一種耐腐蝕鈦-鋼復(fù)合管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種耐腐蝕鈦-鋼復(fù)合管及其制備方法。耐腐蝕鈦-鋼復(fù)合管由內(nèi)層、外層以及介于內(nèi)層和外層之間的中間層構(gòu)成，其中，內(nèi)層和外層中的一個(gè)由鈦材形成，內(nèi)層和外層中的另一個(gè)由鋼質(zhì)材形成，中間層為內(nèi)層的材料和外層的材料相互間的元素?cái)U(kuò)散過(guò)渡區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明，采用熱軋或者熱擠壓方法制備的鈦-鋼無(wú)縫復(fù)合管復(fù)合率超過(guò)99％以上，剪切強(qiáng)度超過(guò)200MPa。因此，根據(jù)本發(fā)明，可實(shí)現(xiàn)鈦-鋼復(fù)合管的批量生產(chǎn)，并且具有尺寸精度高、覆層厚度均勻、環(huán)境污染小、噪音低、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢(shì)。
【專利說(shuō)明】一種耐腐蝕鈦-鋼復(fù)合管及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是鈦-鋼復(fù)合管及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]鈦-鋼復(fù)合管具有優(yōu)異的耐蝕性和顯著的經(jīng)濟(jì)性，可廣泛地應(yīng)用于石油石化、海洋工程、船舶、化工等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。鈦-鋼復(fù)合管有兩種類型，一種為有縫焊管，其生產(chǎn)采用鈦鋼復(fù)合板卷取后焊接而成；另一種為無(wú)縫復(fù)合管，其生產(chǎn)采用爆炸復(fù)合法，爆炸復(fù)合法分為內(nèi)爆法和外爆法，采用爆炸復(fù)合法生產(chǎn)的無(wú)縫鈦-鋼復(fù)合管能夠滿足結(jié)合強(qiáng)度要求。
[0003]有縫類型的鈦-鋼復(fù)合管對(duì)焊接要求較高，并且耐蝕性、力學(xué)性能及均勻性與無(wú)縫類型的鈦-鋼復(fù)合管相比均有一定差距。然而，對(duì)于無(wú)縫鈦-鋼復(fù)合管而言，無(wú)論采用內(nèi)爆法還是外爆法，均存在著成材率低、管型控制差、環(huán)境污染、噪音及安全等方面的不足。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種新型的經(jīng)濟(jì)型長(zhǎng)壽命耐腐蝕鈦-鋼復(fù)合無(wú)縫管及其制備方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種耐腐蝕鈦-鋼復(fù)合管由內(nèi)層、外層以及介于內(nèi)層和外層之間的中間層構(gòu)成，其中，內(nèi)層和外層中的一個(gè)由鈦材形成，內(nèi)層和外層中的另一個(gè)由鋼質(zhì)材形成，中間層為內(nèi)層的材料和外層的材料相互間的元素?cái)U(kuò)散過(guò)渡區(qū)域。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例,所述鈦材可以為純鈦材或鈦合金材料,所述鋼質(zhì)材可以為碳素鋼、低合金鋼或不銹鋼。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，中間層的厚度可以在2 μ m至90 μ m的范圍內(nèi)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種耐腐蝕鈦-鋼復(fù)合管的制備方法包括順序執(zhí)行的下述步驟:采用噴丸、酸洗和機(jī)械加工中的至少一種方法，對(duì)鋼管的表面和鈦管的表面進(jìn)行處理；采用電鍍、化學(xué)鍍、熱浸鍍、熱噴涂或貼敷金屬箔的方法在待復(fù)合鋼管的表面形成鍍層；將鈦管和鋼管嵌套組合得到復(fù)合管坯；采用預(yù)先加工好的環(huán)形鋼板遮蓋復(fù)合管坯的兩端，然后對(duì)復(fù)合管坯的兩端進(jìn)行焊接，并預(yù)留抽真空氣孔，然后采用真空電子束封焊法抽真空并封焊氣孔；采用無(wú)縫管的熱軋制或熱擠壓方法，對(duì)制備的復(fù)合管坯進(jìn)行熱加工以得到軋制復(fù)合管；將軋制復(fù)合管的端部切除，從而得到鈦-鋼復(fù)合管。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在鈦管的待復(fù)合表面在處理后可以涂覆二乙二醇二甲醚作為保護(hù)涂層。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，鋼管的數(shù)量可以為兩根，鈦管的數(shù)量可以為一根，其中，一根鋼管可以用作待復(fù)合鋼管，另一根鋼管可以用作嵌套鋼管。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，當(dāng)最外層鋼管為待復(fù)合鋼管時(shí)，可以采用電鍍、化學(xué)鍍、熱浸鍍、熱噴涂和貼敷金屬箔中的任一種方法在待復(fù)合鋼管的內(nèi)部形成一層金屬，可以采用碳素鋼管作為最內(nèi)層的嵌套鋼管，并且在嵌套鋼管的外表面涂覆涂料。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，當(dāng)最內(nèi)層鋼管為待復(fù)合鋼管時(shí)，采用電鍍、化學(xué)鍍、熱浸鍍、熱噴涂和貼敷金屬箔中的任一種方法在待復(fù)合鋼管的外部形成一層金屬，采用碳素鋼管作為最外層的嵌套鋼管，并且在嵌套鋼管的內(nèi)表面涂耐覆涂料。根據(jù)本發(fā)明，涂料可以為Si02、T12或么1203。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，所述制備方法還可以包括在將軋制復(fù)合管的端部切除之后，將嵌套鋼管沿著涂料分離，以得到鈦-鋼復(fù)合管。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，鋼管和鈦管的數(shù)量可以各為一根，其中，鋼管用作內(nèi)部基材并且鈦管用作外部覆材，或者，鋼管用作外部基材并且鈦管用作內(nèi)部覆材。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在熱加工工藝中，可以將復(fù)合管坯加熱到800°C?1100°c的溫度，熱軋或熱擠壓溫度可以為800°C?1050°C，終軋溫度可以大于700°C。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，所述制備方法還可以包括:在對(duì)制備的復(fù)合管坯進(jìn)行熱加工得到軋制復(fù)合管的步驟之后，執(zhí)行擴(kuò)散退火工藝，在650°C?800°C的溫度下保溫2小時(shí)?8小時(shí)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，采用熱軋或者熱擠壓方法取代爆炸法制備鈦-鋼無(wú)縫復(fù)合管，復(fù)合管的復(fù)合率超過(guò)99%以上，剪切強(qiáng)度超過(guò)200MPa。因此，根據(jù)本發(fā)明，可實(shí)現(xiàn)鈦-鋼復(fù)合管的批量生產(chǎn)，并且生產(chǎn)的鈦-鋼復(fù)合管具有尺寸精度高、覆層厚度均勻等各種方面，而且根據(jù)本發(fā)明的方法，具有環(huán)境污染小、噪音低、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢(shì)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于制造鈦-鋼復(fù)合管的復(fù)合管坯在橫截面方向的示意圖。
[0017]圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于制造鈦-鋼復(fù)合管的復(fù)合管坯在長(zhǎng)度方向的示意圖。
[0018]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的鈦-鋼復(fù)合管的擴(kuò)散過(guò)渡區(qū)的顯微組織。
[0019]圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的鈦-鋼復(fù)合管的擴(kuò)散過(guò)渡區(qū)的成分分布的示圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]在現(xiàn)有技術(shù)中，采用焊接法生產(chǎn)的有縫型鈦-鋼復(fù)合管的耐蝕性、力學(xué)性能及均勻性較差，而采用爆炸法生產(chǎn)的無(wú)縫型鈦-鋼復(fù)合管存在著成材率低、管型控制差、環(huán)境污染、噪音及安全等方面的缺點(diǎn)。為此，本發(fā)明提供了一種新型的經(jīng)濟(jì)型長(zhǎng)壽命耐腐蝕鈦-鋼復(fù)合無(wú)縫管及其制備方法。
[0021]具體地講，本發(fā)明采用了熱軋或熱擠壓法來(lái)制造鈦-鋼復(fù)合無(wú)縫管。根據(jù)本發(fā)明，與爆炸法生產(chǎn)的鈦-鋼復(fù)合管相比，采用熱軋法或熱擠壓法并結(jié)合鈦和鋼各自的金屬特性組織生產(chǎn)的鈦-鋼復(fù)合管，即能達(dá)到尺寸精度控制好、覆層可以更薄、結(jié)合強(qiáng)度更高的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的方法，對(duì)環(huán)境的要求較低，更能夠?qū)崿F(xiàn)批量連續(xù)生產(chǎn)的要求，且基材和覆層的厚度配比可較隨意地進(jìn)行組合、滿足各種復(fù)雜工況條件，且實(shí)現(xiàn)耐蝕性、長(zhǎng)壽命和經(jīng)濟(jì)型的綜合要求。
[0022]下面將詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的鈦-鋼復(fù)合無(wú)縫管。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的采用熱軋或熱擠壓制得的鈦-鋼復(fù)合無(wú)縫管，其由內(nèi)層、外層以及介于內(nèi)層和外層之間的中間層構(gòu)成，其中，內(nèi)層和外層中的一個(gè)由鈦材形成，內(nèi)層和外層中的另一個(gè)由鋼質(zhì)材形成，中間層為內(nèi)層的材料和外層的材料相互間的元素?cái)U(kuò)散過(guò)渡區(qū)域。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，用于形成內(nèi)層或外層的鈦材可以為純鈦材(TA系列)或鈦合金(TC系列)；用于形成外層或內(nèi)層的鋼質(zhì)材可以為碳素鋼、低合金鋼或各類不銹鋼；內(nèi)層和外層之間的中間層為鈦材和鋼材相互間的元素?cái)U(kuò)散過(guò)渡區(qū)域，其厚度可以為2 μ m ?90 μ m0
[0025]根據(jù)本發(fā)明的鈦-鋼復(fù)無(wú)縫合管，復(fù)合率超過(guò)99%以上，剪切強(qiáng)度超過(guò)200MPa。因此，根據(jù)本發(fā)明的鈦-鋼復(fù)合管，具有節(jié)約貴重鈦金屬資源、耐腐蝕、長(zhǎng)壽命等技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)。
[0026]下面將詳細(xì)地描述根據(jù)本本發(fā)明的鈦-鋼復(fù)合無(wú)縫管的制造方法。
[0027]根據(jù)本發(fā)明，鈦-鋼復(fù)合管由裝配加工封裝好的鈦-鋼復(fù)合坯料經(jīng)熱軋或熱擠壓工藝制得。
[0028]具體地講，根據(jù)本發(fā)明的制備鈦-鋼復(fù)合無(wú)縫管的方法，首先，采用噴丸、酸洗和機(jī)械加工等中的至少一種方法，對(duì)鋼管的表面(包括內(nèi)外表面)及鈦管的表面(包括內(nèi)外表面)進(jìn)行處理，以去除各管表面的氧化物、鈍化膜及其它污物，其中，鈦管的待復(fù)合表面在酸洗活化后必須涂覆諸如二乙二醇二甲醚的保護(hù)涂層，以避免二次鈍化。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例，可以準(zhǔn)備長(zhǎng)度相等的兩根鋼管和一根鈦管，其中，一根鋼管用于形成鈦-鋼復(fù)合管的內(nèi)層或外層，另一根鋼管用作在形成鈦-鋼復(fù)合管的過(guò)程中使用的嵌套鋼管并且會(huì)在制造過(guò)程中去除(或分離)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例，可以準(zhǔn)備長(zhǎng)度相等的一根鋼管和一根鈦管，其中，鋼管用作復(fù)合管的內(nèi)層(即，內(nèi)部基材)，鈦管用作復(fù)合管的外層(即，外部覆材)。
[0029]根據(jù)本發(fā)明，可采用機(jī)械噴丸的方法對(duì)鋼管或鈦管的待復(fù)合表面先進(jìn)行預(yù)處理。關(guān)于化學(xué)清洗和酸洗方法，對(duì)于鋼管材料的表面處理，可以首先采用本領(lǐng)域已知的方法(例如，使用堿性溶液)去除中附著在管坯(包括鋼管和鈦管)上的油污，然后選用適合的溶液對(duì)鋼管進(jìn)行除銹處理和活化處理。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例，可以將質(zhì)量百分比濃度為10% ( BP, 1wt% )的NaOH溶液加熱至80°C?90°C的溫度，然后用NaOH溶液浸洗或擦洗鋼管5分鐘?10分鐘，直至油污去除。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，在去除管坯上的油污之后，對(duì)于碳素鋼管或低合金鋼管而言，可以選用1wt%?20被％的H2SO4溶液并加熱至30°C?50°C對(duì)鋼管浸洗10-30分鐘。根據(jù)本發(fā)明的又一示例性實(shí)施例，在去除管還上的油污之后，對(duì)于不銹鋼管而言，可以選用1wt %?2(^1:%的HNO3溶液與2wt%?4wt%的HF的混合溶液，并將混合溶液加熱至50°C?60°C進(jìn)行酸洗活化處理。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，對(duì)于鈦管，可進(jìn)行鹽浴處理熱鱗皮。鈦管的酸洗可在70wt% HN03+60wt%HF按照5:1?15:1的比例混合后的溶液中加熱至45°C?70°C浸洗20-30分鐘。由于鈦的金屬活性較大，為了避免二次鈍化，鈦管酸洗后應(yīng)盡快涂覆保護(hù)涂層(例如，涂覆二乙二醇二甲醚)，在封裝前去除該涂層。然而，本發(fā)明不限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的教導(dǎo)下選用合適的方法對(duì)原材料進(jìn)行去污、酸洗和活化處理。
[0030]接著，采用電鍍、化學(xué)鍍、熱浸鍍、熱噴涂或貼敷金屬箔的方法在待復(fù)合鋼管的表面形成(即，增加)一層金屬或合金以形成鍍層，以使用作內(nèi)層和外層的鋼管和鈦管在軋制過(guò)程中通過(guò)過(guò)渡金屬或合金的擴(kuò)散作用形成良好的冶金結(jié)合。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，鍍層的厚度可以為5 μ m?80 μ m。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，形成在待復(fù)合鋼管的表面的鍍層可以由鎳(Ni)、鑰(Mo)、銅(Cu)、鐵(Fe)或它們的任一種合金形成。
[0031]然后，將鈦管和鋼管嵌套組合得到復(fù)合管坯。在使用兩根鋼管的情況下，復(fù)合管坯從內(nèi)到外依次為鋼管、鈦管、鋼管三種管材，兩個(gè)鋼管分別為待復(fù)合鋼管和嵌套鋼管；在使用一根鋼管的情況下，復(fù)合管坯從內(nèi)到外依次為鋼管和鈦管兩種管材，其中，管與管之間可以為間隙配合、過(guò)渡配合和過(guò)盈配合中的任意一種。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在該步驟中，當(dāng)最外層鋼管為待復(fù)合鋼管時(shí)，采用電鍍、化學(xué)鍍、熱浸鍍、熱噴涂和貼敷金屬箔中的任一種方法在待復(fù)合鋼管的內(nèi)部形成一層金屬，而作為最內(nèi)層的嵌套鋼管則采用碳素鋼管，其外表面涂耐高溫隔離涂料Si02、Ti02* Al2O3，以便于鈦管與嵌套鋼管在熱軋之后的分離。另一方面，當(dāng)最內(nèi)層鋼管為待復(fù)合鋼管時(shí)，則采用電鍍、化學(xué)鍍、熱浸鍍、熱噴涂和貼敷金屬箔中的任一種方法在待復(fù)合鋼管的外部形成(即，增加)一層金屬，而作為最外層的嵌套鋼管采用碳素鋼管，其內(nèi)表面涂耐高溫隔離涂料Si02、Ti02*Al203，以便于鈦管與嵌套鋼管在熱軋之后的分離。
[0032]接下來(lái)，采用預(yù)先加工好的環(huán)形鋼板(見(jiàn)圖2中的標(biāo)號(hào)6)遮蓋組合好的復(fù)合管坯的兩端，然后對(duì)復(fù)合管坯的兩端進(jìn)行焊接，并預(yù)留抽真空氣孔，然后采用真空電子束封焊法抽真空并封焊氣孔。
[0033]然后，采用無(wú)縫管的熱軋制或熱擠壓方法，對(duì)制備的復(fù)合管坯進(jìn)行熱加工以得到軋制復(fù)合管，其中，在熱加工工藝中，將復(fù)合管坯加熱到800°C?1100°C的溫度，熱軋或熱擠壓溫度為800°C?1050°C，終軋溫度大于700°C。
[0034]最后，將軋制復(fù)合管的端部切除，并將嵌套鋼管沿著耐高溫涂料分離，即可得到根據(jù)本發(fā)明的鈦-鋼復(fù)合無(wú)縫管。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的制備鈦-鋼復(fù)合無(wú)縫管的方法，為了提高復(fù)合管的鈦鋼結(jié)合效果，還可以在對(duì)制備的復(fù)合管坯進(jìn)行熱加工得到軋制復(fù)合管的步驟之后，增加擴(kuò)散退火工藝，在650°C?800°C的溫度下保溫2小時(shí)?8小時(shí)。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的制備鈦-鋼復(fù)合無(wú)縫管的方法，為了簡(jiǎn)化生產(chǎn)工序，可以省略嵌套鋼管的設(shè)置，在這種情況下，可以在鈦材的與空氣接觸的一側(cè)涂覆防氧化涂層。
[0037]下面將詳細(xì)地解釋根據(jù)本發(fā)明的鈦-鋼復(fù)合無(wú)縫管具有優(yōu)異的耐腐蝕性的原理。
[0038]就鋼管和鈦管而言，這兩種材料的結(jié)合可以為機(jī)械結(jié)合或化學(xué)冶金結(jié)合。機(jī)械結(jié)合只是通過(guò)外力將二者連接，只有通過(guò)這兩種材料在結(jié)合面形成化學(xué)過(guò)渡層，其二者的結(jié)合才能經(jīng)過(guò)服役載荷的長(zhǎng)期考核而難破壞。形成這種化學(xué)過(guò)渡層需要兩個(gè)條件，一是在兩種材料緊密結(jié)合，二是在高溫和壓力下保持，便于化學(xué)元素?cái)U(kuò)散。金屬材料的軋制過(guò)程正好滿足上述條件，在高溫條件軋制壓力的作用下，可以使兩種金屬發(fā)生元素?cái)U(kuò)散形成冶金結(jié)合層而焊合。
[0039]由于金屬鈦與鋼中的碳、氮等元素會(huì)發(fā)生反應(yīng)，形成金屬間化合物，使界面的結(jié)合力降低，使得擴(kuò)散焊合效果不佳。為此，可采用在兩種金屬(即，鈦材與鋼質(zhì)材)之間增加過(guò)渡層，使之與這兩種金屬均可以較好地?cái)U(kuò)散熔合。一方面，通過(guò)電鍍、熱浸鍍、熱噴涂或者增加金屬箔片的方式，在復(fù)合管的內(nèi)部材料(即，內(nèi)層)增加一層金屬過(guò)渡，這一過(guò)渡金屬層或合金層可以在軋制的加熱過(guò)程就發(fā)生擴(kuò)散，且加熱時(shí)間一般遠(yuǎn)多于軋制時(shí)間，過(guò)渡金屬在內(nèi)部金屬的擴(kuò)散效果和擴(kuò)散距離較好。另一方面，由于優(yōu)選過(guò)渡金屬層，其在軋制過(guò)程與鈦金屬的擴(kuò)散效果也比鋼本身好，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)渡金屬、鈦金屬和鋼三者的良好擴(kuò)散熔合。
[0040]在相同的溫度和軋制條件下，鈦和鋼的金屬流變行為相差較大，對(duì)于鈦鋼雙層金屬的軋制變形控制難度較大。將鈦管和鋼管嵌套組合，從內(nèi)到外依次為鋼管、鈦管、鋼管三種管材，將鈦層置于內(nèi)外鋼管的中間，限制鈦金屬的流動(dòng)，可使鈦和鋼的變形行為差異降至較小程度，從而有利于鈦鋼復(fù)合管軋制的批量化生產(chǎn)。
[0041]下面將參照附圖結(jié)合具體的示例實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明。
[0042]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的用于制造鈦-鋼復(fù)合管的復(fù)合管坯在橫截面方向的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的用于制造鈦-鋼復(fù)合管的復(fù)合管坯在長(zhǎng)度方向的示意圖。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的鈦-鋼復(fù)合管的擴(kuò)散過(guò)渡區(qū)的顯微組織。圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的鈦-鋼復(fù)合管的擴(kuò)散過(guò)渡區(qū)的成分分布的示圖。
[0043]實(shí)施例1
[0044]如圖1至圖3所示，一種采用熱加工法得到內(nèi)襯式鈦-鋼復(fù)合管的方法，按照以下步驟進(jìn)行。
[0045](I)分別準(zhǔn)備長(zhǎng)度相等的兩根無(wú)縫鋼管1、3和一根無(wú)縫鈦管2，其中，第一鋼管I作為基材(以下稱作“基材鋼管I”)，鈦管2作為覆材(以下稱作“覆材鈦管2”)，第二鋼管3作為內(nèi)嵌蓋管。基材鋼管I的內(nèi)徑要略微大于覆材鈦管2的外徑，覆材鈦管2的內(nèi)徑要略微大于第二鋼管3的外徑。作為內(nèi)嵌蓋管的第二鋼管3的厚度尺寸在1mm?50mm之間，基材鋼管I與覆材鈦管2的厚度按照需求配比。
[0046](2)對(duì)基材鋼管I的表面進(jìn)行除銹及除氧化層處理，并在基材鋼管I的內(nèi)表面電鍍Ni作為中間層(過(guò)渡層)4，電鍍時(shí)間為1.5h ;將覆材鈦管2浸入酸洗液為HF+HN03混合水溶液中進(jìn)行活化處理，酸洗完成后用清水沖洗，再放入NaOH和H2O2的混合水溶液中浸泡5min?lOmin。最后,在第二鋼管3的內(nèi)表面涂上S12涂料作為隔離層5。
[0047](3)將覆材鈦管2嵌套進(jìn)基材鋼管I中，再將第二鋼管3嵌套進(jìn)覆材鈦管2中，組裝成從內(nèi)到外(或從外到內(nèi))依次為鋼管-隔離層-鈦管-過(guò)渡層-鋼管的三種鋼管多層組合坯料。采用加工好的預(yù)留抽真空氣孔的環(huán)形鋼板6遮蓋組合坯料的兩端，然后對(duì)兩端進(jìn)行焊接，保證焊肉7無(wú)夾雜、無(wú)裂紋且無(wú)氣眼。
[0048](4)將氬弧焊焊好的坯料放入真空電子束焊機(jī)中，利用機(jī)械泵和擴(kuò)散泵進(jìn)行抽真空后，真空度達(dá)到IPa以下。再用堵頭將抽氣孔8堵住，最后用電子束焊槍將堵頭與環(huán)形鋼板6空隙處焊合，保證此處不漏氣。
[0049](5)抽真空合格后，將組裝好的管坯放入加熱爐中，加熱溫度為890°C;再利用熱連軋機(jī)進(jìn)行多道次軋制得到軋制復(fù)合管，總壓下量> 75%，其中，要控制第一道次變形量大于25%。
[0050](6)切除軋制復(fù)合管的端部后將內(nèi)層鋼管剝離，即可得到外部為鋼材、內(nèi)部為鈦材的鈦-鋼復(fù)合管。
[0051]經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明所得產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)可達(dá)到:
[0052]a.界面結(jié)合率:99.2%?100% (GB8547 要求:95%?100% )；
[0053]b.界面剪切強(qiáng)度:220MPa?270MPa (GB8547要求:O類復(fù)合板彡196MPa, I, 2類復(fù)合板彡138MPa)；
[0054]c.冶金結(jié)合區(qū)的厚度為7.2 μ m。
[0055]圖3示出了實(shí)施例1得到的鋼管的結(jié)合區(qū)的顯微組織，圖4示出了實(shí)施例1得到的鋼管的化學(xué)成分分布。
[0056]實(shí)施例2
[0057]一種采用熱加工法得到鈦-鋼復(fù)合管的方法，按照以下步驟進(jìn)行。
[0058](I)分別準(zhǔn)備長(zhǎng)度相等的兩根無(wú)縫鋼管和一根無(wú)縫鈦管，其中，一根鋼管作為內(nèi)部基材，鈦管作為中間覆材，另一根鋼管作為外嵌蓋管。
[0059](2)對(duì)基材內(nèi)鋼管的外表面進(jìn)行除銹及除氧化層處理，并在基材鋼管的外表面熱噴涂上一層N1-Cu合金，比例為Ni85-Cul5，熱噴涂的厚度為10 μ m-20 μ m ;將覆材鈦管浸入酸洗液為HF+HN03混合水溶液中進(jìn)行活化處理，酸洗完成后用清水沖洗，再放入NaOH和H2O2的混合水溶液中浸泡5min?lOmin。最后，在內(nèi)鋼管的外表面涂上T12涂料作為隔離層。
[0060](3)三種管之間通過(guò)機(jī)械復(fù)合方式結(jié)合，兩兩之間的尺寸公差均為過(guò)盈配合，從而組裝成從內(nèi)到外依次為鋼管-過(guò)渡層-鈦管-隔離層-鋼管三種鋼管多層組合坯料。采用加工好的預(yù)留抽真空氣孔的環(huán)形鋼板遮蓋兩端，然后對(duì)兩端進(jìn)行焊接，保證焊肉無(wú)夾雜、無(wú)裂紋、無(wú)氣眼。
[0061](4)將氬弧焊焊好的坯料放入真空電子束焊機(jī)中，利用機(jī)械泵和擴(kuò)散泵進(jìn)行抽真空后，真空度達(dá)到lOO—ipa。再用堵頭將抽氣孔堵住，最后用電子束焊槍將堵頭與環(huán)形鋼板空隙處焊合，保證此處不漏氣。
[0062](5)抽真空合格后，將組裝好的管坯放入加熱爐中，加熱溫度為950°C;再利用軋機(jī)進(jìn)行多道次軋制，總壓下量不低于80%。
[0063](6)對(duì)制得的材料進(jìn)行擴(kuò)散退火，溫度為690°C，保溫6hr。
[0064](7)切除端部后將內(nèi)層鋼管剝離，即可得到鈦-鋼復(fù)合管。
[0065]經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明所得產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)可達(dá)到:
[0066]a.界面結(jié)合率:99.5% ；
[0067]b.界面剪切強(qiáng)度:236MPa ；
[0068]c.冶金結(jié)合區(qū)的厚度為12.5 μ m。
[0069]實(shí)施例3
[0070]一種采用熱加工法得到鈦-鋼復(fù)合管的方法，按照以下步驟進(jìn)行。
[0071 ] (I)分別準(zhǔn)備長(zhǎng)度相等的I根無(wú)縫304不銹鋼鋼管和I根無(wú)縫TA2鈦管，其中，鋼管作為內(nèi)部基材(以下亦稱作“基材鋼管”)，鈦管作為外部覆材(以下亦稱作“覆材鈦管”)。
[0072](2)對(duì)基材鋼管的外表面進(jìn)行除銹及除氧化層處理，并在基材鋼管的外表面貼上一層0.05mm厚的Mo箔；將覆材鈦管浸入酸洗液為HF+HN03混合水溶液中進(jìn)行活化處理，酸洗完成后用清水沖洗，再放入NaOH和H2O2的混合水溶液中浸泡5min?lOmin。最后，在鈦管的外表面涂上防氧化涂層。
[0073](3)兩種管之間通過(guò)機(jī)械復(fù)合方式結(jié)合而得到復(fù)合管坯，公差均為過(guò)盈配合。采用加工好的預(yù)留抽真空氣孔的環(huán)形鋼板遮蓋復(fù)合管坯的兩端，然后對(duì)復(fù)合管坯的兩端進(jìn)行焊接，保證焊肉無(wú)夾雜、無(wú)裂紋且無(wú)氣眼。
[0074](4)將氬弧焊焊好的坯料放入真空電子束焊機(jī)中，利用機(jī)械泵和擴(kuò)散泵進(jìn)行抽真空后，真空度達(dá)到IPa以下。再用堵頭將抽氣孔堵住，最后用電子束焊槍將堵頭與環(huán)形鋼板空隙處焊合，保證此處不漏氣。
[0075](5)抽真空合格后，將組裝好的管坯放入加熱爐中，加熱溫度為870°C;再利用擠壓機(jī)進(jìn)行多道次擠壓成型。
[0076](6)對(duì)制得的材料進(jìn)行擴(kuò)散退火，溫度為710°C，保溫4hr，即得鈦-鋼復(fù)合無(wú)縫管。
[0077]經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明所得產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)可達(dá)到:
[0078]a.界面結(jié)合率:99.1% ；
[0079]b.界面剪切強(qiáng)度:215MPa ；
[0080]c.冶金結(jié)合區(qū)的厚度為55 μ m。
[0081]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3得到的鈦-鋼復(fù)合管，可應(yīng)用于內(nèi)部輸油氣、外部接觸流動(dòng)海水的極端惡劣工況條件。具有節(jié)約貴重鈦金屬資源、耐腐蝕、長(zhǎng)壽命等技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)。
[0082]因此，本發(fā)明可取得如下的有益效果:
[0083]1.采用熱軋或者熱擠壓方法取代爆炸法制備鈦-鋼無(wú)縫復(fù)合管，提高了生產(chǎn)效率，可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，并且具有尺寸精度高，覆層厚度均勻，環(huán)境污染小，噪音低，生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢(shì)；
[0084]2.采用電鍍、化學(xué)鍍或熱噴涂的方法鍍金屬中間層(N1、Mo、Fe、Cu等)，一方面節(jié)約了中間層金屬的使用；另一方面能夠使管材變形一致性更好，結(jié)合效率更高，結(jié)合性能更優(yōu)異；
[0085]3.采用真空電子束封焊的方法取代安裝通氣孔，用普通真空泵抽氣的方法，能夠使得內(nèi)部真空度更高，焊縫處強(qiáng)度更高，密封效果更好；
[0086]4.本發(fā)明適用性高，可操作性強(qiáng)，適用于多種鈦鋼復(fù)合管的生產(chǎn)；
[0087]5.本發(fā)明所得產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)可達(dá)到:a.界面結(jié)合率達(dá)99%?100%;b.界面剪切強(qiáng)度達(dá)210MPa?280MPa。
[0088]已經(jīng)在此公開(kāi)了示例實(shí)施例，雖然采用了特定的術(shù)語(yǔ)，但是僅以普通的和描述性的含義來(lái)使用和解釋它們，而不是出于限制的目的。在一些情況下，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將清楚的，自提交本申請(qǐng)之時(shí)起，結(jié)合具體的實(shí)施例描述的特征、特性和/或元件可以單獨(dú)地使用或者與結(jié)合其它實(shí)施例描述的特征、特性和/或元件組合使用，除非另有特別指明。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離如權(quán)利要求所闡述的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做出形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。
【權(quán)利要求】
1.一種耐腐蝕鈦-鋼復(fù)合管，其特征在于，所述耐腐蝕鈦-鋼復(fù)合管由內(nèi)層、外層以及介于內(nèi)層和外層之間的中間層構(gòu)成，其中，內(nèi)層和外層中的一個(gè)由鈦材形成，內(nèi)層和外層中的另一個(gè)由鋼質(zhì)材形成，中間層為內(nèi)層的材料和外層的材料相互間的元素?cái)U(kuò)散過(guò)渡區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐腐蝕鈦-鋼復(fù)合管，其特征在于所述鈦材為純鈦材或鈦合金材料，所述鋼質(zhì)材為碳素鋼、低合金鋼或不銹鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐腐蝕鈦-鋼復(fù)合管，其特征在于中間層的厚度在2μ m至90 μ m的范圍內(nèi)。
4.一種耐腐蝕鈦-鋼復(fù)合管的制備方法，其特征在于所述制備方法包括順序執(zhí)行的下述步驟: 采用噴丸、酸洗和機(jī)械加工中的至少一種方法，對(duì)鋼管的表面和鈦管的表面進(jìn)行處理； 采用電鍍、化學(xué)鍍、熱浸鍍、熱噴涂或貼敷金屬箔的方法在待復(fù)合鋼管的表面形成鍍層； 將鈦管和鋼管嵌套組合得到復(fù)合管坯； 采用預(yù)先加工好的環(huán)形鋼板遮蓋復(fù)合管坯的兩端，然后對(duì)復(fù)合管坯的兩端進(jìn)行焊接，并預(yù)留抽真空氣孔，然后采用真空電子束封焊法抽真空并封焊氣孔； 采用無(wú)縫管的熱軋制或熱擠壓方法，對(duì)制備的復(fù)合管坯進(jìn)行熱加工以得到軋制復(fù)合管； 將軋制復(fù)合管的端部切除，從而得到鈦-鋼復(fù)合管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于在鈦管的待復(fù)合表面在處理后涂覆保護(hù)涂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于鋼管的數(shù)量為兩根，鈦管的數(shù)量為一根，其中，一根鋼管用作待復(fù)合鋼管，另一根鋼管用作嵌套鋼管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于當(dāng)最外層鋼管為待復(fù)合鋼管時(shí)，采用電鍍、化學(xué)鍍、熱浸鍍、熱噴涂和貼敷金屬箔中的任一種方法在待復(fù)合鋼管的內(nèi)部形成一層金屬，采用碳素鋼管作為最內(nèi)層的嵌套鋼管，并且在嵌套鋼管的外表面涂覆涂料， 當(dāng)最內(nèi)層鋼管為待復(fù)合鋼管時(shí)，采用電鍍、化學(xué)鍍、熱浸鍍、熱噴涂和貼敷金屬箔中的任一種方法在待復(fù)合鋼管的外部形成一層金屬，采用碳素鋼管作為最外層的嵌套鋼管，并且在嵌套鋼管的內(nèi)表面涂耐覆涂料， 其中，涂料為Si02、T12或Al2O3, 其中，所述制備方法還包括在將軋制復(fù)合管的端部切除之后，將嵌套鋼管沿著涂料分離，以得到鈦-鋼復(fù)合管。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于鋼管和鈦管的數(shù)量各為一根，其中，鋼管用作內(nèi)部基材并且鈦管用作外部覆材，或者鋼管用作外部基材并且鈦管用作內(nèi)部覆材。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于在熱加工工藝中，將復(fù)合管坯加熱到800°C?1100°C的溫度，熱軋或熱擠壓溫度為800°C?1050°C，終軋溫度大于700°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述制備方法還包括:在對(duì)制備的復(fù)合管坯進(jìn)行熱加工得到軋制復(fù)合管的步驟之后，執(zhí)行擴(kuò)散退火工藝，在650°C?800°C的溫度下保溫2小時(shí)?8小時(shí)。
【文檔編號(hào)】F16L9/02GK104235517SQ201410445983
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】蘇航, 潘濤, 沈俊昶, 楊才福, 柴希陽(yáng), 孫新軍, 柴鋒 申請(qǐng)人:鋼鐵研究總院, 中聯(lián)先進(jìn)鋼鐵材料技術(shù)有限責(zé)任公司