本發(fā)明涉及界面熔合法制備金屬復合板、金屬復合管的方法。
背景技術：
：復合板、復合管、復合棒等金屬復合材料是指利用復合技術將多種化學、力學性能不同的金屬在界面上實現(xiàn)冶金結合而形成的復合材料，其極大地改善了單一金屬材料的熱膨脹性、強度、斷裂韌性、沖擊韌性、耐磨損性、電性能、磁性能等諸多性能，因而被廣泛應用到防腐、壓力容器制造、電建、石化、醫(yī)藥、輕工、汽車等行業(yè)。將具有優(yōu)異性能的金屬復合到基體板層或者基體管層上，不僅能使材料的綜合性能達到最佳，而且還能節(jié)省稀有金屬用量，減少冶煉高質量合金鋼的用量而節(jié)約生產成本。各種性能的金屬復合管有著廣泛的需求及應用，例如，化學藥品船所用鋼管，基體管層有綜合力學及焊接性能，復合管層耐蝕，使復合管兼具普通管材和不銹管材的兩種性能；輸油輸氣管道通過復合技術既可做到外部耐鹽腐蝕，又可做到內部耐硫化物和酸腐蝕。以壓力容器用不銹鋼-鋼復合板為例，基層用一般的碳鋼(q245r，q345r等)有很好的機械性能，復層用不銹鋼(304，316l等)有很好的耐腐蝕性能，兩者結合在一起，只需要幾毫米的高價不銹鋼，大量節(jié)約了成本，并且基本不改變基材的各種機械性能。目前，我國金屬復合板主要為爆炸復合板，復合板層厚度為15-30mm，不銹鋼基體板層厚度為2-4mm。而金屬復合管的復合方法主要有機械滾壓法、爆炸復合法、拉拔復合法等。使用傳統(tǒng)生產工藝制備得到的金屬復合板或者金屬復合管由于基體板層或管層與復合層的結合力不足，尤其是在向管壁較薄的基體管坯上復合層時不僅難度大，復合管長度受限，而且在使用過程中很容易出現(xiàn)破損，導致安全事故發(fā)生。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明為了彌補現(xiàn)有技術的不足，提供了一種在普通碳鋼表面復合合金層、通過液-液復合使界面結合牢固、生產成本低的界面熔合法制備金屬復合板、金屬復合管的方法。本發(fā)明是通過如下技術方案實現(xiàn)的：一種界面熔合法制備金屬復合板的方法，采用如下步驟：(1)表面處理：基體板坯表面較為平整的，通過酸液脫除基體板坯表面的油脂，使用鋼絲刷機械摩擦除去基體板坯表面的銹；(2)將基體板坯平放在一支撐底座上，保持基體板坯上表面水平放置；(3)根據(jù)復合合金層的厚度，在基體板坯的頂部四邊豎直放置四條板狀陶瓷模具，在板狀陶瓷模具結合處以及板狀陶瓷模具與基體板坯結合處用含有自流耐火泥漿的硅酸鋁巖棉塞緊密封，使板狀陶瓷模具與基體板坯之間形成一長方體狀的澆注腔；(4)烘干封堵板狀陶瓷模具之間以及板狀陶瓷模具與基體板坯之間縫隙的自流耐火泥漿的硅酸鋁巖棉；(5)合理制定合金金屬液溫度，保證使基體板坯吸收熱量后基體板坯表面熔解與合金金屬液復合，又避免基體板坯完全熔化，倒入合金金屬液時從基體板坯一端向另一端移動倒入，避免在固定地方澆注對基體板坯造成傷害；而且合金金屬液倒入速度緩慢而均勻，避免產生氣孔；(6)步驟(5)中合金金屬液澆注完成后得到復合鋼板坯，復合鋼板坯溫度降至800℃以下時，移除復合鋼板坯頂部四周的板狀陶瓷模具；(7)將步驟(6)處理得到的復合鋼板坯送入加熱爐加熱至1100-1250℃，出爐；(8)將步驟(7)得到的高溫復合鋼板坯軋制到所需尺寸或形狀，得復合鋼板；(9)將步驟(8)得到的復合鋼板進行熱處理、切頭、檢驗，得到在基體板坯表面復合合金層的金屬復合板。所述基體板坯與合金層的厚度比為10:1以上，步驟(1)中基體板坯表面有明顯蝕坑的，使用車床車去表面至平整光亮；步驟(5)中合金金屬液的溫度為高于合金金屬液熔點與基體板坯熔點較高值以上30℃，在澆注合金金屬液的前方，使用高頻加熱器自基體板坯上方的一端向另一端移動加熱基體板坯表面，使基體板坯表面的溫度達到臨近基體板坯熔點20℃范圍，高頻加熱器的移動速度與合金金屬液倒入時的移動速度保持一致。所述基體板坯與合金層的厚度比為1:1-1:10；步驟(1)中基體板坯表面有明顯蝕坑的，不采用；步驟(5)中合金金屬液的溫度為高于合金金屬液熔點與基體板坯熔點較高值以上30℃。重復步驟(1)-步驟(9)的操作，即可在復合板坯的基礎上進行另一種合金層的復合，得到在基體板坯表面復合多層合金層的金屬復合板。一種界面熔合法制備金屬復合管的方法，采用如下步驟：(1)棒芯表面較為平整的，通過酸液脫除棒芯表面的油脂，使用鋼絲刷機械摩擦除去棒芯表面的銹；(2)將棒芯平穩(wěn)放在支撐底座上，保持棒芯軸線水平；(3)將由兩片半圓管組成的柱狀的陶瓷管模套在棒芯外側，陶瓷管模軸線與棒芯軸線重合，組成陶瓷管模的兩半圓管關于豎直平面對稱放置，將兩半圓管之間的下部縫隙以及陶瓷管模的兩端開口使用含自流耐火泥漿的硅酸鋁巖棉密封塞緊，將兩半圓管之間的上部縫隙使用含自流耐火泥漿的硅酸鋁巖棉間隔封堵，未封堵的陶瓷管模上部一側縫隙形成澆注口，另一側縫隙作為冒口，此時陶瓷管模內部形成圓環(huán)形的澆注腔；(4)烘干封堵陶瓷管模的含自流耐火泥漿的硅酸鋁巖棉；(5)合理制定合金金屬液的溫度，使合金金屬液澆入陶瓷管模后，既能保證使棒芯外表面熔化，又不會全部熔解；澆注時通過陶瓷管模上的澆注口將合金金屬液自陶瓷管模較低一端向較高一端移動倒入陶瓷管模內；合金金屬液的倒入速度均勻，以免產生氣孔；(6)待步驟(5)澆注完后得到的復合棒材表面溫度降至800℃拆除復合棒材外側的陶瓷管模，得復合棒坯；(7)將復合棒坯送入加熱爐，加熱至1100-1250℃，出爐；(8)將步驟(7)得到的復合棒坯經穿孔機組穿孔制成毛管，將毛管經減徑定徑機組進行減徑、定徑、整形；(9)將步驟(8)得到的毛管進行熱處理、矯直、切頭、檢驗，得到表面復合合金層的金屬復合管。所述棒芯直徑與合金層的壁厚比例是5:1以上，步驟(1)中棒芯表面有明顯蝕坑的，車床車去表面至平整光亮；步驟(5)中合金金屬液的溫度為高于棒芯熔點與合金金屬液熔點較高值以上20℃，澆注合金金屬液的同時，在合金金屬液澆注位置的前方，使用高頻加熱器自陶瓷管模較低一端向較高一端移動加熱陶瓷管模，使棒芯吸收熱量后外表面溫度棒材熔點以下30℃范圍內；合金金屬液的倒入速度與高頻加熱器移動速度保持一致。所述棒芯直徑與合金層壁厚比例為1:5以下；步驟(1)中棒芯表面有明顯蝕坑的，不采用；步驟(5)中合金金屬液的溫度為超過棒芯熔點3-4℃。所述棒芯直徑與合金層壁厚相等，步驟(1)中棒芯表面有明顯蝕坑的，車床車至表面平整；步驟(5)中合金金屬液的溫度為超過棒芯熔點50℃。一種界面熔合法制備金屬復合管的方法，采用如下步驟：(1)取錐度為1000:1的陶瓷管模豎直放置，陶瓷管模的底部細端開口封閉；頂部開口使用陶瓷板封蓋，陶瓷板與陶瓷管模之間縫隙用耐熱硅膠密封；在陶瓷板的中部開設一澆注口；(2)取金屬薄板彎曲成錐度為1000:1的金屬薄管，金屬薄板的接縫自然疊接，且疊接寬度為5mm，并保持金屬薄板具有向外張開的趨勢應力，金屬薄板疊接處邊緣向管內側煨彎，煨彎曲率與陶瓷管模內壁曲率相同；(3)把金屬薄管細端向下插入陶瓷管模內側底部，使金屬薄管的外壁緊貼陶瓷管模內壁；(4)通過陶瓷板頂部的澆注口向金屬薄管內側緩慢倒入合金金屬液，合金金屬液的溫度為高于合金金屬液熔點以上30℃；金屬薄管在合金金屬液的熱量下軟化，并緊貼陶瓷模具內壁；在合金金屬液澆注完畢后，立即在合金金屬液頂端中部插入金屬吊鉤，得復合金屬鋼錠；(5)待步驟(4)得到的復合金屬鋼錠自然冷卻至完全凝固，溫度降至合金金屬熔點以下100℃后，用高頻加熱器自下而上加熱陶瓷管模，熔解復合金屬鋼錠表層深度約3mm；(6)待步驟(5)中復合金屬鋼錠整體溫度下降至700℃，通過吊鉤吊起復合金屬坯，從陶瓷管模中脫出，得復合金屬坯；(7)將步驟(6)中得到的復合金屬坯送入加熱爐加熱至1100-1250℃，出爐；(8)將步驟(7)得到的復合棒坯經穿孔機組穿孔制成毛管，將毛管經減徑定徑機組進行減徑、定徑、整形；(9)將步驟(8)得到的毛管進行熱處理、矯直、切頭、檢驗，得到表面復合合金層的金屬復合管。所述金屬薄板的厚度為2mm以下。本發(fā)明界面熔合法制備金屬復合板、金屬復合管的方法，(1)采用陶瓷模具與基體管層或基體板層之間形成澆注腔，可使用高頻加熱器對基體管層或基體板層加熱，而且陶瓷管模具有蓄熱功能，可減少基體管層或基體板層的熱量損失，實現(xiàn)復合界面的二次重熔，解決了傳統(tǒng)金屬模具不宜高溫加熱，不宜控溫的缺陷；(2)通過合理制定合金金屬液的澆注溫度，使合金金屬液澆入基體管層或基體板層表面后，既能保證使基體管層或基體板層外表面熔化，又不會全部熔解，使基體管層或基體板層表面與合金層熔合，保證在軋制過程中不出現(xiàn)界面開裂現(xiàn)象，軋制工藝調節(jié)范圍更廣；(3)特殊金屬澆注時，澆注時澆注腔內充滿co2，避免結合面與空氣接觸容易氧化，出現(xiàn)氧化物使界面不能結合。綜上，本發(fā)明方法工藝簡單，生產成本低，生產出來的金屬復合板、金屬復合管的基體板層或基體管層與合金層的結合力強，保證了金屬復合板、金屬復合管的質量，降低了生產過程中的安全隱患。具體實施方式下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不局限于此，實施例中的制備方法均為常規(guī)制備方法，不再詳述。實施例1-1：一種界面熔合法制備金屬復合板的方法，采用如下步驟：(1)表面處理：基體板坯為2205雙相不銹鋼鋼板，厚10mm，通過酸液脫除基體板坯表面的氧化物及油脂，使用鋼絲刷機械摩擦除去基體板坯表面的銹，再用丙酮擦凈基體板坯表面；(2)將基體板坯平放在一支撐底座上，保持基體板坯干凈的上表面水平放置；(3)根據(jù)復合合金層的厚度，在基體板坯的頂部四邊豎直放置四條板狀陶瓷模具，在板狀陶瓷模具結合處用含有自流耐火泥漿的硅酸鋁巖棉塞緊密封，使板狀陶瓷模具與基體板坯之間形成一長方體狀的澆注腔；(4)烘干封堵板狀陶瓷模具之間縫隙的自流耐火泥漿的硅酸鋁巖棉；(5)使用電弧爐熔化20#鋼，得到20#鋼鋼水溫度在1600℃，保證基體板坯吸收熱量后基體板坯表面熔解，與20#鋼水復合，又避免基體板坯完全熔化；倒入20#鋼水時，從基體板坯一端向另一端移動順次倒入，避免在固定地方澆注對基體板坯造成傷害；而且20#鋼水倒入速度迅速而均勻，既要避免產生氣孔，又要實現(xiàn)20#鋼水的迅速覆蓋，避免出現(xiàn)氧化物，20#鋼水厚度為40mm；(6)步驟(5)中20#鋼水澆注完成后得到復合鋼板坯，復合鋼板坯溫度降至800℃以下時，移除復合鋼板坯頂部四周的板狀陶瓷模具；(7)將步驟(6)處理的到的復合鋼板坯送入加熱爐加熱至1250℃(低于930℃會有σ相析出，高于1250℃會有鐵素體熱撕裂)，出爐；(8)將步驟(7)得到的高溫復合鋼板進行21道次軋制，下壓量近70％，得到厚度為16mm的復合鋼板，復合層厚度為3mm；此時復合板坯溫度在950℃以上；(9)將步驟(8)得到的復合鋼板淬水冷卻、探傷、齊邊、酸洗除磷、拋光、檢驗，得到在基體板坯表面復合合金層的金屬復合板。表1實施例1-1制得的金屬復合板的力學指標標樣屈服強度mpa抗拉強度mpa1328.1483.12335.8497.63330.4489.4由表1可見，實施例1-1制得的金屬復合板性能符合要求。實施例1-2：本實施例與實施例1-1的不同之處在于：所述基體板坯與合金層的厚度比為10:1以上，步驟(1)中基體板坯表面有明顯蝕坑的，使用車床車去表面至平整光亮；步驟(5)中合金金屬液的溫度為高于合金金屬液熔點與基體板坯熔點較高值以上30℃，在澆注合金金屬液的前方，使用高頻加熱器自基體板坯上方的一端向另一端移動加熱基體板坯表面，使基體板坯表面的溫度達到臨近基體板坯熔點20℃范圍，高頻加熱器的移動速度與合金金屬液倒入時的移動速度保持一致。重復步驟(1)-步驟(9)的操作，即可在復合板坯的基礎上進行另一種合金層的復合，得到在基體板坯表面復合多層合金層的金屬復合板。實施例1-3：本實施例與實施例1-1的不同之處在于：所述基體板坯與合金層的厚度比為1:1-1:10；步驟(1)中基體板坯表面有明顯蝕坑的，不采用；步驟(5)中合金金屬液的溫度為高于合金金屬液熔點與基體板坯熔點較高值以上30℃。實施例2-1：一種界面熔合法制備金屬復合管的方法，采用如下步驟：(1)取尺寸為φ159mm*30mm*1000mm的棒芯，棒芯表面較為平整的，通過酸液脫除棒芯表面的油脂，使用鋼絲刷機械摩擦除去棒芯表面的銹；(2)將棒芯平穩(wěn)放在支撐底座上，保持棒芯軸線水平；(3)將由兩片半圓管組成的柱狀的陶瓷管模套在棒芯外側，陶瓷管模軸線與棒芯軸線重合，組成陶瓷管模的兩半圓管關于豎直平面對稱放置，將兩半圓管之間的下部縫隙以及陶瓷管模的兩端開口使用含自流耐火泥漿的硅酸鋁巖棉密封塞緊，將兩半圓管之間的上部縫隙使用含自流耐火泥漿的硅酸鋁巖棉間隔封堵，未封堵的陶瓷管模上部一側縫隙形成澆注口，另一側縫隙作為冒口，此時陶瓷管模內部形成圓環(huán)形的澆注腔；(4)烘干封堵陶瓷管模的含自流耐火泥漿的硅酸鋁巖棉；(5)使用aod電爐熔化2205雙相合金鋼金屬液，熔化后的2205雙相合金鋼金屬液溫度在1750℃，使合金金屬液澆入陶瓷管模后，既能保證使棒芯外表面熔化，又不會全部熔解；中頻感應加熱棒芯至1320℃，棒芯加熱的同時通過熱輻射作用陶瓷管模也升溫至800℃以上，將20公斤1750℃的雙相合金金屬液通過陶瓷管模上的澆注口自陶瓷管模較低一端向較高一端移動倒入陶瓷管模內；合金金屬液的倒入速度均勻，以免產生氣孔；(6)待步驟(5)澆注完后得到的復合棒材表面溫度降至800℃，拆除復合棒材外側的陶瓷管模，得復合棒坯；(7)將復合棒坯送入加熱爐，加熱至1100-1250℃，出爐；(8)將步驟(7)得到的復合管坯經經7道次軋制機軋制、除磷后，經穿孔機組穿孔制成毛管，將毛管經減徑定徑機組進行減徑、定徑、整形，制得φ100mm*12mm*4200mm的毛管，終軋溫度保持在950℃以上；(9)將步驟(8)得到的毛管進行穿水淬火至室溫，然后經矯直、切頭、檢驗，得到表面復合合金層1.7mm的金屬復合管。表2實施例2-1制得的金屬復合管的力學指標標樣屈服強度mpa抗拉強度mpa1298.3468.22312.2487.63308.3481.4由表2可見，實施例2-1制得的金屬復合管性能符合要求。實施例2-2：如果步驟(8)終軋溫度低于950℃時間過長，就必須進行固溶處理，應將后續(xù)生產工藝改變如下：(8)將步驟(7)得到的復合管坯經經7道次軋制機軋制、除磷后，經穿孔機組穿孔制成毛管，將毛管經減徑定徑機組進行減徑、定徑、整形，制得100mm*12mm*4200mm的毛管，終軋溫度在950℃以下；(9)將步驟(8)得到的毛管加熱至1200℃保溫1小時，進行固溶處理；然后進行穿水淬火至室溫，再經矯直、切頭、檢驗，得到表面復合合金層1.7mm的金屬復合管。所述棒芯直徑與合金層的壁厚比例是5:1以上，步驟(1)中棒芯表面有明顯蝕坑的，車床車去表面至平整光亮；步驟(5)中合金金屬液的溫度為高于棒芯熔點與合金金屬液熔點較高值以上20℃，澆注合金金屬液的同時，在合金金屬液澆注位置的前方，使用高頻加熱器自陶瓷管模較低一端向較高一端移動加熱陶瓷管模，使棒芯吸收熱量后外表面溫度棒材熔點以下30℃范圍內；合金金屬液的倒入速度與高頻加熱器移動速度保持一致。實施例2-3：本實施例與實施例2-1的不同之處在于：所述棒芯直徑與合金層壁厚比例為1:5以下；步驟(1)中棒芯表面有明顯蝕坑的，不采用；步驟(5)中合金金屬液的溫度為超過棒芯熔點3-4℃。實施例2-4：本實施例與實施例2-1的不同之處在于：所述棒芯直徑與合金層壁厚相等，步驟(1)中棒芯表面有明顯蝕坑的，車床車至表面平整；步驟(5)中合金金屬液的溫度為超過棒芯熔點50℃。實施例3-1：一種界面熔合法制備金屬復合管的方法，采用如下步驟：(1)取錐度為1000:1的陶瓷管模豎直放置，陶瓷管模小頭直徑φ159mm*1200mm，陶瓷管模的底部細端開口封閉；頂部開口使用陶瓷板封蓋，陶瓷板與陶瓷管模之間縫隙用耐熱硅膠密封，在陶瓷板的中部開設一澆注口；(2)取3mm厚的2205雙相合金薄板，內表面酸洗除氧化皮除脂，丙酮擦拭干凈，彎曲成錐度為1000:1的金屬薄管，小頭直徑φ159mm*1000mm，接縫自然疊接，且疊接寬度為5mm，并保持金屬薄板具有向外張開的趨勢應力，金屬薄板疊接處邊緣向管內側煨彎，煨彎曲率與陶瓷管模內壁曲率相同；(3)把步驟(2)得到的2205雙相合金金屬薄管細端向下插入陶瓷管模內側底部，使金屬薄管的外壁緊貼陶瓷管模內壁；(4)通過陶瓷板頂部的澆注口向金屬薄管內側緩慢倒入20#鋼金屬液，溫度1700℃；金屬薄管在20#鋼金屬液的熱量下軟化，并緊貼陶瓷模具內壁；在合金金屬液澆注完畢后，立即在合金金屬液頂端中部插入金屬吊鉤，得復合金屬鋼錠；(5)待步驟(4)得到的復合金屬鋼錠自然冷卻至完全凝固，溫度降至合金金屬熔點以下100℃后，用高頻加熱器自下而上加熱陶瓷管模，熔解復合金屬鋼錠表層深度約3mm；(6)待步驟(5)中復合金屬鋼錠整體溫度下降至700℃，通過吊鉤吊起復合金屬坯，從陶瓷管模中脫出，得復合金屬坯；(7)將步驟(6)中得到的復合金屬坯送入加熱爐加熱至1100-1250℃，出爐；(8)將步驟(7)得到的復合棒坯經穿孔機組穿孔制成毛管，終軋溫度1120℃；將毛管經減徑定徑機組進行7道次軋制，終軋1020℃；經減定徑機組進行定徑、整形，終軋溫度950℃以上；(9)將步驟(8)得到的毛管進行熱處理、矯直、切頭、檢驗，得到尺寸為φ108mm*12mm*6150mm的表面復合合金層的金屬復合管，金屬復合層2205合金的厚度為0.5mm。表3實施例3-1制得的金屬復合管的力學指標標樣屈服強度mpa抗拉強度mpa1274.3436.22266.7428.13268.9432.4由表3可見，實施例3-1制得的金屬復合管性能符合要求。當前第1頁12