冶金復合不銹鋼管成型方法有離心鑄造法、軋制/擠壓、堆焊、爆炸焊等傳統成型方法,也有電磁成型、離心鋁熱劑法等新型成型方法。各成型方法均有其優缺點,技術成熟并用于實際生產的成型方法有。
1. 離心鑄造法
這是在熔融金屬與固體金屬相互作用基礎上獲得結合方法。特點是結晶細密,機械性能好,結合面緊密,但內表面質量較差,且限制內襯金屬熔點必須低于基材熔點。國內代表廠家是新興鑄管。采用該方法生產復合不銹鋼管的工藝流程為:某層(或各層)金屬的熔化→空心復合不銹鋼管坯的離心澆鑄→管坯的機械加工→擠壓機、周期式軋管機、連續式軋管機生產半成品管或成品管→復合鋼管的熱處理→冷軋或冷拔(必要時)。離心澆鑄是向旋轉的鑄模中依次澆鑄各層金屬,或者將熔化的覆層金屬澆鑄到經加工并預熱到給定溫度的基層金屬上,見圖8-36。目前,利用離心澆鑄生產的復合鋼管,其規格范圍在Φ(80~900)mmx(10~250)mm之間。如果與熱冷變形相配合,可以生產外徑為φ6~550mm,壁厚1mm的復合鋼管,見圖8-37。
2. 擠壓/軋制熱加工法
這種方法是固態金屬通過熱塑性變形而獲得結合的方法,采用熱塑性變形法生產復合不銹鋼管的工藝流程為:在自動軋管機、周期式軋管機或擠壓機/冷軋機上。工藝流程是:分別生產內層管和外層管(或離心澆鑄的復合管坯)→用機械加工或化學法處理待復合表面→配裝→兩端焊接密封→雙層管坯加熱→軋機、擠壓機上進行熱塑性變形→冷軋或冷拔(必要時)。
軋制是一種傳統的制備復合金屬的方法。熱軋復合實質上屬于壓力焊,如果變形量足夠大,軋輥施加的壓力就會破壞金屬表面的氧化膜,使表面達到原子接觸,從而使兩表面焊在一起。軋制的優點是生產率高、質量好、成本低,并可大量節省金屬材料的損耗,因此是目前應用較為廣泛的復合材料生產技術。
用擠壓機生產復合管時,當擠壓坯料截面縮減到10:1時,高的擠壓壓力和溫度會在界面處產生“壓力鍛”的焊接效應,促進界面間的快速擴散和廣泛結合,成品為冶金結合的復合擠壓管。
3. 復合鋼板焊接法
這是目前制造直徑大于300mm以上石油天然氣輸送管道用復合鋼管的主要方法。它先將兩種不同材質的板坯用超大功率熱軋機進行熱復合,然后用UO工藝卷成管坯,再進行縱縫焊接。采用這種方法生產復合鋼管的工藝流程為:
熱軋板坯→用機械或化學法處理二層板坯待復合表面→組成雙層板進行熱軋復合→UO成形管坯→縱縫焊接→擴管→熱處理。
4.冷加工擴散退火法
這種方法與熱加工方法最大的不同是:首先將不同材質的管坯分別制成冷軋或冷拔無縫管,其次在內層管坯的外側纏繞一層特制的低熔點中間層薄帶,經冷拔后,再進行高溫擴散退火,它的工藝流程如下:
冷軋與冷拔制成內層管與外層管→用機械或化學法處理待復合管的接觸表面→在內層管的外側螺旋式纏繞低熔點金屬帶→配管→冷拔或冷軋→擴散退火→冷軋或冷拔(必要)。
5. 粉末法
粉末冶金法制造復合鋼管的工藝,其工藝流程如下:真空感應爐熔煉、氣體霧化制粉→分級→粉末充填→冷(或熱)等靜壓→坯料加熱→熱擠壓。該工藝最早由日本山陽特殊鋼公司和日本新日鐵公司等開發。
6. 雙金屬壓熔錨合冶金復合
浙江至德鋼業有限公司開發的雙金屬壓熔錨合冶金復合管,是通過高溫高壓同時作用,基管、內管材料接觸界面的金屬熔融液態化,之后兩種金屬材料液相經過混合凝固產生金屬鍵結合和新的金屬相態組織,最終實現高結合力的冶金復合管。雙金屬壓熔錨合冶金復合不銹鋼管的基管和內管之間結合強度可超過210MPa,是無縫隙、冶金級的整體金屬復合方法。