一種三層結(jié)構(gòu)雙金屬冶金復(fù)合管的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雙金屬復(fù)合管制備技術(shù)領(lǐng)域，公開一種不銹鋼/碳鋼/不銹鋼三層結(jié)構(gòu)雙金屬冶金復(fù)合管制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雙金屬復(fù)合管作為一種新型管材，以其良好的抗腐蝕性能和較為便宜的價(jià)格在國外海洋油氣田開發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用，然而在國內(nèi)海上油氣田開發(fā)中的應(yīng)用并不多見。不銹鋼/碳鋼/不銹鋼三層結(jié)構(gòu)雙金屬冶金復(fù)合管是由中間層碳鋼材料和內(nèi)、外層抗腐蝕合金鋼材料制成的，在保證管材強(qiáng)度的前提下，滿足管材內(nèi)、外壁耐腐蝕要求。冶金結(jié)合界面復(fù)合管以其良好的界面及力學(xué)性能，成為油氣田大規(guī)模用管的首選，特別是熱乳復(fù)合管，憑借其較高的可靠性和較強(qiáng)的品種適應(yīng)性，在雙金屬管材眾多生產(chǎn)工藝的競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。
[0003]傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的冶金復(fù)合管型材，界面未能實(shí)現(xiàn)完全的冶金結(jié)合，仍存在部分間隙，這些間隙往往是裂紋擴(kuò)展、腐蝕開裂的起點(diǎn)。海上油氣田管材鋪設(shè)成本高昂，良好的界面結(jié)合是保證管材穩(wěn)定服役的先決條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種三層結(jié)構(gòu)雙金屬冶金復(fù)合管的制備方法，用于制備由不銹鋼/碳鋼/不銹鋼三層結(jié)構(gòu)雙金屬復(fù)合管坯，并經(jīng)擴(kuò)徑的方法制備雙金屬冶金復(fù)合管，通過三層金屬在澆注過程中的熔合，以及三輥熱乳擴(kuò)徑工藝中的塑性變形，獲得冶金結(jié)合良好的不銹鋼/碳鋼/不銹鋼三層結(jié)構(gòu)雙金屬復(fù)合管，加強(qiáng)各層之間的結(jié)合強(qiáng)度，達(dá)到完全冶金結(jié)合的目的，大大緩解層之間的界面應(yīng)力，減少界面處的應(yīng)力集中，防止在界面處產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展，避免出現(xiàn)腐蝕開裂的起點(diǎn)，提高了成品管的抗腐蝕能力，保證復(fù)合管服役的穩(wěn)定性和可靠性，延長了管線的服役壽命。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
[0006]—種三層結(jié)構(gòu)雙金屬冶金復(fù)合管的制備方法，所述的三層結(jié)構(gòu)為不銹鋼/碳鋼/不銹鋼，采用二次澆注制備不銹鋼/碳鋼/不銹鋼三層結(jié)構(gòu)雙金屬管坯包括管坯內(nèi)層、外層高合金耐蝕鋼和管坯中間層碳鋼，而后通過熱乳工藝制造雙金屬復(fù)合管，具體步驟如下:
[0007]步驟一:采用消失模鑄造方法，選用EPS造型，使用高頻感應(yīng)爐冶煉高合金鋼，在負(fù)壓下進(jìn)行澆注，落砂清理后分別得到內(nèi)、外層薄壁高合金管；
[0008]步驟二:采用砂型鑄造與消失模鑄造結(jié)合的方法，選用適當(dāng)規(guī)格的EPS造型得到低碳鋼中間層的模型，以內(nèi)、外層薄壁高合金管為型芯，三者之間采用小間隙配合，滿足內(nèi)外薄壁同心的要求，利用感應(yīng)線圈對(duì)三層結(jié)構(gòu)裝配體進(jìn)行預(yù)熱，將其作為鑄造模具放入砂箱，砂箱可以控制溫度，防止其冷卻過快，利用型砂充滿砂箱底部以及外壁的部分，冶煉一爐碳鋼，澆注中間層EPS模型，得到不銹鋼/碳鋼/不銹鋼三層結(jié)構(gòu)雙金屬管坯；
[0009]步驟三:通過三輥阿塞爾乳管機(jī)對(duì)所得不銹鋼/碳鋼/不銹鋼三層結(jié)構(gòu)雙金屬管坯進(jìn)行熱乳擴(kuò)徑，根據(jù)變形量選擇乳制道次，在乳制溫度區(qū)間內(nèi)完成雙金屬復(fù)合管的擴(kuò)徑過程。
[0010]進(jìn)一步的，步驟一的消失模鑄造采用一澆一冒澆注系統(tǒng)，步驟二的砂型鑄造與消失模鑄造結(jié)合采用階梯注入式澆注系統(tǒng)。
[0011 ] 進(jìn)一步的，步驟一的消失模鑄造中，澆注溫度為1600°C，在0.05MPa的負(fù)壓下進(jìn)行澆注，澆注速度控制在6kg/s，步驟二的砂型鑄造與消失模鑄造結(jié)合工藝中，對(duì)三層結(jié)構(gòu)裝配體進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為1000°C -1300°C。
[0012]進(jìn)一步的，步驟三的阿塞爾乳管機(jī)的熱乳擴(kuò)徑工藝為，乳制溫度為950_1100°C，阿塞爾乳輥的送進(jìn)角γ為5-8° ;展開角α設(shè)置在3-6°之間；開口角β設(shè)置為4-6°，乳輥轉(zhuǎn)數(shù)為200-300轉(zhuǎn)/分。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0014]消失模鑄造的鑄件尺寸形狀精確，重復(fù)性好，鑄件的表面光潔度高，污染少，具有精密鑄造的特點(diǎn)。為了進(jìn)一步減少鑄造內(nèi)部缺陷，提高成品率，消失模鑄造采用一澆一冒澆注系統(tǒng)，既能使氣體有效排出，又能使鑄件順序凝固，使頂部得到高合金鋼金屬液的補(bǔ)充，將金屬最后的凝固位置轉(zhuǎn)移到冒口和澆口杯中，使縮松、縮孔等鑄造缺陷最大限度的轉(zhuǎn)移出管坯。
[0015]中間層碳鋼澆注前對(duì)三層結(jié)構(gòu)裝配體進(jìn)行預(yù)熱，在隨后的凝固過程中，內(nèi)、外層與中間層的接觸區(qū)域會(huì)出現(xiàn)一定厚度的熔融區(qū)，隨后這一部分熔融區(qū)首先凝固，然后中間層鋼液從兩側(cè)向中間逐漸凝固，中間層與內(nèi)、外層金屬之間將形成牢固的冶金結(jié)合。
[0016]中間層碳鋼的砂型鑄造與消失模鑄造結(jié)合工藝采用階梯注入式澆注系統(tǒng)，保證充型平穩(wěn)，減少對(duì)內(nèi)、外層高合金管坯管壁的沖刷，避免金屬液發(fā)生飛濺、氧化及由此而形成的鑄件缺陷，補(bǔ)縮作用好。
[0017]采用阿塞爾乳管機(jī)對(duì)不銹鋼/碳鋼/不銹鋼三層結(jié)構(gòu)雙金屬復(fù)合管坯進(jìn)行熱乳，壁厚精度高，內(nèi)、外層金屬表面精度能夠保持在± (4% -7% )以內(nèi)。
[0018]三輥擴(kuò)徑工藝在較高溫度區(qū)間內(nèi)有利于對(duì)熱加工性能差、塑性較低的高合金鋼進(jìn)行大塑性變形，促進(jìn)不銹鋼/碳鋼/不銹鋼三層結(jié)構(gòu)雙金屬復(fù)合管復(fù)合界面的冶金復(fù)合。
[0019]采用二次澆注工藝，通過三層金屬在澆注過程中的熔合，實(shí)現(xiàn)了界面的無間隙、連接成分平滑過渡，層界面低應(yīng)力全冶金結(jié)合。避免了使用傳統(tǒng)復(fù)雜的冶金復(fù)合工藝，不僅降低了生產(chǎn)成本，生產(chǎn)過程簡(jiǎn)便。
【附圖說明】
[0020]圖1:本發(fā)明工藝流程圖。
[0021]圖2:本發(fā)明砂型鑄造示意圖。
[0022]圖3:在管的縱向中心平面的三個(gè)阿塞爾乳棍之一。
[0023]圖4:阿塞爾乳輥輸送角γ俯視圖。
[0024]圖中標(biāo)號(hào):1_澆口 ；2_直澆道；3_中箱；4_外型芯；5-下箱；6-上箱；7_冒口；8-內(nèi)型芯；9_型腔；10_型砂；11_內(nèi)層金屬；12_中間層金屬；13_外層金屬；α -展開角；β-開口角；γ-送進(jìn)角。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例1
[0026]參見附圖1和附圖2，(I)選用直徑0.5mm的EPS珠粒，使用間歇式蒸汽預(yù)發(fā)機(jī)在150°C下制備密度為0.02-0.025g/cm3的薄壁模型，模型尺寸為Φ 169 X 5mm，反復(fù)涂覆水基涂料后烘干，選用硅砂為原料在砂箱中振動(dòng)造型，使用高頻感應(yīng)爐冶煉高合金鋼12Cr，消失模鑄造采用一澆一冒澆注系統(tǒng)，澆注溫度為1600°C，在0.05MPa的負(fù)壓下進(jìn)行澆注，澆注速度控制在6kg/s左右，剛開始慢澆，將直澆道通過后立即大量快澆，待到快要充滿型腔時(shí)再放慢澆注速度，落砂清理后得到內(nèi)層薄壁高合金12Cr管坯，內(nèi)層管坯直徑為169mm，壁厚為5mm，用同樣的饒注工藝得到外層管還直徑211mm，壁厚為5mm ；
[0027](2)以薄壁高合金12Cr管坯為型芯，采用EPS造型得到尺寸為Φ 201 X 16mm的中間層模型，以內(nèi)外兩層薄壁高合金管為型芯，與EPS造型三者之間采用小間隙配合作為鑄造模具造型，保證三者之間處于同心