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作為機械工程結構用鋼管,從設計制作結合成一體從而使它具有綜合特性的價廉物美的新型鋼管。由于不銹鋼復合管具有優良的綜合性能,因此自六十年代起,日、美、德、英和前蘇聯等都很重視不銹鋼復合管的開發及使用,從生產工藝、使用性能、檢驗方法等方面進行了大量的研究,從而使復合鋼管產品在能源、造船、化工、石油和機械等領域得到了廣泛的應用。 不銹鋼復合管的兩種單層材料的組合方式完全取決于使用要求及其環境特征,基本原則是:作為基層鋼管,它應具有較高的強度和剛性,價格便宜,工藝性能好。作為復蓋層則應具有抗環境介質的腐蝕或者抗磨損能力,該復蓋層可以復合在基層管的內層(內復合管),也可以復合在其外層(外復合管)。 不銹鋼復合管按使用性質可分為化工用液體和使用考慮,要求其材料的機械物理化學等綜合性能優良。從經濟效益考慮,又希望材料的使用壽命長,價格便宜。雖然通過添加合金元素和熱處理等冶金手段可以提高或改善材料的某種特性,但是添加昂貴而稀有的合金元素并不總是能夠得到所需要的綜合性能。例如,作為高溫高壓鍋爐過熱器用鋼管,它應具有高溫強度特性、優良的耐外表面高溫腐蝕和耐內表面水蒸汽氧化的特性,同時為了提高鍋爐的熱效率,該鋼管還應具有很好的導熱性。作為單一材料,要求同時滿足上述諸要求是有一定困難的,而不銹鋼復合管則是合理解決問題的有效途徑。
目前雙金屬復合管的生產方法主要包括冷成型法、熱成型法、離心鑄造法、離心鋁熱劑法、爆炸焊成型法、電磁成型法等等。
冷成型法:冷成型制造工藝的基本特征是將預加工好的薄壁不銹鋼管套入碳鋼管中,然后通過機械方法使不銹鋼管緊緊貼合在碳鋼管內壁上。薄壁不銹鋼管有兩種獲得途徑:一種是通過選擇合適規格的無縫不銹鋼管,通過旋壓的方法使之變薄,達到要求的外徑和厚度;另一種是用薄的不銹鋼板或鋼帶在專用的制管機上用tig焊接成直縫或螺旋縫不銹鋼管。采用拉拔、脹接、旋壓和滾壓等方法使不銹鋼管緊緊貼合在碳鋼管內壁上,其中拉拔和脹接為常用。拉拔是取兩根分別制成的無縫鋼管,將一根套在另一根外面,然后將兩管通過一模具同時進行拉拔,從而實現緊密配合的機械結合。這種管的優點是生產工藝比較簡單,價格較便宜。缺點是界面非擴散結合,只是依靠對外層進行的冷加工來獲得緊密配合,因此冷加工復合管如果遭遇高溫就有分層傾向,復合管會因應力釋放而失效。這就限制了冷加工管的使用環境和應用領域。脹接分機械脹接和液壓脹接兩種。機械脹接是目前生產不銹鋼復合管的一種主要方法,它是利用滾脹芯軸回轉擠壓使復合管內管發生塑性變形,外管發生彈性變形,從而使復合管的外管對內管產生接觸壓力,以達到復合管內外壁的緊密貼合。液壓脹接原理與機械脹接相同,只是用管內高壓水施壓代替滾脹芯軸回轉擠壓。機械脹接時脹接力大小難以確定,易發生欠脹或過脹,且多次滾脹易造成襯里開裂。液壓脹接時脹接力均勻且大小可進行計算,因此更具優越性。兩種脹接法的共同缺點是內外層只是機械結合,和拉拔成型一樣,在高溫環境下會因應力松弛而分層失效。
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雙金屬復合管能實現材料的優勢互補,節省合金元素,降低工程費用,在保證原基管各項性能的基礎上,提高了管道的耐腐蝕性、耐磨性,延長了管道的使用壽命,是純不銹鋼管、銅管或其他耐腐蝕性合金管的替代產品。
由于復合鋼管具有優良的綜合性能,因此自20世紀60年代起,日、美、德、英和前蘇聯等都很重視復合鋼管的開發及使用,從生產工藝、使用性能、檢驗方法等方面進行了大量的研究。目前雙金屬復合鋼管的生產工藝已日趨完善,日本、美國、英國、瑞典、德國等處于好水平。復合管已經在腐蝕性較強的石油、石化企業、核工業以及醫藥、食品加工等領域獲得廣泛認同,也可通過內層復合耐磨金屬,從而滿足電廠粉煤、礦山礦粉和尾礦漿輸送等高磨損工作環境的要求。而起步較晚,技術水平相對落后。
復合管是近10年發展較快的一種工程管道,品種、功能繁多,性能優越,形成了比較成熟的工藝技術,并且已經投產。主要的工藝方法很多比如熱軋復合方法、熱擠壓復合法、鑄造復合方法、爆炸焊接復合方法、組合式雙金屬復合管生產方法、激光包覆法等。在技術開發方面日本后來居上。據文獻報道,日本在80年代初就陸續研制和開發了多種復合工藝。其中典型的熱軋或熱軋加冷成型工藝可以實現包覆材料與基材界面的冶金結合,質量優良。其產品廣泛用于石油化工、化工行業、石油及天然氣工業等。
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