CN113560818A - 一种冶金复合管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冶金复合管的制造方法，属于复合管生产技术领域，包括外管处理，将外管表面污垢去除后进行氧化和去氧化处理，再进行晶粒细化，内管处理，将内管表面污垢清理后钝化，再去氧化，后进行晶粒细化，穿管冷拔，将外管和内管穿设在一起后进行冷拔处理，压熔锚合，在高温高压下，外管上的海绵状纯铁体与内管上的杨梅状合金组织液相混合，促使两种金属材料界面的晶间结合，并形成新的金属相组织，从而完成生产，该组织具有良好的延展性，使两种金属的结合强度达到标准的要求，本发明可以任意变形加工，如现场切割、开孔、焊接、弯曲和加工管件等，制造得到的组织具有良好的延展性，使两种金属的结合强度达到标准的要求。
Description
技术领域
本发明涉及复合管生产技术领域，特别涉及一种冶金复合管的制造方法。
背景技术
现有的集输管线一般使用机械复合管，在实际使用过程中主要有以下缺点：结合强度不够、端部破口密封不好、热塌陷问题、泄压塌陷问题，由此导致集输管线存在一定的安全隐患，冶金复合管作为近年来发展较为迅速的一种新型复合管，用来作为集输管线是一种较佳选择。
冶金复合管顾名思义是一种通过冶金的工艺制成的复合管，基本的定义是把初级工业材料和高技术的冶金处理过程结合起来，采用离心浇铸管坯经挤压、冷轧(或冷拔)生产方式，从而获得更加高品质的复合管，依靠此方法制造而成的复合管材既能够是一般普碳钢与不锈钢、一般不锈钢与高品质不锈钢，也能过是普通钢种与镍、钼以及等合金的复合，也可根据实际的生产需求实现多种金属的多层复合，主要使用到的工艺是压熔锚合，压熔锚合是异种金属的接触面，在线形成新的冶金结合棉的过程，适合不同金属材料之间，热膨胀系数差异教的的冶金复合。
整体上的冶金复合管的制造方法已经能够顺利生产得到复合管，但是制得的复合管性质并不够稳定，延展性不佳，两种金属的结合强度不足，为此，我们提出一种冶金复合管的制造方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冶金复合管的制造方法，以解决上述背景技术中提出的复合管性质不稳定和强度不足的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种冶金复合管的制造方法，包括以下步骤：
a、外管处理，将所述外管内壁上的油污和粉尘清除，保证所述外管的表面整洁，实现去氧化层，然后将所述外管置于特定温度、湿度、压力的密闭空间中，使其形成新的氧化层，形成足够的氧化层后将所述外管置于特定环境下进行微氧化还原，实现脱氧处理，保证氧化层分布较为均匀，方便后期步骤的处理，经过脱氧处理之后的所述外管再进行晶粒细化，具体操作为，先通过将稀土和强脱氧剂混合形成细化混合物，混合过程保持低速搅拌，搅拌时间适当增加，保证原料混合充分，制得细化混合物后再将所述外管置于所述细化混合物中，保持特定的温度和压力，实现所述外管的晶粒细化，经过上述处理过程后，经与氧化层发生还原反应，所述外管的表面形成海绵状纯铁体，完成所述外管的处理，为后续的压熔锚合做准备；
b、内管处理，选用合金管作为所述内管，将所述内管外表面上的油污、脏污清除，确保所述内管的外表面清洁，再通过钝化机对所述内管进行钝化处理，从而在所述内管的外表面形成一层钝化膜，然后再对所述内管进行去氧化处理，将所述内管上的氧化铬还原成铬，之后对所述内管进行和所述外管相同的晶粒细化，将稀土和强脱氧剂混合形成所述细化混合物，混合过程保持低速搅拌，搅拌时间适当增加，保证原料混合充分，制得细化混合物后再将所述外管置于所述细化混合物中，保持特定的温度和压力，实现所述内管的晶粒细化，经过与氧化层和Fe的反应，所述内管的表面去除Fe，保留了合金，形成新的合金组织，呈现杨梅状；
c、穿管冷拔，把所述内管穿入加热后的所述外管内，通过冷拔工艺形成机械复合状态，制得初成形的复合管，为较为成熟的现有工艺，能够较为顺利的完成初成形复合管的拉拔；
d、压熔锚合，在高温高压下，所述外管上的海绵状纯铁体与所述内管上的杨梅状合金组织液相混合，促使两种金属材料界面的晶间结合，并形成新的金属相组织，从而完成生产，通过本方法制得的组织具有良好的延展性，使两种金属的结合强度达到标准的要求。
优选的，在步骤a中，形成新的所述氧化层厚度为0.05-0.1mm，从而有效的保证所述外管在后续微氧化还原步骤中表面的氧化层不会被全部氧化，从而保证后续步骤的稳定进行。
优选的，在步骤a中，所述密闭空间的温度为100摄氏度，湿度为百分之四十，压力为101.325kPa，适度的高温和湿度条件下，能够最大化的提高所述外管表层氧化的速度，进而增加本方法的整体生产效率。
优选的，在步骤a中，所述微氧化还原的特定环境温度为650摄氏度，湿度小于百分之二十，压力为101.325kPa，在高温条件和低湿度条件下，能够对所述外管表面的氧化物进行有效快速的还原，也能够一定程度的增加生产效率。
优选的，在步骤a中，所述晶粒细化的特定环境温度为650摄氏度，压力为101.325kPa，较高的温度和适宜的气压条件，使得所述外管的晶粒细化的步骤能够更稳定的进行，保证细化效果。
优选的，在步骤b中，所述晶粒细化的特定环境温度为880摄氏度，压力为101.325kPa，处理时间为25分钟，较高的温度和适宜的气压条件，使得所述内管的晶粒细化的步骤能够更稳定的进行，保证细化效果。
优选的，在步骤c中，更具体的操作流程为，先将所述内管穿设至加热至600摄氏度的所述外管内，所述内管的外径等于所述外管的内径，保证两者的穿设能够紧密贴合，然后对所述内管和所述外管复合后的管口进行缩口，使之变形，再将管坯进行缩径拉拔，管坯在夹头的作用下，通过成形模具，一端被拉模拉出，所述内管和所述外管同时发生缩径变形，进而实现所述外管和所述内管上两种金属的过盈配合，形成特有的精密机械复合，最后将管头切除，使得复合后的钢管的端口保持平整便可进行下一步骤。
优选的，在步骤d中，更具体的操作流程为，先将经过机械复合的钢管内部加入足量的固、液态膨胀介质，然后将所述钢管的两端进行密封式焊接，封住两个端口，形成封头，再将密封后的所述钢管穿设在电磁感应线圈中，开启所述电磁感应线圈对钢管进行加热，所述钢管在内部压力和热激活的促进作用，高温高压下，所述外管上的海绵状纯铁体与所述内管上的杨梅状合金组织液相混合，从而促使所述外管和所述内管上的两种金属材料界面的晶间结合，并形成新的金属相组织，该组织具有良好的延展性，使两种金属的结合强度达到标准的要求，最后将复合完成后的复合管两端的密封切除，再根据需求切割成为需要的尺寸，从而完成复合管的生产制造。
优选的，所述固、液态膨胀介质具体为碳酸氢钠、碳酸氢钙、碳酸钙、碳酸钠中的两种或两种以上的混合物，使得固、液态膨胀介质在高温高压条件下能够适度膨胀，从而保证所述外管和所述内管能够紧密结合。
优选的，所述电磁感应线圈的加热温度需要避开内管的敏化温度，从而不影响内管的耐腐蚀性能。
本发明的技术效果和优点：
本发明将外管上的海绵状纯铁体与内管上的杨梅状合金组织液相混合，促使两种金属材料界面的晶间结合，并形成新的金属相组织，该组织的特点，具有良好的延展性，使两种金属的结合强度达到标准的要求。
附图说明
图1为本发明中穿管冷拔的适宜图。
图2为本发明中压熔锚合的适宜图。
图3为本发明的制造流程图。
图4为本发明压熔锚合的复合界面金相图。
图中：1、外管；2、内管；3、成形模具；4、拉模；5、封头；6、电磁感应线圈；7、固、液态膨胀介质。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4所示，一种冶金复合管的制造方法，包括以下步骤：
a、外管1处理，通过高压喷枪对外管1的外边侧进行冲洗清理，通过旋转喷头和打磨棒对外管1的内壁进行清理，从而将外管1表面上的油污和粉尘清除，保证外管1的表面整洁，实现去氧化层，避免外管1表面上原有的氧化层不均匀而影响后续的生产过程，然后将外管1置于特定温度、湿度、压力的密闭空间中，使其形成更为均匀的新的氧化层，形成新的氧化层的具体厚度为0.05-0.1mm，实际操作时通过控制时间能够大致确定氧化层的厚度，从而有效的保证外管1在后续微氧化还原步骤中表面的氧化层不会被全部氧化，从而保证后续步骤的稳定进行。
密闭空间的特定温度具体为100摄氏度，特定湿度具体为百分之四十，具体的压力为101.325kPa，通过在密闭空间内设置适度的高温和湿度，同时保持一定的含氧条件，使得外管1的外部能够充分的被氧化，能够最大化的提高外管1表层氧化的速度，进而增加本方法的整体生产效率。
形成足够的氧化层后将外管1置于特定环境下进行微氧化还原，实现脱氧处理，保证氧化层分布较为均匀，方便后期步骤的处理，微氧化还原的特定环境温度为650摄氏度，湿度小于百分之二十，压力为101.325kPa，在高温条件和低湿度条件下，能够对外管1表面的氧化物进行有效快速的还原，也能够一定程度的增加生产效率。
经过脱氧处理之后的外管1再进行晶粒细化，先配制细化混合物，再将细化混合物与外管1接触处理，具体操作为，先通过将稀土和强脱氧剂混合形成细化混合物，混合过程保持低速搅拌，搅拌时间适当增加，具体为25-30分钟，保证原料的混合充分，避免原料不均影响晶粒细化的效果，制得细化混合物后，再将外管1置于充足的细化混合物中，使得细化混合物完全的包裹外管1，同时保持特定的温度和压力，实现外管1的晶粒细化，晶粒细化中的特定环境温度具体为650摄氏度，压力为101.325kPa，较高的温度和适宜的气压条件，能够确保外管1的晶粒细化的过程能够更稳定，且保持快速的进行，保证细化效果，方便后续步骤的进行。
经过上述处理过程后，经与氧化层发生还原反应，外管1的表面形成海绵状纯铁体，完成外管1的处理，为后续的压熔锚合做准备。
b、内管2处理，选用合金管作为内管2，通过高压喷枪对内管2的外边侧进行冲洗清理，通过旋转喷头和打磨棒对内管2的内壁进行清理，从而将内管2表面上的油污和粉尘清除，将内管2表面上的油污、脏污清理，确保内管2的外表面清洁，再将内管2置于钝化机上，通过钝化机对内管2进行钝化处理，从而在内管2的外表面形成一层钝化膜，方便后期的合成步骤。
然后再对内管2进行去氧化处理，和外管2的操作相同，将内管2上的氧化铬还原成铬，之后对内管2进行和外管1相同的晶粒细化，先配制细化混合物，再将细化混合物与内管2接触处理，具体操作为，先通过将稀土和强脱氧剂混合形成细化混合物，混合过程保持低速搅拌，搅拌时间适当增加，具体为25-30分钟，保证原料的混合充分，避免原料不均影响晶粒细化的效果，制得细化混合物后，再将内管2置于充足的细化混合物中，使得细化混合物完全的包裹内管2，同时保持特定的温度和压力，实现内管2的晶粒细化。
内管2处理步骤中的晶粒细化的特定环境温度为880摄氏度，压力为101.325kPa，处理时间为25分钟，通过较高的温度和适宜的气压条件，使得内管2的晶粒细化的步骤能够更稳定的进行，保证细化效果，经过与氧化层和Fe的反应，内管2的表面去除Fe，保留了合金，形成新的合金组织，呈现杨梅状。
c、穿管冷拔，把内管2穿入加热后的外管1内，通过冷拔工艺形成机械复合状态，制得初成形的复合管，为较为成熟的现有工艺，能够较为顺利的完成初成形复合管的拉拔，具体的操作步骤为，将外管1置于600摄氏度的加热炉内加热，直至外管1受热均匀全部达到600摄氏度，再将未加热的内管2穿设至加热至600摄氏度的外管1内，在内管2和外管1的选用中，需要选择合适的尺寸，内管2的外径等于外管1的内径，保证内管2穿设在外管1中后，两者能够紧密的贴合。
在将外管1和内管2穿设在一起后，再对内管2和外管1复合后的管口进行缩口，使得外管1和内管2的端口变形，再将两者的管坯进行缩径拉拔，管坯在夹头的作用下，通过特制的成形模具3，成型模具3的尺寸需要根据实际生产的外管1和内管2的使用需求确定，保证产品的成型效果，外管1和内管2的一端被拉模4拉出，同时通过成型模具3，内管2和外管1同时发生缩径变形，进而实现外管1和内管2上两种金属的过盈配合，形成特有的精密机械复合，最后将管头切除，使得复合后的钢管的端口保持平整便可进行下一步骤，具体的操作示意图如图1所示。
d、压熔锚合，在高温高压下，外管1上的海绵状纯铁体与内管2上的杨梅状合金组织液相混合，促使两种金属材料界面的晶间结合，并形成新的金属相组织，从而完成生产，通过本方法制得的组织具有良好的延展性，使两种金属的结合强度达到标准的要求。
更具体的操作流程为，先配制固、液态膨胀介质7，固、液态膨胀介质7具体为碳酸氢钠、碳酸氢钙、碳酸钙、碳酸钠中的两种或两种以上的混合物，使得固、液态膨胀介质7在高温高压条件下能够适度膨胀，从而保证外管1和内管2能够紧密结合，碳酸氢钠、碳酸氢钙、碳酸钙以及碳酸钠均能够在升温状态下适当膨胀，为了保证固、液态膨胀介质7的整体结构稳定性，选择两种或者两种以上作为混合物是更优选择。
制得足量的固、液态膨胀介质7后，将经过机械复合的钢管内部加入足量的固、液态膨胀介质7，然后将钢管的两端进行密封式焊接，封住两个端口，形成封头5，防止固、液态膨胀介质7泄露，然后便可进入下一步骤。
将密封后的钢管穿设在电磁感应线圈6中，通过开启电磁感应线圈6对钢管进行加热，钢管在内部压力和热激活的促进作用，高温高压的状态下，外管1上的海绵状纯铁体与内管2上的杨梅状合金组织液相混合，从而促使外管1和内管2上的两种金属材料界面的晶间结合，并形成新的金属相组织，金相图具体如图4所示，该组织具有良好的延展性，使两种金属的结合强度达到标准的要求，最后将复合完成后的复合管两端的密封切除，再根据需求切割成为需要的尺寸，从而完成复合管的生产制造，具体的操作示意图如图2所示。
需要注意的是，电磁感应线圈6的加热温度需要避开内管2的敏化温度，具体根据不同材质的内管2进行调节，从而不影响内管2的耐腐蚀性能。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种冶金复合管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、外管(1)处理，将所述外管(1)内壁上的油污清除，实现去氧化层，然后将所述外管(1)置于特定温度、湿度、压力的密闭空间中，使其形成新的氧化层，形成足够的氧化层后将所述外管(1)置于特定环境下进行微氧化还原，实现脱氧处理，经过脱氧处理之后的所述外管(1)再进行晶粒细化，通过将稀土和强脱氧剂混合形成细化混合物，将所述外管(1)置于所述细化混合物中，保持特定的温度和压力，实现晶粒细化，经过上述处理过程后，经与氧化层发生还原反应，形成海绵状纯铁体，完成所述外管(1)的处理，为后续的压熔锚合做准备；
b、内管(2)处理，选用合金管作为所述内管(2)，将所述内管(2)外表面上的油污、脏污清除，再通过钝化机对内管(2)进行钝化处理，在所述内管(2)的外表面形成一层钝化膜，然后进行去氧化处理，将所述内管(2)上的氧化铬还原成铬，再进行晶粒细化，将稀土和强脱氧剂混合形成所述细化混合物，将所述外管(1)置于所述细化混合物中，保持特定的温度和压力，实现晶粒细化，经过与氧化层和Fe的反应，所述内管(2)的表面去除Fe，保留了合金，形成新的合金组织，呈现杨梅状；
c、穿管冷拔，把所述内管(2)穿入加热的所述外管(1)内，通过冷拔工艺形成机械复合状态；
d、压熔锚合，在高温高压下，所述外管(1)上的海绵状纯铁体与所述内管(2)上的杨梅状合金组织液相混合，促使两种金属材料界面的晶间结合，并形成新的金属相组织，从而完成生产，该组织具有良好的延展性，使两种金属的结合强度达到标准的要求。
2.根据权利要求1所述的一种冶金复合管的制造方法，其特征在于：在步骤a中，形成新的所述氧化层厚度为0.05-0.1mm。
3.根据权利要求1所述的一种冶金复合管的制造方法，其特征在于：在步骤a中，所述密闭空间的温度为100摄氏度，湿度为百分之四十，压力为101.325kPa。
4.根据权利要求1所述的一种冶金复合管的制造方法，其特征在于：在步骤a中，所述微氧化还原的特定环境温度为650摄氏度，湿度小于百分之二十，压力为101.325kPa。
5.根据权利要求1所述的一种冶金复合管的制造方法，其特征在于：在步骤a中，所述晶粒细化的特定环境温度为650摄氏度，压力为101.325kPa。
6.根据权利要求1所述的一种冶金复合管的制造方法，其特征在于：在步骤b中，所述晶粒细化的特定环境温度为880摄氏度，压力为101.325kPa，处理时间为25分钟。
7.根据权利要求1所述的一种冶金复合管的制造方法，其特征在于：在步骤c中，更具体的操作流程为，先将所述内管(2)穿设至加热至600摄氏度的所述外管(1)内，然后对所述内管(2)和所述外管(1)复合后的管口进行缩口，使之变形，再将管坯进行缩径拉拔，管坯在夹头的作用下，通过成形模具(3)，一端被拉模(4)拉出，所述内管(2)和所述外管(1)同时发生缩径变形，进而实现所述外管(1)、所述内管(2)上两种金属的过盈配合，形成特有的精密机械复合，最后将管头切除，使得复合后的钢管的端口保持平整便可进行下一步骤。
8.根据权利要求1所述的一种冶金复合管的制造方法，其特征在于：在步骤d中，更具体的操作流程为，先将经过机械复合的钢管内部加入足量的固、液态膨胀介质(7)，然后将所述钢管的两端进行密封式焊接，封住两个端口，形成封头(5)，再将密封后的所述钢管穿设在电磁感应线圈(6)中，开启所述电磁感应线圈(6)对钢管进行加热，所述钢管在内部压力和热激活的促进作用(高温高压)下，所述外管(1)上的海绵状纯铁体与所述内管(2)上的杨梅状合金组织液相混合，促使两种金属材料界面的晶间结合，并形成新的金属相组织，最后将复合完成后的复合管两端的密封切除，再根据需求切割成为需要的尺寸。
9.根据权利要求8所述的一种冶金复合管的制造方法，其特征在于：所述固、液态膨胀介质(7)具体为碳酸氢钠、碳酸氢钙、碳酸钙、碳酸钠中的两种或两种以上的混合物。
10.根据权利要求8所述的一种冶金复合管的制造方法，其特征在于：所述电磁感应线圈(6)的加热温度需要避开内管(2)的敏化温度，从而不影响内管(2)的耐腐蚀性能。
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