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熱擠壓一般是針對雙金屬管坯進行的,稱為復合擠壓(coextrude)。復合擠壓目前是生產不銹鋼和高鎳合金無縫復合管的好方法,日本制鋼所利用這種方法生產8in(203.2mm)以下的雙金屬復合管。它是將兩種以上的金屬組成的一大直徑復合坯料加熱到1200℃左右,然后擠過由模具和芯軸形成的環狀空間。當擠壓坯料截面縮減到10:1時,高的擠壓壓力和溫度會在界面處產生“壓力焊”的焊接效應,促進界面間的快速擴散和廣泛結合,實現界面的冶金結合。擠壓前的復合管坯制造方法有三種:由鍛造坯料通過熱穿孔和放大擠壓獲得;直接離心旋鑄;用耐蝕粉末顆粒。也有內外兩種金屬原材料均采用粉末的,稱為“nuval”工藝,可以開發新型合金,但粉末制備成本太高。復合擠壓的優點:界面為冶金結合;擠壓過程中涉及的力完全是壓應力,因此特別適合于熱加工性不好、塑性低的高合金金屬的加工。
復合管是近10年發展較快的一種工程管道,品種、功能繁多,性能優越,形成了比較成熟的工藝技術,并且已經投產。主要的工藝方法很多比如熱軋復合方法、熱擠壓復合法、鑄造復合方法、爆炸焊接復合方法、組合式雙金屬復合管生產方法、激光包覆法等。在技術開發方面日本后來居上。據文獻報道,日本在80年代初就陸續研制和開發了多種復合工藝。其中典型的熱軋或熱軋加冷成型工藝可以實現包覆材料與基材界面的冶金結合,質量優良。其產品廣泛用于石油化工、化工行業、石油及天然氣工業等。
復合管的熱成型法:熱成型制造工藝包括熱軋和熱擠壓兩種方法,前者主要適用于有縫復合管的生產,后者適用于無縫復合管的生產。
目前雙金屬復合管的生產方法主要包括冷成型法、熱成型法、離心鑄造法、離心鋁熱劑法、爆炸焊成型法、電磁成型法等等。
反應絕熱溫度可接近3000k,因此產物都處于液態,在離心力作用下,比重大的產物如fe、cr、ni等集中在靠近碳鋼鋼管內壁處,形成內襯金屬層;al2o3形成內層殘渣,通過機械方法除去,則制備出雙金屬復合鋼管。
復合管的離心鑄造+熱擠壓(熱擠壓+冷軋)法:“離心鑄造+熱擠壓”是一種新的復合管短流程制備方法,通過離心鑄造生產空心復合管坯,然后加熱、熱擠壓或熱擠壓冷軋,以及后續熱處理等工序,獲得成品復合管。它有效整合了離心鑄造和熱擠壓兩種方法的優點,縮短了生產工序,并實現了復合界面的完全冶金結合。其獨特之處在于:他把初級工業材料和高技術的冶金處理過程結合起來,采用離心澆鑄工藝、熱擠壓等塑性熱復合技術、冷軋(或冷拔)生產方式,獲得高品質的復合管材。
目前金屬復合無縫管冷成型法大致有以下兩種:內擴漲型和外減徑型。① 內擴漲型,即:采用兩種材質的無縫管相互穿套(如外管采用一般普碳鋼無縫鋼管,內穿一薄壁不銹鋼管作為內層金屬管),在內管中施以高壓,使內層無縫管發生塑性變形外層無縫管僅產生彈性變形,從而使內管與外管緊密結合,形成雙金屬復合無縫管。② 外減徑型,即:仍采用兩種材質的無縫管相互穿套,對外層管進行減徑拉拔或軋制,使內管與外管緊密結合,形成雙金屬復合無縫管。以上兩種工藝生產的金屬復合無縫管的不足之處在于:生產成本高昂,內外管均必須采用現成的熱軋或冷拔無縫管,加上其后的內漲或減徑工序使其制造成本大幅度上升;以上兩種類型的無縫管并非完全意義上的金屬復合,兩層金屬相互間并無冶金熔合,在受軸向力的情況下內外兩層金屬難以傳遞和均衡外力,在需要熱傳遞的應用領域,由于內外兩層金屬間存在間隙,熱阻必將大幅度增加。
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復合管的爆炸焊成型法:爆炸焊成型工藝是靠爆炸產生的沖擊波,使內管發生塑性變形,緊貼外管,從而形成復合管。利用爆炸成型,覆層可小于0.2mm,熔合比小可達到5%;覆層緊密,產品適用性廣。另外,利用爆炸焊可實現多種金屬間的連接,有些是采用其他方法不能實現的。該方法的主要缺點是,界面非擴散冶金結合,對尺寸較長的復合管量很難準確確定,而且具有一定的危險性。
復合管的激光包覆法:用高功率激光設備對鋼管進行外包覆。合金粉末經自動進料器送到母管的激光束照射區,激光束熔化粉末和工件表面薄層后,用螺旋包覆法便可完全包覆整根鋼管,制成雙金屬復合管。
復合管的粉末冶金法:在碳鋼或類似材料制成的母管與金屬薄壁管之間加入粉末充填層,管子兩端分別用底板密封。在預定的溫度下加熱,再熱擠壓成復合鋼管。用酸洗方法去掉底板和金屬薄壁管。根據不同的用途,復合層可為外層或內層。
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