本發(fā)明涉及復(fù)合管材制備領(lǐng)域，具體涉及一種鈦銅鋼三層金屬?gòu)?fù)合翅片管材及其制備工藝。
背景技術(shù)：
翅片管主要用于電力、機(jī)械、冶金、化工、紡織、造紙、以及工業(yè)和民用采暖燃煤鍋爐的省煤器管道。目前，該產(chǎn)品主要為ND鋼材質(zhì)，由于所處環(huán)境溫度超過(guò)400℃，同時(shí)存在大量SO2等酸性氣體，翅片管的耐蝕問(wèn)題待解決。目前常用的方案均是采用耐蝕合金，但成本較高，很難滿足工業(yè)需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問(wèn)題，提供一種鈦銅鋼三層金屬?gòu)?fù)合翅片管材及其制備工藝，本發(fā)明能夠一次性制備出壁厚均勻、表面光滑、延伸率高的金屬?gòu)?fù)合管材，所用設(shè)備投資少、生產(chǎn)效率高、加工成本低。
為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種鈦銅鋼三層金屬?gòu)?fù)合翅片管材，包括基管，所述基管由從內(nèi)向外依次設(shè)置的鋼層、銅層和鈦層復(fù)合制成，所述基管表面還設(shè)置有翅片，所述翅片由基管的本體軋制形成，所述基管和翅片外表面上還設(shè)置有氮化鈦涂層。
制備一種鈦銅鋼三層金屬?gòu)?fù)合翅片管材的工藝，包括以下步驟：
步驟1)選用鈦管和鋼棒作為基材，對(duì)鈦管的內(nèi)表面和鋼棒外表面進(jìn)行清潔處理，得到表面光亮的鈦管基體和鋼棒基體；
步驟2)對(duì)鋼棒基體外表面進(jìn)行金屬鍍層處理，將銅層鍍?cè)O(shè)在鋼棒基體上，得到鍍銅鋼棒；
步驟3)將鍍銅鋼棒插入鈦管基體中，用拉管機(jī)將鈦管基體和鍍銅鋼棒拉拔至兩者貼合，成為復(fù)合棒材，并排出鈦管基體和鍍銅鋼棒中間的空氣，在復(fù)合棒材兩端采用氬弧焊焊接密封；
步驟4)將復(fù)合棒材用感應(yīng)線圈加熱，采用斜軋穿孔機(jī)將復(fù)合棒材穿孔軋制成復(fù)合管材，采用斜軋穿孔機(jī)時(shí)，會(huì)對(duì)復(fù)合棒材產(chǎn)生兩個(gè)力，一個(gè)位于復(fù)合棒材外表面并朝向中心，另一個(gè)位于復(fù)合棒材內(nèi)部中心并朝向外表面，兩個(gè)作用力的相互軋制有效的壓縮復(fù)合管材壁厚和密度，使得連接強(qiáng)度高，結(jié)合度好，并且厚度一次成型；
步驟5)將復(fù)合管材在臥式旋壓機(jī)上旋壓出翅片，得到半成品；
步驟6)將半成品放入氮?dú)猸h(huán)境中加熱，使復(fù)合管材表面表面生成氮化鈦涂層，得到復(fù)合翅片管。
進(jìn)一步的，所述步驟1中的清潔處理為除油、打磨和拋光，除油時(shí)，先噴涂清潔液，然后通過(guò)高壓風(fēng)機(jī)將清潔液吹除，鈦管直徑40至100mm，壁厚5至20mm，鋼棒直徑30至80mm。
進(jìn)一步的，所述步驟2中銅層的鍍?cè)O(shè)厚度為20至150μm，能夠有效的起到連接層的作用，并且復(fù)合時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的無(wú)法反應(yīng)的銅而影響復(fù)合效果，鍍膜的方式使得銅層能夠均勻且有效的包覆在鋼棒表面，在復(fù)合時(shí)，保證每一處的結(jié)合效果均一致，保證復(fù)合層之間不會(huì)因結(jié)合度不一致而出現(xiàn)分層現(xiàn)象。
進(jìn)一步的，所述步驟3中鍍銅鋼棒的外徑小于鈦管的內(nèi)徑，范圍為0.5至2mm。
進(jìn)一步的，所述步驟4中復(fù)合棒材用感應(yīng)線圈加熱溫度為800至1000℃，加熱時(shí)間為10至30min，復(fù)合管材的外徑為45至110mm，壁厚為4至8mm。
進(jìn)一步的，所述步驟5中軋制的翅片的高度為1至2mm，半成品的壁厚為4至6mm。
進(jìn)一步的，所述步驟6中將半成品放入99.99％的氮?dú)猸h(huán)境中，并加熱到900至1100℃，加熱時(shí)間為5至10min，氮?dú)馀c半成品外表面的鈦層反應(yīng)生成氮化鈦涂層。
本發(fā)明的有益效果是:
1、本方法先將鋼棒與太棒通過(guò)銅層貼合在一起，然后再采用感應(yīng)加熱和斜扎穿孔工藝制備三層金屬?gòu)?fù)合管材，其加熱和穿孔效率高，穿孔時(shí)變形量大，延伸率高，成品內(nèi)部組織致密度顯著提高，提高了管坯性能。
2、采用三層材料復(fù)合，在內(nèi)層鋼棒外側(cè)鍍銅，使外層鈦與中間銅層、內(nèi)層鋼與中間銅層生成單相固溶體，有效防止脆性相的生成，保證各界面的結(jié)合強(qiáng)度。
3、采用將鈦、銅、鋼復(fù)合金屬翅片管放入氮?dú)猸h(huán)境中加熱，使復(fù)合管材表面表面生成氮化鈦涂層，該涂層具有高耐磨性高耐沖擊性，大幅度減少了翅片管材的外部磨損。
4、采用上述方法制備的復(fù)合翅片管材通過(guò)一次性加熱穿孔復(fù)合成形，得到的壁厚均勻、表面光滑、延伸率高，所用設(shè)備投資少、生產(chǎn)效率高、加工成本低，并且能夠適用于生產(chǎn)直徑小于60mm、壁厚小于5mm、且長(zhǎng)度大于6m以上的管材，是一種全新的翅片管生產(chǎn)工藝，針對(duì)高溫惡劣環(huán)境下使用的翅片管也能夠低成本的批量生產(chǎn)，大大滿足市場(chǎng)需要。
上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。本發(fā)明的具體實(shí)施方式由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。
附圖說(shuō)明
為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發(fā)明的管材結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明主要用于制備一種鈦銅鋼三層金屬?gòu)?fù)合翅片管材，復(fù)合翅片管材由基管1和基管上的翅片2組成，基管與翅片一體成型制備，基管由從內(nèi)向外依次設(shè)置的鋼層3、銅層4和鈦層5復(fù)合制成，翅片由基管的本體軋制形成，基管和翅片外表面上還設(shè)置有氮化鈦涂層，以大幅度減少了翅片管材的外部磨損，保證翅片管材的使用耐久度，提高使用壽命。
實(shí)施例1
制備外徑為50mm，壁厚為5mm的鈦、銅、鋼三層金屬?gòu)?fù)合翅片管材
步驟1)選用直徑為45mm的鈦管和直徑為30mm的鋼棒作為基材，其中，鈦管內(nèi)徑比鋼棒外徑大1mm，對(duì)鈦管的內(nèi)表面和鋼棒外表面進(jìn)行清潔處理，得到表面光亮的鈦管基體和鋼棒基體；
步驟2)對(duì)鋼棒基體外表面進(jìn)行金屬鍍層處理，將銅層鍍?cè)O(shè)在鋼棒基體上，得到鍍銅鋼棒，銅層厚度為30μm；
步驟3)將鍍銅鋼棒插入鈦管基體中，用拉管機(jī)將鈦管基體和鍍銅鋼棒拉拔至兩者貼合，成為復(fù)合棒材，并排出鈦管基體和鍍銅鋼棒中間的空氣，在復(fù)合棒材兩端采用氬弧焊焊接密封；
步驟4)將復(fù)合棒材用感應(yīng)線圈加熱，加熱溫度850℃，加熱時(shí)間為10min，采用斜軋穿孔機(jī)將復(fù)合棒材穿孔軋制成復(fù)合管材；
步驟5)將復(fù)合管材在臥式旋壓機(jī)上旋壓出翅片，軋制翅片的高度為1mm，得到半成品，其中半成品的長(zhǎng)度為5m、厚度為4mm；
步驟6)將半成品放入氮?dú)猸h(huán)境中加熱，加熱溫度900，加熱時(shí)間為5min，使復(fù)合管材表面表面生成氮化鈦涂層，得到復(fù)合翅片管。
實(shí)施例2
制備外徑為60mm，壁厚為8mm的鈦、銅、鋼三層金屬?gòu)?fù)合翅片管材
步驟1)選用直徑為55mm的鈦管和直徑為40mm的鋼棒作為基材，其中，鈦管內(nèi)徑比鋼棒外徑大1.5mm，對(duì)鈦管的內(nèi)表面和鋼棒外表面進(jìn)行清潔處理，得到表面光亮的鈦管基體和鋼棒基體；
步驟2)對(duì)鋼棒基體外表面進(jìn)行金屬鍍層處理，將銅層鍍?cè)O(shè)在鋼棒基體上，得到鍍銅鋼棒，銅層厚度為50μm；
步驟3)將鍍銅鋼棒插入鈦管基體中，用拉管機(jī)將鈦管基體和鍍銅鋼棒拉拔至兩者貼合，成為復(fù)合棒材，并排出鈦管基體和鍍銅鋼棒中間的空氣，在復(fù)合棒材兩端采用氬弧焊焊接密封；
步驟4)將復(fù)合棒材用感應(yīng)線圈加熱，加熱溫度900℃，加熱時(shí)間為20min，采用斜軋穿孔機(jī)將復(fù)合棒材穿孔軋制成復(fù)合管材；
步驟5)將復(fù)合管材在臥式旋壓機(jī)上旋壓出翅片，軋制翅片的高度為1.5mm，得到半成品，其中半成品的長(zhǎng)度為6m、厚度為5mm；
步驟6)將半成品放入氮?dú)猸h(huán)境中加熱，加熱溫度980，加熱時(shí)間為8min，使復(fù)合管材表面表面生成氮化鈦涂層，得到復(fù)合翅片管。
實(shí)施例3
制備外徑為80mm，壁厚為10mm的鈦、銅、鋼三層金屬?gòu)?fù)合翅片管材
步驟1)選用直徑為75mm的鈦管和直徑為60mm的鋼棒作為基材，其中，鈦管內(nèi)徑比鋼棒外徑大2mm，對(duì)鈦管的內(nèi)表面和鋼棒外表面進(jìn)行清潔處理，得到表面光亮的鈦管基體和鋼棒基體；
步驟2)對(duì)鋼棒基體外表面進(jìn)行金屬鍍層處理，將銅層鍍?cè)O(shè)在鋼棒基體上，得到鍍銅鋼棒，銅層厚度為100μm；
步驟3)將鍍銅鋼棒插入鈦管基體中，用拉管機(jī)將鈦管基體和鍍銅鋼棒拉拔至兩者貼合，成為復(fù)合棒材，并排出鈦管基體和鍍銅鋼棒中間的空氣，在復(fù)合棒材兩端采用氬弧焊焊接密封；
步驟4)將復(fù)合棒材用感應(yīng)線圈加熱，加熱溫度1000℃，加熱時(shí)間為30min，采用斜軋穿孔機(jī)將復(fù)合棒材穿孔軋制成復(fù)合管材；
步驟5)將復(fù)合管材在臥式旋壓機(jī)上旋壓出翅片，軋制翅片的高度為2mm，得到半成品，其中半成品的長(zhǎng)度為8m、厚度為9mm；
步驟6)將半成品放入氮?dú)猸h(huán)境中加熱，加熱溫度1100℃，加熱時(shí)間為10min，使復(fù)合管材表面表面生成氮化鈦涂層，得到復(fù)合翅片管。
上述三個(gè)實(shí)施例，在步驟1中的清潔處理為除油、打磨和拋光，除油時(shí)，先噴涂清潔液，然后通過(guò)高壓風(fēng)機(jī)將清潔液混合著溶解的油液吹除，保證表面清潔度，避免復(fù)合時(shí)產(chǎn)生雜質(zhì)，提高復(fù)合牢固度，其中清潔液由100份的水、3份的丁二醇、5份的丙二醇、2份的三乙醇胺、1份的甘蔗提取物、2份的水解彈性蛋白、6份的脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸鈉、0.5份的金銀花、8份的皂粉、1份的橄欖葉精華和1份的甘草提取物均勻混合組成，噴涂后需要配合超聲波一并清洗提高清洗效果。打磨拋光后，能夠保證表面的光滑度，在后續(xù)拉拔時(shí)，能夠起到良好的貼合度，即有效的將空氣全部擠壓出去，提高內(nèi)部結(jié)合度。
步驟3中鍍銅鋼棒的外徑小于鈦管的內(nèi)徑，范圍為0.5至2mm，過(guò)小則難以插入，并且拉拔時(shí)空氣排出極為困難，間隙過(guò)大，及易出現(xiàn)金屬裂縫等，影響后續(xù)復(fù)合質(zhì)量。
本工藝制備的復(fù)合管材具有一次性制備長(zhǎng)度長(zhǎng)，壁厚薄，能夠批量化、快速和高質(zhì)量的生產(chǎn)，而現(xiàn)有的復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝主要有：
1)爆炸焊接復(fù)合法，是在一個(gè)特定的用于焊接的爆炸系統(tǒng)中，炸藥的化學(xué)能經(jīng)過(guò)多次和多種形式的傳遞、吸收、轉(zhuǎn)換及分配之后，在待結(jié)合的金屬界面上形成一薄層具有塑性變形、熔化和擴(kuò)散，以及波形特征的焊接過(guò)渡區(qū)，從而造成強(qiáng)固結(jié)合的一種金屬焊接的工藝，是以炸藥為能源的壓力焊、熔化焊和擴(kuò)散焊“三位一體”的金屬焊接工藝。但該工藝生產(chǎn)效率低，成本較高，很難大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，并且其主要用于生產(chǎn)板材，對(duì)于生產(chǎn)管材來(lái)說(shuō)，難度極大，同時(shí)無(wú)法進(jìn)行較小直徑(直徑小于60mm)的復(fù)合管生產(chǎn)。
2)等靜壓擴(kuò)散復(fù)合法，是一種獲得整體接頭的方法，是在高溫下對(duì)材料施加壓力，使之壓緊并產(chǎn)生一定的塑性變形，然后用高頻加熱線圈對(duì)工件進(jìn)行加熱以達(dá)到復(fù)合的目的。但由于設(shè)備限制，該工藝只能生產(chǎn)復(fù)合接頭等長(zhǎng)度較短的零件，無(wú)法生產(chǎn)復(fù)合管材。
3)擠壓或擠壓+拉伸法，擠壓法生產(chǎn)的復(fù)合管，由于變形量大，擠壓時(shí)金屬處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，在高壓下伴隨巨大的變形，復(fù)合界面產(chǎn)生深度冶金結(jié)合，一般會(huì)形成較寬的復(fù)合波和復(fù)合帶，復(fù)合強(qiáng)度較高，生產(chǎn)效率高，適合于大批量生產(chǎn)方式。但由于擠壓比限制，該工藝不能生產(chǎn)壁厚較薄(<5mm)的復(fù)合管，同時(shí)，由于擠壓筒容積較小，坯料重量有限(一般小于50Kg)，造成復(fù)合管的長(zhǎng)度受到了限制。
4)熱軋復(fù)合法，該工藝只能生產(chǎn)復(fù)合板材，無(wú)法生產(chǎn)復(fù)合管材，特別是長(zhǎng)度超過(guò)6m的復(fù)合管材。
本工藝解決了上述方法的限定和制備難題，本發(fā)明的方法可以制備外層耐腐蝕的鈦、銅、鋼三層金屬?gòu)?fù)合翅片管，且復(fù)合管材表面生成的氮化鈦涂層具有高耐磨性和高耐沖擊性，三種金屬結(jié)合強(qiáng)度高；所用生產(chǎn)設(shè)備工作效率高，無(wú)污染，穿孔管材壁厚均勻，復(fù)合管材規(guī)格適應(yīng)范圍廣，并且通過(guò)以棒體和管套先結(jié)合，結(jié)合后采用軋制的方式，將其復(fù)合在一起，一步成型，牢固度極高，并且有效生產(chǎn)壁厚較薄的產(chǎn)品，特別適用于翅片管的生產(chǎn)。
對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。