一种复合钢管的制造方法及复合钢管与流程

1.本发明涉及一种钢管的制造方法，尤其涉及一种复合钢管的制造方法。


背景技术：

2.复合钢管兼备基层钢材的力学性能和覆层金属的耐腐蚀性能，用于腐蚀性流体输送或者腐蚀环境下的机械结构，具有较高的性价比，因而得到越来越广泛的应用。
3.根据覆层金属与基层金属的结合状态，复合钢管可以分为机械结合复合钢管和冶金结合复合钢管，前者结合面存在局部间隙，结合强度较低，在使用过程中可能会出现界面分离等现象，而后者具有优良的综合性能。
4.一方面，传统钢管生产技术都被尝试用于复合钢管的生产。传统钢管生产技术包括无缝钢管和焊管生产技术，前者包括热轧无缝钢管和热挤压无缝钢管、后者包括直缝焊管、螺旋焊管和高频直缝焊管生产技术。与无缝钢管相比，焊管生产技术尤其是高频直缝焊管生产技术采用钢板为原料，其壁厚均匀，几何尺寸规整，生产成本低。
5.另一方面，轧制复合钢板具有良好的冶金结合效果，覆层与基层钢板结合强度高，尺寸精度高，表面质量好。因此，以轧制复合钢板为原料、采用高频直缝焊管技术生产复合钢管为人们所期待。
6.高频直缝焊管或激光直缝焊管生产的主要工序为：准备、成型、焊接、焊缝热处理、定径和检验。在成型工序，将钢板连续弯曲为开口的近圆形管坯；在焊接工序，采用高频加热技术或高能量密度的激光束将管坯开口部加热至焊接温度，随后通过挤压辊对管坯施压，将管坯焊接(对焊)为钢管，此时焊缝处金属被挤出焊缝成为内外毛刺，需要在线去除；随后进行热处理、定径和检验等工序，得到成品焊管。
7.以复合钢板为原料、采用高频直缝焊管机组或激光直缝焊管机组生产复合钢管时，由于覆层金属较薄，焊缝处的覆层金属会被挤出而成为毛刺的一部分，同时，在挤压变形过程中覆层金属向基层金属流动，混入基层金属。一方面经过刮毛刺后，焊缝处的覆层金属会被刮薄或者被刮除，同时还会由于混入基层金属，ni、cr含量降低，焊缝处的耐腐蚀性能因此而大大降低。如果减小焊接时的焊接能量，焊缝的强度又难以满足要求。
8.公开号为cn103978299a，公开日为2014年8月13日，名称为“利用高频电阻焊法生产双金属冶金复合管工艺及复合管”的中国专利文献公开了一种利用高频电阻焊法生产双金属冶金复合管工艺及复合管。该专利文献所公开的技术方案利用高频电阻焊法生产双金属合金复合管，采用复合板为原料，采用高频电阻焊法生产耐蚀合金覆层在内、基管在外的冶金复合钢管，将焊缝处附近的覆层刮除，然后进行补焊，实现内衬耐蚀合金层的连续性，然而该技术方案在高频电阻焊之后同样需要增加离线的补焊工序。
9.基于此，为了充分利用高频焊管机组和激光机组生产连续高效的特点，不增加后续的非连续工序，同时保证复合钢管焊缝处的耐腐蚀性能，期望获得一种新的复合钢管的制造方法。


技术实现要素：

10.本发明的目的之一在于提供一种复合钢管的制造方法，其能够充分利用高频焊管机组和激光焊管机组生产连续高效的特点，不增加后续的非连续工序，连续高效地生产尺寸精度高、表面质量好的复合钢管。
11.为了实现上述目的，本发明提出了一种复合钢管的制造方法，其包括步骤：
12.(1)成型：将具有基层和覆层的复合钢板连续弯曲为具有开口的圆柱形管坯，所述圆柱形管坯的开口处的结合截面全部为覆层金属；
13.(2)焊接：在相对设置的结合截面之间设置板状金属，然后对开口进行加热和焊接；其中所述板状金属与复合钢板的覆层材料相同；
14.(3)去毛刺、热处理和定径。
15.在本发明所述的制造方法中，巧妙地将具有基层和覆层的复合钢板连续弯曲成型为具有开口的圆柱形管坯，成型后的圆柱形管坯开口处的结合截面全部为覆层金属。在焊接时，添加与结合截面的覆层材料相同的板状金属，结合截面与板状金属的表面在高频焊管机组或激光焊管机组的作用下可以发生熔融，从而阻止基层金属对覆层金属中cr、ni等元素的稀释。焊接完成后，覆层和板状金属被部分挤出，去除毛刺后，焊缝处仍然保持覆层金属的完整性，从而保证复合钢管的耐腐蚀性能；同时保持足够的焊合面积，保证了焊缝的力学性能。
16.换言之，只需对现有高频直缝焊管工艺或激光直缝焊管稍作改动，而无需额外增加新的后续工艺即可实现复合钢管的生产，因而相较于现有技术而言，本发明所述的制造方法工艺更为简化，同时保证了复合钢管尺寸精度和表面质量。
17.进一步地，在本发明所述的复合钢管的制造方法中，在步骤(2)中，采用高频焊管机组进行加热和焊接。
18.进一步地，在本发明所述的复合钢管的制造方法中，在步骤(2)中，采用激光焊管机组进行加热和焊接。
19.进一步地，在本发明所述的复合钢管的制造方法中，所述基层的材料为碳钢或合金钢。
20.进一步地，在本发明所述的复合钢管的制造方法中，所述覆层的材料为不锈钢、镍基合金、纯钛、钛合金或铜合金。
21.进一步地，在本发明所述的复合钢管的制造方法中，所述覆层位于管坯的内表面一侧或外表面一侧。
22.进一步地，在本发明所述的复合钢管的制造方法中，所述覆层位于管坯的内表面和外表面。
23.进一步地，在本发明所述的复合钢管的制造方法中，所述板状金属的高度t为复合钢板厚度h的0.5～1.2倍。
24.进一步地，在本发明所述的复合钢管的制造方法中，所述板状金属的厚度w为单面覆层厚度的0.5～5倍。
25.相应地，本发明的另一目的在于提供一种复合钢管，该复合钢管的尺寸精度较高且表面质量好，其生产工艺连续且高效。
26.为了实现上述目的，本发明提出了一种复合钢管，其采用本发明上述的制造方法
制得。
27.本发明所述的一种复合钢管的制造方法及复合钢管相较于现有技术具有如下所述的优点以及有益效果：
28.本发明所述的复合钢管的制造方法，其采用复合钢板为原料制造复合钢管，该制造方法既能够充分利用高频焊管机组和激光焊管机组生产连续高效的特点，不增加后续的非连续工序，又能连续高效地生产尺寸精度高、表面质量好的复合钢管。
附图说明
29.图1示意了采用本发明所述复合钢管的制造方法在成型后焊接前的复合钢板断面局部示意图。
30.图2为实施例1的复合钢管在经过成型工序之后的断面示意图。
31.图3为实施例1的复合钢管在经过焊接工序之后的断面示意图。
32.图4为实施例1的复合钢管在经过去毛刺、热处理和定径工序之后的断面示意图。
33.图5为实施例2的复合钢管在经过成型工序之后的断面示意图。
34.图6为实施例2的复合钢管在经过焊接工序之后的断面示意图。
35.图7为实施例2的复合钢管在经过去毛刺、热处理和定径工序之后的断面示意图。
36.图8为实施例3的复合钢管在经过成型工序之后的断面示意图。
37.图9为实施例3的复合钢管在经过焊接工序之后的断面示意图。
38.图10为实施例3的复合钢管在经过去毛刺、热处理和定径工序之后的断面示意图。
39.图11为实施例3的复合钢管完成焊接后的金相组织图。
具体实施方式
40.下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的复合钢管的制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
41.图1为本发明所述的复合钢管的制造方法在一种实施方式下成型后焊接前的复合钢板断面局部示意图。
42.如图1所示，在本实施方式中，复合钢板具有基层1和覆层2，将具有基层1和覆层2的复合钢板连续弯曲，可以成型为具有开口的圆柱形管坯，完成成型步骤，并随后进入焊接工序。
43.在焊接工序中，需要提前在圆柱形管坯开口处的相对设置的结合截面之间设置与复合钢板的覆层材料相同的板状金属3。设置完成后方可采用高频焊管机组或激光焊管机组对开口进行加热和焊接。
44.在焊接时，圆柱形管坯开口处的结合截面与所添加的板状金属3的表面可以发生熔合，圆柱形管坯开口处的结合截面全部为覆层金属，与板状金属3的材料相同，结合截面与板状金属3表面发生熔合可以阻止基层金属对覆层金属中cr、ni等元素的稀释。
45.当焊接完成后，覆层金属和板状金属3被部分挤出，通过去毛刺、热处理和定径后，可以使得焊缝处仍然保持覆层金属的完整性，从而保证复合钢管的耐腐蚀性能；同时保持足够的焊合面积，保证了焊缝的力学性能。
46.需要说明的是，采用上述的生产方法，可以充分满足高频直缝焊管、激光直缝焊管
技术的特点，从而实现连续且高效地生产尺寸精度高、表面质量好的复合钢管。
47.如图1所示，t表示板状金属的高度，w表示板状金属的厚度，h表示复合钢板厚度。在某些实施方式中，所添加的板状金属的高度t可以为复合钢板厚度h的0.5～1.2倍，板状金属的厚度w可以为单面覆层厚度的0.5～5倍。
48.为了更好地说明本发明所述的复合钢管的制造方法的应用情况，采用该制造方法分别制得三个实施例，以进行进一步说明。
49.实施例1-3
50.在本发明中，实施例1-3的复合钢管的制造方法包括以下步骤：
51.(1)成型：将具有基层和覆层的复合钢板连续弯曲为具有开口的圆柱形管坯，所述圆柱形管坯的开口处的结合截面全部为覆层金属。
52.(2)焊接：在相对设置的结合截面之间设置板状金属，然后采用高频焊管机组或激光焊管机组对开口进行加热和焊接；其中所述板状金属与复合钢板的覆层材料相同。
53.(3)去毛刺、热处理和定径。
54.需要说明的是，在本发明上述步骤(1)中，实施例1-3中基层的材料可以选用为碳钢或合金钢。相应地，采用上述方法生产的复合钢管，覆层金属的材料为不锈钢、镍基合金、纯钛、钛合金或铜合金。
55.相应地，由本发明上述步骤(2)可知，在本发明中，采用高频焊管机组或激光焊管机组生产复合钢管时，在加热和焊接之间，需要在结合截面添加设置板状金属，且需控制板状金属与复合钢板的覆层材料相同。
56.在采用上述方法生产得到的实施例1-3的复合钢管中，覆层可以位于管坯的内表面一侧，也可以位于管坯的外表面一侧，还可以同时位于管坯的内表面和外表面两侧，具体如图2-图10所示。
57.图2为实施例1的复合钢管在经过成型工序之后的断面示意图。
58.图3为实施例1的复合钢管在经过焊接工序之后的断面示意图。
59.图4为实施例1的复合钢管在经过去毛刺工序之后的断面示意图。
60.如图2、图3和图4所示，在本实施方式中，以304l q235b轧制不锈钢复合钢板为原料，其包括基层1和覆层2。该复合钢板的总厚度为6mm，覆层2和基层1的比例为1:5，即覆层2奥氏体不锈钢304l为1mm，基层1碳钢q235b为5mm。将该304l q235b轧制不锈钢复合钢板连续弯曲，并得到具有开口的圆柱形管坯，此时覆层2位于管坯的内表面一侧，该圆柱形管坯开口处的结合截面全部为覆层金属304l不锈钢板。
61.成型工序完成后，在圆柱形管坯开口处的结合截面之间设置一块高度t＝5.5mm，厚度w＝1mm的板状金属3，其材料为304l不锈钢板。设置完成后，采用高频直缝焊管机组进行加热和焊接，生产管径为300mm的冶金结合不锈钢管。
62.焊接工序完成后，实施例1的复合钢管的断面形状如图3所示，去除毛刺4后实施例1的复合钢管的断面形状如图4所示；随后进行热处理、定径和检验等其它常规后续工序，可以得到实施例1的冶金结合不锈钢复合钢管。
63.图5为实施例2的复合钢管在经过成型工序之后的断面示意图。
64.图6为实施例2的复合钢管在经过焊接工序之后的断面示意图。
65.图7为实施例2的复合钢管在经过去毛刺、热处理和定径工序之后的断面示意图。
66.如图5、图6和图7所示，在本实施方式中，以316l q345b轧制不锈钢复合钢板为原料，其包括基层1和覆层2。该复合钢板的总厚度为10mm，覆层2和基层1的比例为2:8，即覆层2奥氏体不锈钢316l为2mm，基层1碳钢q345b为8mm。将该316l q345b轧制不锈钢复合钢板连续弯曲，并得到具有开口的圆柱形管坯，此时覆层2位于管坯的外表面一侧，该圆柱形管坯开口处的结合截面全部为覆层金属316l不锈钢板。
67.成型工序完成后，在圆柱形管坯开口处的结合截面之间设置一块高度t＝10mm，厚度w＝2mm的板状金属3，其材料为316l不锈钢板。设置完成后，采用高频直缝焊管机组进行加热和焊接，生产管径为500mm的冶金结合不锈钢管。
68.焊接工序完成后，实施例2的复合钢管的断面形状如图6所示，去除毛刺4后实施例2的复合钢管的断面形状如图7所示；随后进行热处理、定径和检验等其它常规后续工序，可以得到实施例2的冶金结合不锈钢复合钢管。
69.图8为实施例3的复合钢管在经过成型工序之后的断面示意图。
70.图9为实施例3的复合钢管在经过焊接工序之后的断面示意图。
71.图10为实施例3的复合钢管在经过去毛刺、热处理和定径工序之后的断面示意图。
72.图11为实施例3的复合钢管完成焊接后的金相组织图。
73.如图8、图9和图10所示，在本实施方式中，以304l bdt01 304l轧制不锈钢复合钢板为原料，其包括一个基层1和两个覆层2。复合钢板的总厚度为1.5mm，且三层的比例为1:8:1，即两个覆层2奥氏体不锈钢304l为0.15mm，基层1碳钢bdt01为1.2mm。将该304l bdt01 304l轧制不锈钢复合钢板连续弯曲为具有开口的圆柱形管坯，此时两个覆层2分别位于管坯的内表面和外表面，该圆柱形管坯开口处的结合截面全部为覆层金属304l不锈钢板。
74.成型工序完成后，在圆柱形管坯开口处的结合截面之间设置一块高度t＝1.4mm，厚度w＝0.5mm的板状金属3，其材料为304l不锈钢板。设置完成后，采用激光直缝焊管机组进行加热和焊接，生产管径为60mm的冶金结合双面不锈钢管，焊接够的金相组织图如图11所示。
75.焊接工序完成后，实施例3的复合钢管的断面形状如图9所示，去除毛刺4后实施例3的复合钢管的断面形状如图10所示；随后进行热处理、定径和检验等其它常规后续工序，可以得到实施例1的冶金结合双面不锈钢复合钢管。
76.由上述的实施例1-3可以看出，本发明所述的制造方法所说的复合钢管中，覆层既可以位于管坯的内表面一侧，也可以位于管坯的外表面一侧，还可以同时位于管坯的内表面和外表面两侧。
77.需要说明的是，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
78.还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。