结题报告-双金属复合管的制备工艺及其性能研究

（创新类项目）结题报告书项目名称双金属复合管的制备工艺及其性能研究项目类型重点项目、（）重点自筹项目、（）一般项目、（）指导项目计划完成时间年月研究期限项目起始时间年月实际完成时间年月一、项目实施情况（请就研究目标、研究过程、研究成果、研究心得作全面总结，3000字以内）1研究目标进一步优化双金属复合管的制备工艺及冶金层成分的精确控制获得理想的冶金合层，最终获得可满足实际成产需要的成本低廉而耐蚀性好的、结合强度高的双金属复合管。2研究过程双金属复合管制造工艺、焊接工艺调查分析，复合管力学性能和耐蚀性能测试研究。21项目研究技术路线22研究进度主要研究阶段起止时间研究内容完成情况2013102014051、了解复合管制造工艺；2、了解复合管焊接工艺；3、确定研究课题及研究方案等。已完成201405201409镀前前处理，确定合适的前处理流程，获得最适合吸附的表面，确定镀液配方，及镀速等。已完成20140901412进行了电镀，冶金热熔合时间与温度的正交实验，初步确定了最好的冶金热熔合温度与时间，金相分析已完成201412201504在前面的基础上，完善了相关的测试和数据收集，如拉伸试验，SEM分析，EDS扫描等已完成23研究重点冶金热熔合在大量前期工作的基础上，发现NI68CR16MO8P8冶金结合层的双金属复合板的耐蚀性能是最好的，中间层耐蚀效率达到甚至超过了哈氏合金，故本课题组就冶金热熔合温度、热熔合时间等因素对NI68CR16MO8P8冶金层的结合强度进行了相关探究。将已镀好的不锈钢片镀层侧与经过化学去油清洁处理的碳钢片贴紧，然后用夹具加紧，放入高温箱式电阻炉，分别在1000，1050，1100热处理30分钟；在1050分别热处理5分钟，15分钟，30分钟，60耐蚀性测试1、前处理2、预合金化3、冶金热熔合4、性能研究EDS成分分析剪切、冲击强度测试金相分析、SEM断面分析耐蚀性测试分钟，180分钟，之后取出置于空气中冷却。金相分析将已经冷却好的试样从夹具上取下，先用力砸向地面初步检测其是否开裂，若未开裂，用数控线切割机切取一部分，用金相试样镶嵌机镶嵌，之后进行一系列抛光，然后在金相显微镜下观察。剪切强度测试在热熔合时将碳钢与已镀好的不锈钢以适当结合面积错开搭接，之后在万能电子拉伸试验机上进行拉伸试验。SEM断面分析对剪切测试之后的样品进行断面扫描，观察其断面形貌分布。3、研究成果EDS元素扫描对进行过金相分析的样品进行线扫描，了解中间脆性相的组成。3研究结果31剪切强度测试311冶金热熔合温度对冶金层结合强度的影响试样温度（）剪切强度（MPA）100010501100NI72CR16MO4P871910411112NI68CR16MO8P86089891027NI0CR16MO16P8404647791312冶金热熔合时间对冶金层结合强度的影响试样/时间MIN51530601808MO60780398985680832金相分析321冶金热熔合温度对冶金层结合强度的影响从金相照片比较可以看出，随着冶金热熔合温度的升高，中间层与不锈钢及碳钢之间的界线越来越不明显，中间层的黑色相有明显减少的趋势，因此可以认为在60分钟之前冶金层的结合强度是随温度升高而增加的，这与剪切强度数据分析结果一致。但是观察基材，发现不锈钢侧晶粒随着时间的延长有明显长大的趋势，故冶金热熔合温度增长对基材的强度也有不利影响。而且对比不锈钢与碳钢被侵蚀的程度，可以发现不锈钢的耐腐蚀能力也有下降趋势。322冶金热熔合时间对冶金层结合强度的影响从金相图片来看，在60分钟之前，随着热熔合时间的延长，中间层与不锈钢及碳钢的界线越来越不明显，中间层的黑色相有明显减少的趋势，通过EDS化学成分分析，发现中间的黑色相其实是中间脆性富P相被草酸弱电解侵蚀之后留下的空洞，因此可以认为在60分钟之前冶金层的结合强度是随时间延长而增加的，这与剪切强度数据结果基本一致。但是观察基材，发现不锈钢侧晶粒随着时间的延长有明显粗化长大的趋势，从材料物理性能与晶粒尺寸之间的关系知晶粒长大强度下降，故冶金热熔合时间过长对基材的强度有不利影响。而且对比不锈钢与碳钢被侵蚀的程度，可以发现不锈钢的耐腐蚀能力有下降趋势。33SEM分析331冶金热熔合温度对冶金层结合强度的影响比较不同热熔合温度下的SEM断面形貌图片，可以看出1100时，断面二次裂纹稍有增多，但整体与1050差别不大。332冶金热熔合时间对冶金层结合强度的影响由SEM断面形貌图片可以看出30分钟之后断面二次裂纹明显增加，有空洞出现，且空洞数量有随时间增加趋势，可以推知当冶金热熔合时间大于30分钟时结合3EDS分析，对之前金相观察后的样品进行线扫描，分析其元素分布情况。强度变差。34EDS分析，对之前金相观察后的样品进行线扫描，分析其元素分布情况。341冶金热熔合温度对冶金层结合强度的影响热熔合温度合金元素ATOMPCRFENIMO10001834225312132970173010501310161529223114103911001045198244031949622342冶金热熔合时间对冶金层结合强度的影响热熔合时间/MIN合金元素含量ATOMPCRFENIMO520361452229935067073013101615292231141039608101349562318273904研究成果本项目参加南京工业大学材料学院“创新杯”学术竞赛荣获二等奖，南京工业大学校级学术竞赛三等奖。5研究心得（1）在科技创新的道路上充满了失败，充满了错误，其关键是如何在错误中总结错误发现规律。（2）科研的目标有两个方向，一个是追求创新，另一个是追求实际应用，但最终殊途同归，最终目的是工业化应用，而创新是为工业化应用开辟一条新的道路。（3）简单问题复杂化，复杂问题简单化，使我们在遇到坎坷时的一种解决方法。（4）做科研需要多读文献却不可全信文献，真正的好东西需要探索。二、项目创新点与特色当前碳钢/不锈钢双金属复合管的制备工艺还不够成熟，同时结合强度较低，生产应用受到多方限制。此外用上述方法制备的双金属复合管，碳钢与不锈钢直接接触，一旦某处被点蚀穿孔后，形成原电池，加快腐蚀。而本课题组在目前国内外双金属复合管制备工艺基础上，创造性地将机械旋压复合与冶金复合结合在一起。在双金属层复合的基础上，进一步采用预合金化法制备NICRMOP合金中间层，通过机械旋压法对内管与外管进行挤压初步复合，然后通过电磁感应法对复合管进行局部加热，从而实现中间层的冶金热熔合，将不锈钢与碳钢牢固地结合在一起，并且能通过表面预合金化工艺参数的调整，灵活地控制冶金结合层的成分与厚度，以节约成本。三、项目成果项目申请书中的预期成果及成果提交形式公开发表论文（1）篇、专利（1）项、调查报告（）份软件、著作（）份、实物（）件、竞赛获奖（2）次其它（）项目结题时取得的成果公开发表论文（）篇、专利（）项、调查报告（）份软件、著作（）份、实物（）件、竞赛获奖（2）次其它（）项目主要研究成果情况序号成果名称（获奖名称及等级）成果形式作者（获奖者）出版社、发表刊物或颁奖单位时间（刊期）1南京工业大学材料学院“创新杯”二等奖学术竞赛徐培培南京工业大学材料学院2014062南京工业大学“创新杯”三等奖学术竞赛徐培培南京工业大学2014113456四、研究体会和心得（500字以内）（1）在科技创新的道路上充满了失败，充满了错误，其关键是如何在错误中总结错误发现规律。（2）科研的目标有两个方向，一个是追求创新，另一个是追求实际应用，但最终殊途同归，最终目的是工业化应用，而创新是为工业化应用的实现开辟一条新的道路。（3）简单问题复杂化，复杂问题简单化，使我们在遇到坎坷时的一种解决方法。（4）做科研需要多读文献却不可全信文献，真正的好东西需要探索。五、经费使用明细情况项目实际投入经费20000元项目获批总经费20000元实际使用资金20000元结余资金0元项目经费开支情况名目用途金额备注论文版面费专利申请费调研、差旅费交通卡充值200打印、复印费文件资料打印复印1000资料费购买相关书籍与文献资料1800试剂等耗材费硫酸镍、钼酸钠、柠檬酸钠、硼酸、氟化钠、浓盐酸、氯化镍、次亚磷酸钠、硫酸镍、铬酐、浓硫酸、不锈钢、镍片10000元器件、软硬件测试、小型硬件购置费等；主要是电镀所用相关设备，以及EDS与SEM等性能测试费用7000其它填表说明1本表应填写完整、内容详实、表达准确，认真如实填写表中所项目组承诺我保证上述填报内容的真实性，经费使用规范合理，项目成果无弄虚作假情况。主持人签名项目组其他成员签名无2015年04月21日指导教师意见（包括项目的组织实施、完成质量、学术水平以及推广应用价值、经费使用等情况）开展双金属复合管的研究对于石油天然气管道应用具有十分重要的应用前景。金属复合材料不仅具有传统的强度高、耐蚀性能好等特点，其突出的特点性价比高是其它材料无可比拟的，通过该创新