合管坯102材料中最低熔点温度确定最优热加工温度，加热过程中实际温度与最优热加工温度的误差为±10℃；
步骤Z4.精密冷轧：对热处理后的层状复合管材103采用多辊冷轧技术进行小变形量冷轧处理，使其进一步发生塑性变形及金属晶粒碎化，实现复合管材的减径减壁处理，获得晶粒度更细、金属管材强韧性更好的精密轧制后的层状复合管材103；
精密冷轧具体是运用六辊冷轧机冷轧，六辊冷轧机包括带有孔型的轧辊16和一组带有锥面的轧制芯棒17；且该孔型的外形尺寸相同，将冷拔、冷扩变径及热处理后的层状复合管材103放置在六个轧辊16中，并且与一组轧制芯棒17构成封闭的变形孔型，层状复合管材103在变形孔型中发生塑性变形，同时层状复合管材103的金属晶粒发生碎化；在整个轧制过程中，轧辊16水平平动同时发生反向转动，推动层状复合管材103沿纵向延伸，而在六个轧辊16的轧制极限位置，轧制芯棒17发生旋转，并使层状复合管材103送进，轧制芯棒的旋转范围为0°～60°，道次管材送进量为0～3mm；经过六辊精密冷轧，使层状复合管材103的最大变形量达到20％，金属管材晶粒度达到5～9级，获得壁厚公差≤5％，外径圆度误差为0～0.05mm，壁厚不均度≤5％，直线度≤0.15mm/m的层状复合管材103；本实施例的精密冷轧也可以选用三辊冷轧机、四辊冷轧机或五辊冷轧机。
当完成步骤Z4后获得的层状复合管材103不满足产品规格及性能需求时，将步骤Z3和Z4按顺序重复1次以上，直至获得产品规格及性能均符合需求的层状复合管材103，再进行步骤12-19。
步骤12-19的内容与实施例1相同。
本实施例的制备方法适用于直径Φ8mm～Φ600mm、壁厚为1mm～30mm、晶粒度达到5～9级，获得壁厚公差≤5％，外径圆度误差为0～0.05mm，壁厚不均度≤5％，直线度≤0.15mm/m的多层金属复合管材。
实施例3
如图1-12、14-21所示，为了获得精度更高、性能更优、极限规格更突出的多层金属复合管材产品，在实施例2的制备方法中完成步骤11获得的变径后的层状复合管材不能满足规格及性能需求且需进行侧重减径，少许减壁的塑性变形时，实施步骤Z3之前，增加步骤Z1，构成本实施例的多层金属复合管材制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1-11的内容与实施例1相同。
步骤Z1.冷拔减径：对变径后的层状复合管材103采用拉拔模具4使其发生以减径为主、减壁为辅的塑性变形，获得冷拔变径后的层状复合管材103；其中，拉拔模具4缩颈芯头模具锥角5°～15°，芯头定径带长度为层状复合管材直径的5～20％；单道次扩径能力可实现层状复合管材直径的0～10％，单道次减壁量为层状复合管材壁厚的-10％～+15％；
当获得的冷拔变径后的金属无缝管材不满足减径减壁处理的需求时，则将步骤Z1重复1次以上，直至获得符合减径减壁需求的层状复合管材103，然后进行步骤Z3和Z4；
步骤Z3-Z4、步骤12-19的内容与实施例1相同。
本实施例的制备方法适用于直径Φ3mm～Φ600mm、壁厚为1mm～30mm、晶粒度达到5～9级，获得壁厚公差≤5％，外径圆度误差为0～0.05mm，壁厚不均度≤5％，直线度≤0.15mm/m的多层金属复合管材。
实施例4
如图1-11、13-21所示，为了获得精度更高、性能更优、极限规格更突出的多层金属复合管材产品，在实施例2的制备方法中完成步骤11获得的变径后的层状复合管材不能满足规格及性能需求且需进行侧重减壁，少许扩径的塑性变形时，实施步骤Z3以前，增加步骤Z2，构成本实施例的多层金属复合管材制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1-11的内容与实施例2相同。
步骤Z2.冷扩减壁扩径：对拉拔变径后的层状复合管材103采用扩径模头14使其发生以减壁为主、扩径为辅的塑性变形，获得冷扩变径后的层状复合管材103；其中，扩径模头14的芯头模具锥角5°～15°，芯头定径带长度为10mm～300mm；单道次扩径能力可实现层状复合管材直径的0～10％，单道次减壁量为层状复合管材壁厚的0～15％；
当获得的冷扩变径后的金属无缝管材不满足减径减壁处理的需求时，则将步骤Z2重复1次以上，直至获得符合减径减壁需求的层状复合管材103，然后进行步骤Z3和Z4；
步骤Z3-Z4、步骤12-19与实施例2相同。
本实施例的制备方法适用于直径Φ8mm～Φ600mm、壁厚为0.5mm～10mm、晶粒度达到5～9级，获得壁厚公差≤5％，外径圆度误差为0～0.05mm，壁厚不均度≤5％，直线度≤0.15mm/m的多层金属复合管材。
实施例5
如图1-21所示，为了获得精度极高、性能极优、极限规格更突出的多层金属复合管材产品，在实施例2的制备方法中完成步骤1获得的变径后的层状复合管材不能满足规格及性能需求且需进行减壁减径的塑性变形时，实施步骤Z3之前，增加步骤Z1和Z2，构成本实施例的多层金属复合管材制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1-11的内容与实施例2相同。
步骤Z1.冷拔减径：对变径后的层状复合管材103采用拉拔模具4使其发生以减径为主、减壁为辅的塑性变形，获得冷拔变径后的层状复合管材103；其中，拉拔模具4缩颈芯头模具锥角5°～15°，芯头定径带长度为层状复合管材直径的5～20％；单道次扩径能力可实现层状复合管材直径的0～10％，单道次减壁量为层状复合管材壁厚的-10％～+15％；
步骤Z2.冷扩减壁扩径：对拉拔变径后的层状复合管材103采用扩径模头14使其发生以减壁为主、扩径为辅的塑性变形，获得冷扩变径后的层状复合管材103；其中，扩径模头14的芯头模具锥角5°～15°，芯头定径带长度为10mm～300mm；单道次扩径能力可实现层状复合管材直径的0～10％，单道次减壁量为层状复合管材壁厚的0～15％；
当获得的冷拔变径或冷扩变径后的金属无缝管材不满足减径减壁处理的需求时，则将步骤Z1、Z2按顺序重复1次以上，直至获得符合减径减壁需求的层状复合管材103，然后进行步骤Z3和Z4；
步骤Z3-Z4、步骤12-19与实施例2相同。
本实施例的制备方法适用于直径Φ3mm～Φ600mm、壁厚为0.5mm～10mm、晶粒度达到5～9级，获得壁厚公差≤5％，外径圆度误差为0～0.05mm，壁厚不均度≤5％，直线度≤0.15mm/m的多层金属复合管材。
上述实施例1-5中，不同金属的最优热加工温度可参照表1选择；四辊式横轧、冷拔减径、冷扩减壁扩径、二辊冷轧、精密冷轧根据层状复合管材质选择生产参数，并使其轧制及冷拔、冷扩的变形量控制在表3的范围，各步骤的参数根据组成多层金属复合管材的材质可以按照表2进行选择。
表1：金属最优热加工温度
Figure BDA0002761048610000151
表2：不同材料复合成多层金属复合管材的参数选择
Figure BDA0002761048610000152
表3：
Figure BDA0002761048610000153
表1-3中仅列举了几种较常用的金属材料制备的参数范围，本发明的多层金属复合管材制备方法并不仅限于选用表中所列材料，各步骤中的具体参数根据材料的特性来确定。

Claims (8)

1.一种多层金属复合管材制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1.坯料管外修磨：对金属坯料管材(101)的外表面进行修磨处理，以消除其外表面氧化膜及上道工序加工过程中遗留的螺旋节；
步骤2.坯料管内修磨：对金属坯料管材(101)的内表面进行修磨处理，以消除其内表面氧化膜及上道次工序引起的管坯质量问题，并在坯料管材内壁产生微小沟壑；当金属坯料管材(101)为多层金属复合管材的最内层时，则不需在坯料管材内壁产生微小沟壑；
步骤3.油污清洗：对修磨后的金属坯料管材(101)的内外壁进行清洗，以冲刷表面磨头砂砾、金属毛刺及油污；
步骤4.多层金属管组套：将多个经油污清洗后的金属坯料管材(101)内外间隙配合组装，形成多层金属组坯管材；
步骤5.拉拔缩径：将多层金属组坯管材通过拉拔模具(4)使其由大口径向小口径转变，并使多层金属组坯管材中的相邻管层完全接触形成过盈配合，获得拉拔变径后的层状复合管坯(102)，其中，拉拔模具(4)的缩颈芯头模具锥角为5°～15°，芯头定径带长度为层状复合管材直径的5～20％；单道次扩径能力可实现层状复合管材直径的0～10％，单道次减壁量为层状复合管材壁厚的-10％～+15％；
步骤6.管端高速摩擦焊接：采用高速摩擦焊接头(5)将拉拔变径后的层状复合管坯(102)的管端缝隙融合，焊接封闭，以防止层状复合管坯(102)的相邻管层间内、外表面的氧化；具体为：在拉拔变径后的层状复合管坯(102)的两端设置高速摩擦焊接头(5)进行管端焊接封闭，所述高速摩擦焊接头以100r/min～3000r/min速度旋转，同时给层状复合管坯(102)的管端施加压力，以此增加高速摩擦焊接头与管端的摩擦力，根据管材规格确定复合管坯管端施加压力的大小，施加压力范围为20t～0.01t；
步骤7.管面多点式摩擦焊接：对管端封闭的层状复合管坯(102)表面采用多组高速摩擦焊接头(5)使对应摩擦焊区域层间缝隙融合，实现层状复合管坯(102)的管面多点粘接；
步骤8.整体加热处理：对摩擦焊接后的层状复合管坯(102)进行整体加热处理；
步骤9.四辊式横轧：对加热处理后的层状复合管坯(102)采用四辊式横轧进行大变形量处理，使其相邻管层的内壁与外壁进行冶金复合，在整个轧制过程中采用动态压下，实现小变形量多道次轧制，单道次变形量为0～D*10％，累积变形量85％；
步骤10.矫直处理：对四辊横轧后的层状复合管坯(102)进行矫直处理，以消除冷却过程中出现的弯曲、塌扁问题，同时消除内部残余应力；
步骤11.二辊冷轧：对矫直处理后的层状复合管坯(102)采用二辊冷轧处理，使其发生塑性变形及金属晶粒碎化，获得变径后的层状复合管材(103)，具体是将矫直处理后的层状复合管坯(102)放置在由上下两个带有连续锥形截面孔型的轧辊(91)与一组带有锥面的芯棒(92)构成的封闭变形孔型中，使其发生塑性变形，最大变形量80％，并且让金属晶粒发生碎化，晶粒度达到4～7级；
步骤12.去油脂处理：对轧制后的层状复合管材(103)进行清洗处理，以冲刷其表面油污；
步骤13.光亮处理：对去油脂处理后的层状复合管材(103)进行光亮处理，以还原掉金属管材表面的氧化铁皮；
步骤14.表面修磨处理：对光亮处理后的层状复合管材(103)进行表面修磨处理，以消除其表面氧化膜与前序步骤中引起的管材表面质量问题，并进行抛光处理；
步骤15.灰尘清扫：对表面修磨后的层状复合管材(103)的内外壁进行清扫，以清理掉表面磨头砂砾、金属毛刺；
步骤16.多层金属界面结合检测：对清洁的层状复合管材(103)进行超声波检测处理，获得层状复合管材相邻管层间内壁与外壁面的冶金结合情况，剔除管体上呈现不合格冶金区域的层状复合管材(103)；
步骤17.探伤检测：对清洁的层状复合管材(103)表面进行超声检测，获得层状复合管材103在经过变形后的裂纹缺陷情况，剔除不合格的层状复合管材(103)；
步骤18.金属组织性能检测：对探测检测合格的层状复合管材(103)进行取样检测，分析每一层管材的力学性能、晶粒度、耐腐蚀性，评价金属管材的性能，对金属组织性能检测不合格的层状复合管材(103)，再重复步骤11-18，直至获得合格的层状复合管材(103)；
步骤19.定尺、包装处理：对检测合格的层状复合管材(103)进行定尺和打包处理，以方便运输，隔绝有害物质对金属层状复合管材的腐蚀；
当经所述步骤1-11获得变径后的层状复合管材(103)不满足规格及性能需求时，在完成步骤11之后，增加步骤Z3、Z4，然后再进行步骤12-19；
步骤Z3.热处理：对变径后的层状复合管材(103)进行热处理以消除残余应力，并使金属晶粒产生动态再结晶；
步骤Z4.精密冷轧：对热处理后的层状复合管材(103)采用多辊冷轧技术进行小变形量冷轧处理，使其进一步发生塑性变形及金属晶粒碎化，实现复合管材的减径减壁处理，获得晶粒度更细、金属管材强韧性更好的精密轧制后的层状复合管材(103)；且当完成步骤Z4后获得的层状复合管材(103)不满足产品规格及性能需求时，将步骤Z3和Z4按顺序重复1次以上，直至获得产品规格及性能均符合需求的层状复合管材(103)，再进行步骤12-19；
所述精密冷轧是运用多辊冷轧机冷轧，所述多辊冷轧机包括多个带有孔型的轧辊(16)和一组带有锥面的轧制芯棒(17)；将冷拔、冷扩变径及热处理后的层状复合管材(103)放置在多个带有孔型的轧辊(16)中，并且与一组带有锥面的轧制芯棒(17)构成封闭的变形孔型，层状复合管材(103)在变形孔型中发生塑性变形，同时层状复合管材(103)的金属晶粒发生碎化；在整个轧制过程中，带有孔型的轧辊(16)水平平动同时发生反向转动，推动层状复合管材(103)沿纵向延伸，而在多个带有孔型的轧辊(16)的轧制极限位置，带有锥面的轧制芯棒(17)发生旋转，并使层状复合管材(103)送进，带有锥面的轧制芯棒(17)的旋转范围为0°～60°，道次管材送进量为0～3mm；经过多辊精密冷轧，使层状复合管材(103)的最大变形量达到20％，金属管材晶粒度达到5～9级，获得壁厚公差≤5％，外径圆度误差为0～0.05mm，壁厚不均度≤5％，直线度≤0.15mm/m的层状复合管材(103)；所述多辊冷轧机中的带有孔型的轧辊(16)为三个、四个、五个或六个；
或者，在完成步骤11之后，首先增加步骤Z1、Z2中的任意一个或两个步骤同时进行，实现减径减壁处理；再增加步骤Z3-Z4，然后进行步骤12-19；
步骤Z1.冷拔减径：对变径后的层状复合管材(103)采用拉拔模具(4)使其发生以减径为主、减壁为辅的塑性变形，获得冷拔变径后的层状复合管材(103)；
步骤Z2.冷扩减壁扩径：对拉拔变径后的层状复合管材(103)采用扩径模头(14)使其发生以减壁为主、扩径为辅的塑性变形，获得冷扩变径后的层状复合管材(103)；
当选择增加步骤Z1、Z2中的任意一个或两个步骤时，若获得的冷拔变径或冷扩变径后的金属无缝管材不满足减径减壁处理的需求时，则将步骤Z1、Z2中的任意一个或两个步骤重复1次以上，直至获得符合减径减壁需求的层状复合管材(103)，然后进行所述步骤Z3和Z4；
当完成步骤Z4后获得的层状复合管材(103)不满足产品规格及性能需求时，将步骤Z3和Z4按顺序重复1次以上，直至获得规格及性能均符合需求的层状复合管材(103)，再进行步骤12-19；
当将步骤Z3和Z4按顺序重复1次以上时，仍无法获得满足产品规格及性能需求的层状复合管材(103)，则将步骤Z1-Z4按顺序重复1次以上，直至获得规格及性能均符合需求的层状复合管材(103)。
2.根据权利要求1所述的一种多层金属复合管材制备方法，其特征在于：所述步骤1坯料管外修磨具体为：采用砂轮磨头(1)对金属坯料管材(101)外表面进行修磨处理，所述砂轮磨头包括大颗粒粗磨砂轮、中颗粒砂布与细颗粒砂轮，所述大颗粒粗磨砂轮用于消除坯料管材表面螺旋节，中颗粒砂布用于打磨因粗磨砂轮遗留下来的毛刺及金属颗粒状物质，细颗粒砂轮用于对坯料管材表面进行抛光处理，所述砂轮磨头的修磨厚度为0.1mm～5mm；修磨后空心毛管圆度误差范围在0～0.05mm，孔径偏差±0.01mm，表面光洁度达到Ra0.2标准；
当坯料管材是用于层状复合管的外部管材时，采用粗磨砂轮、中颗粒砂布与细颗粒砂轮复合修磨方式；当坯料管材是用于层状复合管的内部管材时，其外表面修磨采用粗磨砂轮、中颗粒砂布复合修磨方式，确保管材表面存在大量划痕，以利于层状复合管外部管材与内部管材在后续加工过程中界面的结合；
所处步骤2坯料管内修磨具体为：采用钢丝刷磨头(2)对坯料管材内壁进行修磨处理，修磨厚度为0.1mm～1mm，并产生0.1mm波峰波谷；所述钢丝刷磨头(2)的钢丝直径≤0.1mm；
所述步骤3油污清洗具体为：将金属坯料管材(101)浸泡在碱性清洗液中进行内外壁清洗，以冲刷其表面的磨头砂砾、金属毛刺以及油污；所述金属坯料管材(101)在碱性清洗液中的翻转次数为3～5次，浸泡时间5～10分钟，碱性清洗液的PH值为8～10。
3.根据权利要求1所述的一种多层金属复合管材制备方法，其特征在于：所述步骤4多层金属组套具体为：采用层状复合管组坯液压推头(3)将经步骤1-3处理的多层金属坯料管材(101)的相邻管材间隙配合对向推动形成组坯管材，且相邻管层间的间隙小于0.5mm；
所述步骤7管面多点式摩擦焊接具体为：在管端封闭的层状复合管坯(102)的表面设置多组高速摩擦焊接头(5)进行管面摩擦焊区域层间缝隙融合粘接，高速摩擦焊接头以100r/min～3000r/min的速度旋转，同时给复合管坯外表面施加压力，以此增加高速摩擦焊接头与管材表面的摩擦力，根据管材规格确定复合管坯外表面施加压力的大小，施加压力范围为5t～0.01t。
4.根据权利要求1所述的一种多层金属复合管材制备方法，其特征在于：所述步骤8整体加热处理具体为：将摩擦焊接后的层状复合管坯(102)依靠炉底辊道(62)输送进入加热炉(6)内，加热炉的火焰炉嘴(61)采用上下两层四组的布置形式加热炉(6)内，按照组成层状复合管坯(102)材料的最低熔点温度确定最优热加工温度，加热过程中实际温度与最优热加工温度的误差为±10℃；
所述步骤9四辊式横轧具体为：对加热处理后的层状复合管坯(102)采用四辊式横轧进行大变形量处理，所述四辊式横轧的上下两辊为主传动式轧辊(71)，左右两辊为被动式轧辊(72)，在轧制过程中四辊与加热处理后的层状复合管坯(102)接触，并在复合管坯内壁设置锥度为1:8～1:15的微锥形芯棒(73)，以保证加热复合管坯的横向延展以及壁厚变形，以及轧制过程中管壁承受较大的轧制力，层状复合管坯(102)的外部管材内壁与内部管材的冶金复合率达到95％以上，其中D为复合管坯(102)的外径；
所述步骤10矫直处理具体为：采用多组倾斜布置于层状复合管坯(102)表面的上矫直辊(81)与下矫直辊(82)进行矫直处理，矫直过程层状复合管坯(102)做螺旋前进，确保整个管材表面各个区域都发生对应矫直变形。
5.根据权利要求1所述的一种多层金属复合管材制备方法，其特征在于：在整个轧制过程中，上下两个轧辊水平平动同时发生反向转动，推动层状复合管坯(102)沿纵向延伸，在两个轧辊轧制的极限位置，芯棒发生旋转并使管材送进，芯棒可发生0°～75°旋转，道次管材送进量为0～5mm送进，通过二辊冷轧处理，获得变径后的层状复合管材(103)。
6.根据权利要求3所述的一种多层金属复合管材制备方法，其特征在于：所述步骤Z1冷拔减径中拉拔模具(4)的缩颈芯头模具锥角5°～15°，芯头定径带长度为层状复合管材直径的5～20％；单道次扩径能力可实现层状复合管材直径的0～10％，单道次减壁量为层状复合管材壁厚的-10％～+15％；
所述步骤Z2冷扩减壁扩径中扩径模头(14)的芯头模具锥角5°～15°，芯头定径带长度为10mm～300mm；单道次扩径能力可实现层状复合管材直径的0～10％，单道次减壁量为层状复合管材壁厚的0～15％。
7.根据权利要求2或3所述的一种多层金属复合管材制备方法，其特征在于：所述步骤Z3热处理具体为：将变径后的层状复合管材(103)依靠炉底自旋式辊道(152)输送进入热处理炉(15)内，两个燃烧炉嘴(151)分别布置于热处理炉(15)的上层，按照组成层状复合管坯(102)材料的最低熔点温度确定最优热加工温度，加热过程中实际温度与最优热加工温度的误差为±10℃。
8.根据权利要求1所述的一种多层金属复合管材制备方法，其特征在于：所述步骤12去油脂处理具体为：将轧制后的层状复合管材(103)浸泡在碱性清洗液中进行内外壁清洗，以冲刷其表面油污；所述层状复合管材(103)在碱性清洗液中的翻转次数达3～5次，浸泡时间5～10分钟，碱性清洗液的PH值为8～10；
所述步骤13光亮处理具体为：将去油脂处理后的层状复合管材(103)依靠炉底输送带(1001)进入光亮清退处理炉(10)内，光亮炉嘴(1002)运用上下两层四组的形式布置于光亮清退处理炉(10)内，以保证层状复合管材的受热均匀；所述光亮清退处理炉(10)与氢气发生装置(1003)连接，所述氢气发生装置(1003)产生氢气，并与氧气发生燃烧反应为光亮清退处理炉(10)提供热能；
所述步骤14表面修磨处理，具体为：采用砂轮磨头(1)对层状复合管材103外表面进行修磨处理，所述砂轮磨头(1)为细颗粒砂轮，所述细颗粒砂轮用于对坯料管材表面进行抛光处理，修磨厚度为0.1mm～5mm；
所述步骤15灰尘清扫具体为：采用负压吹扫装置(11)对层状复合管材(103)的内外壁进行处理，吸走表面磨头砂砾、金属毛刺；
所述步骤16多层金属界面结合检测具体为：采用超声波检测装置(12)对清洁的层状复合管材(103)进行超声检测处理，全面获得层状复合管材相邻管层间内壁与外壁面的冶金结合情况；
所述步骤17探伤检测具体为：采用涡流探伤检测装置(13)对清洁的层状复合管材(103)表面行超声检测处理，全面获得层状复合管材(103)在经过变形后的裂纹缺陷情况；
所述步骤18金属组织性能检测具体：采用物理检测、化学检测手段对清洁的层状复合管材(103)进行取样检测，分析每一层管材的力学性能、晶粒度、耐腐蚀性，全面评价金属管材的性能。
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