國內(nèi)外雙金屬復(fù)合管研究概況_劉建彬

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1、世界金屬導(dǎo)報(bào)/2011年/10月/18日/第019版鋼管型材國內(nèi)外雙金屬復(fù)合管研究概況劉建彬1雙金屬復(fù)合管的發(fā)展現(xiàn)狀雙金屬復(fù)合管由兩種不同金屬材料構(gòu)成，管層之間通過各種變形和連接技術(shù)形成緊密結(jié)合，從而使兩種材料結(jié)合成一體而制成的一種新型金屬復(fù)合管材。其一般設(shè)計(jì)原則是基材滿足管道設(shè)計(jì)許用應(yīng)力，復(fù)層抵抗腐蝕或磨損等。雙金屬復(fù)合管兼有基層和復(fù)層的所有優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)于整體合金管能有效降低成本，而且在對(duì)整體合金管具有應(yīng)力腐蝕開裂敏感性的氯化物和(或)酸性環(huán)境中復(fù)合管可以提高安全性和可靠性。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，環(huán)境介質(zhì)的

2、復(fù)雜化，以及國際競(jìng)爭(zhēng)的加劇，許多行業(yè)對(duì)金屬管材綜合性能的要求越來越高，因而雙金屬復(fù)合管及其生產(chǎn)技術(shù)得到迅速發(fā)展。對(duì)于強(qiáng)腐蝕、高磨損、高工作壓力環(huán)境下使用的流體管道，通常采用高品質(zhì)的不銹鋼或高合金含量的無縫鋼管，這類管材由于大量添加合金元素，其價(jià)格是一般普通無縫鋼管的幾倍或幾十倍。多年來，管材用戶和生產(chǎn)商一直在努力尋求通過不同金屬的復(fù)合，從而獲得一種既能滿足苛刻的使用環(huán)境，又價(jià)廉物美的高性能復(fù)合管材。雙金屬復(fù)合管能最大限度地實(shí)現(xiàn)材料的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，節(jié)省合金元素，降低工程費(fèi)用，在保證原基管各項(xiàng)性能的基礎(chǔ)上，提高了

3、管道的耐腐蝕性、耐磨性，延長了管道的使用壽命，是純不銹鋼管、銅管或其他耐腐蝕性合金管的替代產(chǎn)品。由于復(fù)合鋼管具有優(yōu)良的綜合性能，因此自20世紀(jì)60年代起，日、美、德、英和前蘇聯(lián)等國家都很重視復(fù)合鋼管的開發(fā)及使用，從生產(chǎn)工藝、使用性能、檢驗(yàn)方法等方面進(jìn)行了大量的研究。目前國外雙金屬復(fù)合鋼管的生產(chǎn)工藝已日趨完善，日本、美國、英國、瑞典、德國等國家處于領(lǐng)先水平。復(fù)合管已經(jīng)在腐蝕性較強(qiáng)的石油、石化企業(yè)、核工業(yè)以及醫(yī)藥、食品加工等領(lǐng)域獲得廣泛認(rèn)同，也可通過內(nèi)層復(fù)合耐磨金屬，從而滿足電廠粉煤、礦山礦粉和尾礦漿輸送等高

4、磨損工作環(huán)境的要求。而國內(nèi)起步較晚，技術(shù)水平相對(duì)落后。在國外，復(fù)合管是近10年發(fā)展較快的一種工程管道，品種、功能繁多，性能優(yōu)越，形成了比較成熟的工藝技術(shù)，并且已經(jīng)投產(chǎn)。主要的工藝方法很多比如熱軋復(fù)合方法、熱擠壓復(fù)合法、鑄造復(fù)合方法、爆炸焊接復(fù)合方法、組合式雙金屬復(fù)合管生產(chǎn)方法、激光包覆法等。在技術(shù)開發(fā)方面日本后來居上。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，日本在80年代初就陸續(xù)研制和開發(fā)了多種復(fù)合工藝。其中典型的熱軋或熱軋加冷成型工藝可以實(shí)現(xiàn)包覆材料與基材界面的冶金結(jié)合，質(zhì)量優(yōu)良。其產(chǎn)品廣泛用于石油化工、化工行業(yè)、石油及天然氣工業(yè)

5、等。2雙金屬復(fù)合管制備方法的研究概況目前雙金屬復(fù)合管的生產(chǎn)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。2.1冷成型法冷成型制造工藝的基本特征是將預(yù)加工好的薄壁不銹鋼管套入碳鋼管中，然后通過機(jī)械方法使不銹鋼管緊緊貼合在碳鋼管內(nèi)壁上。薄壁不銹鋼管有兩種獲得途徑：一種是通過選擇合適規(guī)格的無縫不銹鋼管，通過旋壓的方法使之變薄，達(dá)到要求的外徑和厚度；另一種是用薄的不銹鋼板或鋼帶在專用的制管機(jī)上用TIG焊接成直縫或螺旋縫不銹鋼管。采用拉拔、脹接、旋壓和滾壓等方法使不銹鋼管緊

6、緊貼合在碳鋼管內(nèi)壁上，其中拉拔和脹接最為常用。拉拔是取兩根分別制成的無縫鋼管，將一根套在另一根外面，然后將兩管通過一模具同時(shí)進(jìn)行拉拔，從而實(shí)現(xiàn)緊密配合的第1頁共5頁機(jī)械結(jié)合。這種管的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)工藝比較簡(jiǎn)單，價(jià)格較便宜。缺點(diǎn)是界面非擴(kuò)散結(jié)合，只是依靠對(duì)外層進(jìn)行的冷加工來獲得緊密配合，因此冷加工復(fù)合管如果遭遇高溫就有分層傾向，復(fù)合管會(huì)因應(yīng)力釋放而失效。這就限制了冷加工管的使用環(huán)境和應(yīng)用領(lǐng)域。脹接分機(jī)械脹接和液壓脹接兩種。機(jī)械脹接是目前生產(chǎn)不銹鋼復(fù)合管的一種主要方法，它是利用滾脹芯軸回轉(zhuǎn)擠壓使復(fù)合管內(nèi)管發(fā)生塑性

7、變形，外管發(fā)生彈性變形，從而使復(fù)合管的外管對(duì)內(nèi)管產(chǎn)生接觸壓力，以達(dá)到復(fù)合管內(nèi)外壁的緊密貼合。液壓脹接原理與機(jī)械脹接相同，只是用管內(nèi)高壓水施壓代替滾脹芯軸回轉(zhuǎn)擠壓。機(jī)械脹接時(shí)脹接力大小難以確定，易發(fā)生欠脹或過脹，且多次滾脹易造成襯里開裂。液壓脹接時(shí)脹接力均勻且大小可進(jìn)行計(jì)算，因此更具優(yōu)越性。兩種脹接法的共同缺點(diǎn)是內(nèi)外層只是機(jī)械結(jié)合，和拉拔成型一樣，在高溫環(huán)境下會(huì)因應(yīng)力松弛而分層失效。目前金屬復(fù)合無縫管冷成型法大致有以下兩種：內(nèi)擴(kuò)漲型和外減徑型。①內(nèi)擴(kuò)漲型，即：采用兩種材質(zhì)的無縫管相互穿套（如外管采用一般普碳

8、鋼無縫鋼管，內(nèi)穿一薄壁不銹鋼管作為內(nèi)層金屬管），在內(nèi)管中施以高壓，使內(nèi)層無縫管發(fā)生塑性變形外層無縫管僅產(chǎn)生彈性變形，從而使內(nèi)管與外管緊密結(jié)合，形成雙金屬復(fù)合無縫管。②外減徑型，即：仍采用兩種材質(zhì)的無縫管相互穿套，對(duì)外層管進(jìn)行減徑拉拔或軋制，使內(nèi)管與外管緊密結(jié)合，形成雙金屬復(fù)合無縫管。以上兩種工藝生產(chǎn)的金屬復(fù)合無縫管的不足之處在于：生產(chǎn)成本高昂，內(nèi)外管均必須采用現(xiàn)成的熱軋或冷拔無縫管，加上其后的內(nèi)漲或減徑工序使其制造成本大幅度上