一種機械加工裝配擠壓雙金屬無縫鋼管的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種機械加工裝配擠壓雙金屬無縫鋼管的制造方法，涉及雙金屬無縫鋼管制造【技術領域】。包括以下步驟：1）對外層金屬管坯內表面和內層金屬管坯外表面進行車削加工，并且加工內外層金屬管坯兩端面結合面處倒角，對外層金屬管坯內表面和內層金屬管坯外表面進行錐度加工；2）加工好的內外層金屬管坯在室溫下進行壓入裝配，形成復合管坯；3）對復合管坯兩端面封焊和加工；4）加工好的復合管坯進行熱擴孔、熱擠壓，形成擠壓荒管；5）對擠壓荒管進行熱處理，矯直、精整、檢驗，得到雙金屬無縫鋼管。本發明制造出的雙金屬無縫鋼管的內外層金屬之間結合力強，質量好，制造工藝簡單，成品率高，極大降低了制造成本。
【專利說明】—種機械加工裝配擠壓雙金屬無縫鋼管的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及雙金屬無縫鋼管制造【技術領域】。
【背景技術】
[0002]雙金屬無縫鋼管是指把性能和價值不同鋼種按照特殊要求復合在一起，以滿足特殊用途的高附加值鋼管產品。在某些特定行業中，由于需要不同，鋼管內外層的金屬成份可以不同。如錨桿行業，由于外層金屬長時間接觸水，需要使用耐腐蝕的不銹鋼，而內層金屬可以是普通碳鋼。再如油氣輸送管內層金屬要求高，需要使用防腐蝕材料，而對外層金屬沒有特殊要求。可以根據不同應用環境選擇內外層金屬的合理搭配，在節省貴重金屬的同時又可以降低成本。自1991年雙金屬無縫鋼管投入使用以來，經過十幾年的發展，得到了廣泛的應用。
[0003]雙金屬無縫鋼管根據內外層的復合形式可分為機械復合和冶金復合兩大類。機械復合的成型方式成本低、工藝簡單，但結合力小，界面屬于非擴散結合，在高溫情況下易發生分層，導致雙金屬管失效；冶金復合的方式具有較高的結合強度，但成本高，生產工藝復雜。例如，爆炸成型復合制造方法，此方法為機械復合，可以生產各種材質匹配的復合鋼管，包括輕金屬與鋼的復合，缺點是需建設專門的爆炸場地或空間，要有特殊的安全措施，生產出的雙金屬無縫鋼管界面接合區易形成波形，結合力小，且管坯長度受到限制；離心澆鑄復合制造方法，此方法為冶金復合，可以保證各層金屬的結合強度，缺點是在高溫澆注過程中，外層金屬會部分融入內層金屬管中，導致內層金屬管的成分不純、不可控，次品率高，從而導致整個生產成本提高。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種機械加工裝配擠壓雙金屬無縫鋼管的制造方法，該方法制造出的雙金屬無縫鋼管的內外層金屬之間結合力強，質量好，制造工藝簡單，成品率高，極大降低了制造成本。
[0005]為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是:一種機械加工裝配擠壓雙金屬無縫鋼管的制造方法，包括以下步驟:
O內外層金屬管還的加工:選取兩種不同材質的內外層金屬管還，對外層金屬管還的內表面和內層金屬管坯的外表面進行車削精加工，并且加工內外層金屬管坯兩端面結合面處倒角，再按照1: 100?1:400的錐度，對外層金屬管坯內表面和內層金屬管坯外表面進行錐度加工；
2)加工好的內外層金屬管坯的壓入裝配:將加工好的內外層金屬管坯采用壓力機在室溫下進行壓入裝配，使內層金屬管坯完全壓入外層金屬管坯中，內外層金屬管坯兩端面相平，達到過盈配合，形成復合管坯；
3)復合管坯的兩端面封焊和加工:對復合管坯兩端面倒角處進行封焊，形成倒角焊縫，并精加工復合管坯內表面和熱擴孔用喇叭口；4)加工好的復合管坯的熱擴孔、熱擠壓:將加工好的復合管坯在環形爐內預熱，然后在一次感應爐內進行一次感應加熱，出爐，進行高壓水除鱗，內外表面玻璃粉潤滑，熱擴孔，高壓水除鱗，再在二次感應爐內進行二次感應加熱，出爐，內外表面玻璃粉潤滑，熱擠壓，形成擠壓荒管；
5)擠壓荒管的處理:對擠壓荒管進行熱處理，以及后續的矯直、精整、檢驗，得到雙金屬無縫鋼管。
[0006]優選的，步驟4)中預熱溫度為800~950°C，預熱時間為2~3h 次感應加熱溫度為1100~1200°C;高壓水除鱗壓力為15~23Mpa ;二次感應加熱溫度為1150~1250°C;擠壓速度為100~200mm/s。
[0007]進一步優選的，外層金屬管坯材質為碳鋼、低合金鋼或合金鋼，內層金屬管坯材質為高合金鋼、不銹鋼或鎳基合金。
[0008]優選的，步驟I)中倒角為:直角邊長度為20X 20mm~10X IOmm的倒角；錐度加工的粗糙度≤6.3μπι。
[0009]優選的，步驟2)中過盈配合，單邊過盈量為3~10 μ m。
[0010]優選的，步驟4)中將加工好的復合管坯進行熱擴孔和高壓水除鱗后，進行1、2、3或4次高溫感應熔合，再進行二次感應加熱和熱擠壓形成擠壓荒管。
[0011]進一步優選的，高溫感應熔合為:在1300°C下保溫2min,出爐冷卻2~6min,之后，再重復 上述高溫感應熔合操作兩次，最后一次高溫感應熔合操作出爐冷卻5~15min。
[0012]采用上述技術方案所產生的有益效果在于:
(I)本發明外層金屬管坯兩端面與內層金屬管坯兩端面結合面處倒直角邊長度為20X20~IOXlOmm的倒角，該尺寸倒角既可以保證焊接強度，又可以在裝配時起導向作用；按照1:100~1:400的錐度對外層金屬管坯內表面和內層金屬管坯外表面進行錐度加工，加工錐度小于1:400，裝配難度大，錐度大于1:100，過盈結合面積太小，影響結合強度。
[0013](2)采用室溫下壓入裝配方法，非不銹鋼層不氧化。如果裝配面氧化會給結合強度帶來致命影響，降低結合強度，嚴重情況下結合層會出現分層，而采用熱裝配易氧化非不銹鋼層表面，同時室溫壓入裝配不用加熱，操作工序簡化、易操作，成本低。
[0014](3)過盈配合，單邊過盈量3~ΙΟμπι，使得內外層金屬結合非常緊密，有效地排除了兩層金屬間的空氣，省去了抽真空環節，過盈量大于10 μ m，裝配時摩擦力增大，壓力機壓入時阻力增大，內層易變形，不易裝入，過盈量小于3 μ m,起不到過盈配合效果，內外層金屬結合強度降低。
[0015](4)倒角處進行封焊，可以有效地解決管坯在加熱時結合層部位的氧化現象。
[0016](5)擠壓工藝具有三向應力壓縮的特點，可極大發揮金屬的塑性變形，采用冷裝配復合管料+熱擴孔、熱擠壓等變形方法生產的雙金屬無縫鋼管內外層金屬之間結合力強，質量好，并且制造工藝簡單，成品率高，制造成本可降低10%以上。
[0017](6)高溫感應熔合可使結合處內外層金屬輕微熔合，增強結合強度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明；
圖1是本發明的結構示意圖；圖中，1、外層金屬管坯；2、結合面；3、內層金屬管坯；4、倒角焊縫；5、熱擴孔用喇叭口。
【具體實施方式】
[0019]實施例1
制造42CrMo/304雙金屬無縫鋼管，包括以下步驟:
O內外層金屬管坯的加工:外層金屬管坯I采用合金鋼42CrMo，內層金屬管坯3采用高合金鋼304,用臥式車床對外層金屬管還I內表面和內層金屬管還3外表面進行車削精加工，并且內外層金屬管坯兩端面結合面2處倒直角邊長度為20 X 20mm的倒角，成“V”字形，再按照1:400的錐度,對外層金屬管還I內表面和內層金屬管還3外表面在臥式車床上進行錐度加工，采用小刀架偏轉一定角度并雙向走刀方式進行加工，粗糙度6.3 μ m，為保證粗糙度，采用粗車、半精車，精車工藝進行加工，精車采用高轉速，小吃刀量、小進給量進行加工。
[0020]2)加工好的內外層金屬管坯的壓入裝配:將加工好的內外層金屬管坯采用1000噸壓力機在室溫下進行壓入裝配，使內層金屬管坯完全壓入外層金屬管坯中，內外層金屬管坯兩端面相平，達到過盈配合，單邊過盈量3 μ m，形成復合管坯。
[0021]3)復合管坯的兩端面封焊和加工:對復合管坯兩端面倒角處進行封焊，形成倒角焊縫4，并采用深孔鉆鏜床精加工復合管坯內表面，保證精度為單邊過盈量3 μ m，光潔度
6.3 μ m，采用數控車床，編程控制加工熱擴孔用喇叭口 5。
[0022]4)加工好的復合管坯的熱擴孔、熱擠壓:將加工好的復合管坯在環形爐內預熱，然后在一次感應爐內進行一次感應加熱，出爐，進行高壓水除鱗，內外表面玻璃粉潤滑，熱擴孔，高壓水除鱗，再在二次感應爐內進行二次感應加熱，出爐，內外表面玻璃粉潤滑，熱擠壓，形成擠壓荒管；所述預熱溫度為950°C，預熱時間為2.5h ;一次感應加熱溫度為1100°C;高壓水除鱗壓力為15Mpa ;二次感應加熱溫度為1200°C ;擠壓速度為150mm/s。
[0023]5)擠壓荒管的處理:在淬火爐和回火爐內進行熱處理，840°C淬水，690±10°C回火，熱處理后矯直機矯直，矯直后彎曲度小于2mm/m，矯直后的管子精整處理，并按要求對力學性能、表面質量、尺寸規格等進行檢驗，得到42CrMo/304雙金屬無縫鋼管，抗拉強度為llOOMPa，屈服強度950MPa，伸長率15%。
[0024]實施例2
制造L360/825雙金屬無縫鋼管，包括以下步驟:
O內外層金屬管坯的加工:外層金屬管坯I采用碳鋼L360，內層金屬管坯3采用鎳基合金825，用臥式車床對外層金屬管坯I內表面和內層金屬管坯3外表面進行車削精加工，并且內外層金屬管坯兩端面結合面2處倒直角邊長度為IOX IOmm的倒角，成“V”字形，再按照1:250的錐度,對外層金屬管還內表面和內層金屬管還外表面在臥式車床上進行錐度加工，采用小刀架偏轉一定角度并雙向走刀方式進行加工，粗糙度3.2 μ m，為保證粗糙度，采用粗車、半精車，精車工藝進行加工，精車采用高轉速，小吃刀量、小進給量進行加工。
[0025]2)加工好的內外層金屬管坯的壓入裝配:將加工好的內外層金屬管坯采用1000噸壓力機在室溫下進行壓入裝配，使內層金屬管坯3完全壓入外層金屬管坯I中，內外層金屬管坯兩端面相平，達到過盈配合，單邊過盈量10 μ m，形成復合管坯。
[0026]3)復合管坯的兩端面封焊和加工:對復合管坯兩端面倒角處進行封焊，形成倒角焊縫4，并采用深孔鉆鏜床精加工復合管坯內表面，保證精度為單邊過盈量10 μ m,光潔度
3.2 μ m，采用數控車床，編程控制加工熱擴孔用喇叭口 5。
[0027]4)加工好的復合管坯的熱擴孔、熱擠壓:將加工好的復合管坯在環形爐內預熱，然后在一次感應爐內進行一次感應加熱，出爐，進行高壓水除鱗，內外表面玻璃粉潤滑，熱擴孔，高壓水除鱗，高溫感應熔合，再在二次感應爐內進行二次感應加熱，出爐，進行內外表面玻璃粉潤滑，熱擠壓，形成擠壓荒管；所述預熱溫度為850°C，預熱時間為3h ;—次感應加熱溫度為1180°C;高壓水除鱗壓力為19Mpa ;二次感應加熱溫度為1250°C;擠壓速度為IOOmm/s ;高溫感應熔合為:在1300°C下保溫2min，出爐冷卻6min，之后在1300°C下保溫2min，出爐冷卻4min,再在130CTC下保溫2min,出爐冷卻5min。
[0028]5)擠壓荒管的處理:在淬火爐和回火爐內進行熱處理，930±10°C淬水，630±10°C回火，熱處理后矯直機矯直，矯直后彎曲度小于2mm/m，矯直后的管子精整處理，并按要求對力學性能、表面質量、尺寸規格等進行檢驗，得到L360/825雙金屬無縫鋼管，抗拉強度為545MPa,屈服強度395MPa，伸長率28.6%。
[0029]實施例3
制造X70/316L雙金屬無縫鋼管，包括以下步驟:
O內外層金屬管坯的加工:外層金屬管坯I采用低合金鋼X70，內層金屬管坯3采用不銹鋼316L，用臥式車床對外層金屬管坯I內表面和內層金屬管坯3外表面進行車削精加工，并且內外層金屬管坯兩端面結合面處倒直角邊長度為15X 15mm的倒角，成“V”字形，再按照1:100的錐度,對外層金屬管還I內表面和內層金屬管還3外表面在臥式車床上進行錐度加工，采用小刀架偏轉一定角度并雙向走刀方式進行加工，粗糙度2.8 μ m，為保證粗糙度，采用粗車、半精車，精車工藝進行加工，精車采用高轉速，小吃刀量、小進給量進行加工。
[0030]2)加工好的內外層金屬管坯的壓入裝配:將加工好的內外層金屬管坯采用1000噸壓力機在室溫下進行壓入裝配，使內層金屬管坯3完全壓入外層金屬管坯I中，內外層金屬管坯兩端面相平，達到過盈配合，單邊過盈量7 μ m，形成復合管坯。
[0031]3)復合管坯的兩端面封焊和加工:對復合管坯兩端面倒角處進行封焊，形成倒角焊縫4，并采用深孔鉆鏜床精加工復合管坯內表面，保證精度為單邊過盈量7 μ m，光潔度
2.8 μ m，采用數控車床，編程控制加工熱擴孔用喇叭口 5。
[0032]4)加工好的復合管坯的熱擴孔、熱擠壓:將加工好的復合管坯在環形爐內預熱，然后在一次感應爐內進行一次感應加熱，出爐，進行高壓水除鱗，內外表面玻璃粉潤滑，熱擴孔，高壓水除鱗，高溫感應熔合，再在二次感應爐內進行二次感應加熱，出爐，進行內外表面玻璃粉潤滑，熱擠壓，形成擠壓荒管；所述預熱溫度為800°C，預熱時間為2h ;—次感應加熱溫度為1200°C;高壓水除鱗壓力為23Mpa ;二次感應加熱溫度為1150°C;擠壓速度為200mm/s ;高溫感應熔合為:在1300°C下保溫2min，出爐冷卻2min，之后在1300°C下保溫2min，出爐冷卻15min。
[0033]5)擠壓荒管的處理:在淬火爐和回火爐內進行熱處理，920±20°C淬水，620±20°C回火，熱處理后矯直機矯直，矯直后彎曲度小于2mm/m，矯直后的管子精整處理，并按要求對力學性能、表面質量、尺寸規格等進行檢驗，得到X70/316L雙金屬無縫鋼管，抗拉強度為653MPa,屈服強度530MPa，伸長率26.3%。
【權利要求】
1.一種機械加工裝配擠壓雙金屬無縫鋼管的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)內外層金屬管還的加工:選取兩種不同材質的內外層金屬管還，對外層金屬管還(I)的內表面和內層金屬管坯(3)的外表面進行車削精加工，并且加工內外層金屬管坯兩端面結合面(2)處倒角，再按照1:100?1:400的錐度，對外層金屬管坯(I)內表面和內層金屬管坯(3)外表面進行錐度加工； 2)加工好的內外層金屬管坯的壓入裝配:將加工好的內外層金屬管坯采用壓力機在室溫下進行壓入裝配，使內層金屬管坯(3)完全壓入外層金屬管坯(I)中，內外層金屬管坯兩端面相平，達到過盈配合，形成復合管坯； 3)復合管坯的兩端面封焊和加工:對復合管坯兩端面倒角處進行封焊，形成倒角焊縫(4)，并精加工復合管坯內表面和熱擴孔用喇叭口(5); 4)加工好的復合管坯的熱擴孔、熱擠壓:將加工好的復合管坯在環形爐內預熱，然后在一次感應爐內進行一次感應加熱，出爐，進行高壓水除鱗，內外表面玻璃粉潤滑，熱擴孔，高壓水除鱗，再在二次感應爐內進行二次感應加熱，出爐，內外表面玻璃粉潤滑，熱擠壓，形成擠壓荒管； 5)擠壓荒管的處理:對擠壓荒管進行熱處理，以及后續的矯直、精整、檢驗，得到雙金屬無縫鋼管。
2.根據權利要求1所述的一種機械加工裝配擠壓雙金屬無縫鋼管的制造方法，其特征在于所述步驟4)中預熱溫度為800?950°C，預熱時間為2?3h ;—次感應加熱溫度為1100?1200°C ;高壓水除鱗壓力為15?23Mpa ;二次感應加熱溫度為1150?1250°C ;擠壓速度為100?200mm/s。
3.根據權利要求2所述的一種機械加工裝配擠壓雙金屬無縫鋼管的制造方法，其特征在于所述外層金屬管坯材質為碳鋼、低合金鋼或合金鋼，內層金屬管坯材質為高合金鋼、不銹鋼或鎳基合金。
4.根據權利要求1所述的一種機械加工裝配擠壓雙金屬無縫鋼管的制造方法，其特征在于所述步驟I)中倒角為:直角邊長度為20X20mm?IOX IOmm的倒角；錐度加工的粗糙度< 6.3 μ m。
5.根據權利要求1所述的一種機械加工裝配擠壓雙金屬無縫鋼管的制造方法，其特征在于所述步驟2)中過盈配合，單邊過盈量為3?10 μ m。
6.根據權利要求1至5中任意一項所述的一種機械加工裝配擠壓雙金屬無縫鋼管的制造方法，其特征在于所述步驟4)中將加工好的復合管坯進行熱擴孔和高壓水除鱗后，進行1、2、3或4次高溫感應熔合，再進行二次感應加熱和熱擠壓形成擠壓荒管。
7.根據權利要求6所述的一種機械加工裝配擠壓雙金屬無縫鋼管的制造方法，其特征在于所述高溫感應熔合為:在1300°C下保溫2min，出爐冷卻2?6min，之后，再重復上述高溫感應熔合操作兩次，最后一次高溫感應熔合操作出爐冷卻5?15min。
【文檔編號】B23P15/00GK103481033SQ201310440680
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2013年9月25日
【發明者】王黎暉, 宋亞峰, 申勇, 劉富強, 王錦永, 周延峰, 李仲華, 高杰, 程小虎, 王磊 申請人:新興鑄管股份有限公司