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双金属复合管的种类、制备及应用

网站编辑:不锈钢复合管厂 │ 发表时间:2018-01-05 | 点击:101

  双金属复合管由两种不同金属材料构成,管层之间通过各种变形和连接技术形成紧密结合,从而使两种材料结合成一体而制成的一种新型金属复合管材。其一般设计原则是基材满足管道设计许用应力,复层抵抗腐蚀或磨损等。双金属复合管兼有基层和复层的所有优点,相对于整体合金管能有效降低成本,而且在对整体合金管具有应力腐蚀开裂敏感性的氯化物和(或) 酸性环境中复合管可以提高安全性和可靠性。随着工业技术的发展,环境介质的复杂化,以及竞争的加剧,许多行业对金属管材综合性能的要求越来越高,因而双金属复合管及其生产技术得到迅速发展。

  对于强腐蚀、高磨损、高工作压力环境下使用的流体管道,通常采用高品质的不锈钢或高合金含量的无缝钢管,这类管材由于大量添加合金元素,其价格是一般普通无缝钢管的几倍或几十倍。多年来,管材用户和生产商一直在努力寻求通过不同金属的复合,从而获得一种既能满足苛刻的使用环境,又价廉物美的高性能复合管材。

  双金属复合管能实现材料的优势互补,节省合金元素,降低工程费用,在保证原基管各项性能的基础上,提高了管道的耐腐蚀性、耐磨性,延长了管道的使用寿命,是纯不锈钢管、铜管或其他耐腐蚀性合金管的替代产品。

  由于复合钢管具有优良的综合性能,因此自20世纪60年代起,日、美、德、英和前苏联等都很重视复合钢管的开发及使用,从生产工艺、使用性能、检验方法等方面进行了大量的研究。目前双金属复合钢管的生产工艺已日趋完善,日本、美国、英国、瑞典、德国等处于好水平。复合管已经在腐蚀性较强的石油、石化企业、核工业以及医药、食品加工等领域获得广泛认同,也可通过内层复合耐磨金属,从而满足电厂粉煤、矿山矿粉和尾矿浆输送等高磨损工作环境的要求。而起步较晚,技术水平相对落后。

  复合管是近10年发展较快的一种工程管道,品种、功能繁多,性能优越,形成了比较成熟的工艺技术,并且已经投产。主要的工艺方法很多比如热轧复合方法、热挤压复合法、铸造复合方法、爆炸焊接复合方法、组合式双金属复合管生产方法、激光包覆法等。在技术开发方面日本后来居上。据文献报道,日本在80年代初就陆续研制和开发了多种复合工艺。其中典型的热轧或热轧加冷成型工艺可以实现包覆材料与基材界面的冶金结合,质量优良。其产品广泛用于石油化工、化工行业、石油及天然气工业等。

  2 双金属复合管制备方法的研究概况热成型法

  目前双金属复合管的生产方法主要包括冷成型法、热成型法、离心铸造法、离心铝热剂法、爆炸焊成型法、电磁成型法等等。

  2.1 冷成型法

  冷成型制造工艺的基本特征是将预加工好的薄壁不锈钢管套入碳钢管中,然后通过机械方法使不锈钢管紧紧贴合在碳钢管内壁上。薄壁不锈钢管有两种获得途径:一种是通过选择合适规格的无缝不锈钢管,通过旋压的方法使之变薄,达到要求的外径和厚度;另一种是用薄的不锈钢板或钢带在专用的制管机上用tig焊接成直缝或螺旋缝不锈钢管。采用拉拔、胀接、旋压和滚压等方法使不锈钢管紧紧贴合在碳钢管内壁上,其中拉拔和胀接最为常用。拉拔是取两根分别制成的无缝钢管,将一根套在另一根外面,然后将两管通过一模具同时进行拉拔,从而实现紧密配合的机械结合。这种管的优点是生产工艺比较简单,价格较便宜。缺点是界面非扩散结合,只是依靠对外层进行的冷加工来获得紧密配合,因此冷加工复合管如果遭遇高温就有分层倾向,复合管会因应力释放而失效。这就限制了冷加工管的使用环境和应用领域。胀接分机械胀接和液压胀接两种。机械胀接是目前生产不锈钢复合管的一种主要方法,它是利用滚胀芯轴回转挤压使复合管内管发生塑性变形,外管发生弹性变形,从而使复合管的外管对内管产生接触压力,以达到复合管内外壁的紧密贴合。液压胀接原理与机械胀接相同,只是用管内高压水施压代替滚胀芯轴回转挤压。机械胀接时胀接力大小难以确定,易发生欠胀或过胀,且多次滚胀易造成衬里开裂。液压胀接时胀接力均匀且大小可进行计算,因此更具优越性。两种胀接法的共同缺点是内外层只是机械结合,和拉拔成型一样,在高温环境下会因应力松弛而分层失效。

  目前金属复合无缝管冷成型法大致有以下两种:内扩涨型和外减径型。① 内扩涨型,即:采用两种材质的无缝管相互穿套(如外管采用一般普碳钢无缝钢管,内穿一薄壁不锈钢管作为内层金属管),在内管中施以高压,使内层无缝管发生塑性变形外层无缝管仅产生弹性变形,从而使内管与外管紧密结合,形成双金属复合无缝管。② 外减径型,即:仍采用两种材质的无缝管相互穿套,对外层管进行减径拉拔或轧制,使内管与外管紧密结合,形成双金属复合无缝管。以上两种工艺生产的金属复合无缝管的不足之处在于:生产成本高昂,内外管均必须采用现成的热轧或冷拔无缝管,加上其后的内涨或减径工序使其制造成本大幅度上升;以上两种类型的无缝管并非完全意义上的金属复合,两层金属相互间并无冶金熔合,在受轴向力的情况下内外两层金属难以传递和均衡外力,在需要热传递的应用领域,由于内外两层金属间存在间隙,热阻必将大幅度增加。

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