内复合双金属复合管在流体输送中的应用

内复合双金属复合管在流体输送中的应用

1金属复合管制造技术双金属管有两种结构：一种是外部涂层，另一种是内部合成。外包覆的双金属管大量用于装饰和结构用管,其制造技术已很成熟。在国内既有引进的外包覆双金属复合管制造技术,也有通过对引进技术翻板改造自行开发的机组。内复合双金属管则主要用在流体输送中防止有害介质对管道的腐蚀。这种管子既提高了管道的防腐蚀能力,又节约了大量的贵金属材料,从而降低了成本。因此,在石油、化工、电力、能源等行业正得到越来越广泛的应用。内复合双金属管的制造技术繁多,主要有:冷成型法、热挤压法、离心铸造法和焊接法。本文主要以在碳钢管中内复合不锈钢管为例简要介绍这些方法的工艺特点。2不锈钢焊接的使用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,然后通过机械的方法使不锈钢管紧紧的贴合在碳钢内壁上。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带,在专用的制管机上卷焊成直缝或螺旋缝不锈钢焊管。一般采用不加填充丝的钨极氩弧焊焊接对接缝。使不锈钢紧贴在碳钢内壁上可以采用拉拔、旋压和滚压等方法。图1是一种拉拔复合的专利技术。它先是将薄的不锈钢管衬管1轧制成异形管,使管径缩小,然后套入钢管内,用一拉挤模2放置在衬管一端内作轴向扩挤动作,使衬管贴合于钢管3内表面。图2是一种滚压复合的专利技术。它的技术方案是:以液压胀形或其他现有工艺方法使双金属管内外管达到小间隙配合,内外管的密切结合则通过内壁的滚压过程完成,且周向分布的滚压元件能随时自动进行径向位移补偿,同时滚压力保持稳定或基本稳定。图3是旋压复合的原理图,它类似碾轧钢管,组合好的复合坯管旋转的同时,三个呈锥形的旋轮反方向旋转并推进,由此外层碳钢管均匀地贴于不锈钢管上,形成静配合的细螺纹连结。以上介绍的这几种冷成型方法一个共同点是基层和复层间的结合完全是机械结合。因此,由于基层和复层材料的热膨胀系数不一样,使得这种双金属复合管不宜用于高温。3用空电弧重熔生产管坯这种方法是用双金属管坯进行热挤压。第一种双金属管坯可以是制造好的无缝管,即将一管套入另一根管中形成双金属管坯,如图4。日本制钢所采用这种方法生产8in以下的双金属复合管。第二种双金属管坯是将实心的内层锻坯通过紧配合置于外层坯内,采用生产单金属不锈钢管同样方法,即用同样的热挤压工艺和冷减径控制设备。日本钢管公司(NKK)在曼内斯曼轧管机上工业化生产出了中小径高合金高耐蚀性无缝复合钢管,用于输油(气)管线、化工行业等领域。第三种双金属管坯是用真空电弧重熔生产管坯。它的具体作法是将加工好的外层管与自耗电极(内管材)装配好并定心后送入专用真空电炉中,熔焊外层管管腔中的自耗电极,而成为双金属管坯。俄罗斯中央黑色冶金科研院等单位用这种管坯在周期轧管机上生产出了用于原子能发电站的双金属管。第四种方法是用粉末法制作双金属管坯,它是NybyUdeholm公司开发的,称为NUVAL(奴法尔)工艺。该工艺的工序为:用气体雾化法生产粉末→将粉末装入封壳→封壳冷等静压压实。两种合金粉末装入封壳时,要用合金进行分隔,分隔合金可以用两种合金中的一种作固定分隔层,也可以只有在装料和振动时使用中间分隔层,随后从装实的坯料里抽出中间分隔层。用热挤压生产双金属管,尤其是当复层材料为镍基合金时,往往易出现复合管壁厚波动以及在复层中产生节状裂纹,其原因是由于基层和复层两种材料的变形抗力不一样,复层变形抗力大,而基层的变形抗力小。为此,日本住友金属工业公司提出了一种新的加工工艺,它是通过一面调节管子的加热温度,一面挤压,变形抗力大的金属加热温度调节到高于小的一种,使两者变形抗力之比小于2.5,最好小于2.3。形成温差可以通过调节高频感应加热的频率,将难加工层加热到较高温度,也可通过喷冷却介质使易加工层温度低于难加工层。用热挤压法生产双金属复合管,由于在高温和高压的挤压力作用下,产生较高的断面收缩率,并在双金属结合面产生“锻压焊接效应”,从而促进两层之间快速相互扩散和广泛结合,这种结合也就是我们通常说的冶金结合。因此这种双金属管可以用于高的使用温度。当然,这种加工方法的技术难度也是比较大的。4离心铝热法制备不锈钢cf离心铸造是将两层金属液依次浇入旋转的锭模中,在离心力的作用下形成空心双金属管坯或半成品,其后经其他变形加工法制成成品。离心铸造法的难度在于控制层间氧化和两层间互混,为解决这些问题,采用的措施是:添加层间绝热熔剂;控制外层内表面温度及内层浇铸温度;内层分批浇铸;使用定量称料装置。离心铝热法也称为SHS—离心法,SHS是Sef-PropagotingHighTemperatareSynthesis的缩写。离心铝热法的实质是在离心力场中引起铝热反应,所谓铝热反应就是金属铝粉和其他金属氧化物粉末均匀的混合在一起,通过点燃而发生的非常迅速的放热反应(MeO+Al→Me+Al2O3+Q),这种方法很早就用于铁路钢轨接长焊接,称为铝热焊,1981年,日本学者小田原修成功地利用离心铝热法制备了陶瓷内衬复合管。作为国家863项目北京科技大学段辉平等利用这种方法进行了不锈钢内衬复合钢管的研究。他们根据化学配比,选取Fe2O3、CrO3、NiO和Al粉等作为原材料,充分混匀后装填在Ø89×6×100mm的碳钢管中,然后把充填铝热剂的钢管卡在离心机上,使其高速旋转,同时点燃物料,发生下列反应:Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3+836kJCrO3+2Al=Cr+Al2O3+1094kJ3NiO+2Al=3Ni+Al2O3+928kJ上述几个反应都是高热反应,反应绝热温度可接近3000K,因此产物都处于液态,在离心力作用下,产物Fe、Cr、Ni集中在靠近碳钢钢管的内壁处,形成2～3mm厚的不锈钢内衬层,Al2O3形成最内层残渣,通过机械方法除去,则制备出内衬不锈钢复合钢管,图5是制备的原理图。用离心铸造法或离心铝热法制造的双金属管基层和复层间可实现冶金结合。5带材复合焊接管像生产直缝焊管和螺旋焊管那样,也可以生产双金属直缝焊管和螺旋管。日本制钢所和NKK钢管公司采用复合钢板,用UOE法生产了直径大于8in的双金属复合焊管。在1997年召开的欧洲焊接和连接科学会议上介绍了一种带有非常薄的不锈钢层的焊接复合管。这种复合焊接管的制作方式是用爆炸法将10mm厚的不锈钢焊合在尺寸为210×1040×4100的厚碳素钢板上,然后将其轧制成1040mm宽,6～8mm厚的复合带材,其复层金属仅有0.3～0.6mm厚,且复层既可是单面的,也可是双面的。用这样的复合带材在