本发明涉及界面熔合法制备金属复合板、金属复合管的方法。
背景技术：
：复合板、复合管、复合棒等金属复合材料是指利用复合技术将多种化学、力学性能不同的金属在界面上实现冶金结合而形成的复合材料，其极大地改善了单一金属材料的热膨胀性、强度、断裂韧性、冲击韧性、耐磨损性、电性能、磁性能等诸多性能，因而被广泛应用到防腐、压力容器制造、电建、石化、医药、轻工、汽车等行业。将具有优异性能的金属复合到基体板层或者基体管层上，不仅能使材料的综合性能达到最佳，而且还能节省稀有金属用量，减少冶炼高质量合金钢的用量而节约生产成本。各种性能的金属复合管有着广泛的需求及应用，例如，化学药品船所用钢管，基体管层有综合力学及焊接性能，复合管层耐蚀，使复合管兼具普通管材和不锈管材的两种性能；输油输气管道通过复合技术既可做到外部耐盐腐蚀，又可做到内部耐硫化物和酸腐蚀。以压力容器用不锈钢-钢复合板为例，基层用一般的碳钢(q245r，q345r等)有很好的机械性能，复层用不锈钢(304，316l等)有很好的耐腐蚀性能，两者结合在一起，只需要几毫米的高价不锈钢，大量节约了成本，并且基本不改变基材的各种机械性能。目前，我国金属复合板主要为爆炸复合板，复合板层厚度为15-30mm，不锈钢基体板层厚度为2-4mm。而金属复合管的复合方法主要有机械滚压法、爆炸复合法、拉拔复合法等。使用传统生产工艺制备得到的金属复合板或者金属复合管由于基体板层或管层与复合层的结合力不足，尤其是在向管壁较薄的基体管坯上复合层时不仅难度大，复合管长度受限，而且在使用过程中很容易出现破损，导致安全事故发生。技术实现要素：本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种在普通碳钢表面复合合金层、通过液-液复合使界面结合牢固、生产成本低的界面熔合法制备金属复合板、金属复合管的方法。本发明是通过如下技术方案实现的：一种界面熔合法制备金属复合板的方法，采用如下步骤：(1)表面处理：基体板坯表面较为平整的，通过酸液脱除基体板坯表面的油脂，使用钢丝刷机械摩擦除去基体板坯表面的锈；(2)将基体板坯平放在一支撑底座上，保持基体板坯上表面水平放置；(3)根据复合合金层的厚度，在基体板坯的顶部四边竖直放置四条板状陶瓷模具，在板状陶瓷模具结合处以及板状陶瓷模具与基体板坯结合处用含有自流耐火泥浆的硅酸铝岩棉塞紧密封，使板状陶瓷模具与基体板坯之间形成一长方体状的浇注腔；(4)烘干封堵板状陶瓷模具之间以及板状陶瓷模具与基体板坯之间缝隙的自流耐火泥浆的硅酸铝岩棉；(5)合理制定合金金属液温度，保证使基体板坯吸收热量后基体板坯表面熔解与合金金属液复合，又避免基体板坯完全熔化，倒入合金金属液时从基体板坯一端向另一端移动倒入，避免在固定地方浇注对基体板坯造成伤害；而且合金金属液倒入速度缓慢而均匀，避免产生气孔；(6)步骤(5)中合金金属液浇注完成后得到复合钢板坯，复合钢板坯温度降至800℃以下时，移除复合钢板坯顶部四周的板状陶瓷模具；(7)将步骤(6)处理得到的复合钢板坯送入加热炉加热至1100-1250℃，出炉；(8)将步骤(7)得到的高温复合钢板坯轧制到所需尺寸或形状，得复合钢板；(9)将步骤(8)得到的复合钢板进行热处理、切头、检验，得到在基体板坯表面复合合金层的金属复合板。所述基体板坯与合金层的厚度比为10:1以上，步骤(1)中基体板坯表面有明显蚀坑的，使用车床车去表面至平整光亮；步骤(5)中合金金属液的温度为高于合金金属液熔点与基体板坯熔点较高值以上30℃，在浇注合金金属液的前方，使用高频加热器自基体板坯上方的一端向另一端移动加热基体板坯表面，使基体板坯表面的温度达到临近基体板坯熔点20℃范围，高频加热器的移动速度与合金金属液倒入时的移动速度保持一致。所述基体板坯与合金层的厚度比为1:1-1:10；步骤(1)中基体板坯表面有明显蚀坑的，不采用；步骤(5)中合金金属液的温度为高于合金金属液熔点与基体板坯熔点较高值以上30℃。重复步骤(1)-步骤(9)的操作，即可在复合板坯的基础上进行另一种合金层的复合，得到在基体板坯表面复合多层合金层的金属复合板。一种界面熔合法制备金属复合管的方法，采用如下步骤：(1)棒芯表面较为平整的，通过酸液脱除棒芯表面的油脂，使用钢丝刷机械摩擦除去棒芯表面的锈；(2)将棒芯平稳放在支撑底座上，保持棒芯轴线水平；(3)将由两片半圆管组成的柱状的陶瓷管模套在棒芯外侧，陶瓷管模轴线与棒芯轴线重合，组成陶瓷管模的两半圆管关于竖直平面对称放置，将两半圆管之间的下部缝隙以及陶瓷管模的两端开口使用含自流耐火泥浆的硅酸铝岩棉密封塞紧，将两半圆管之间的上部缝隙使用含自流耐火泥浆的硅酸铝岩棉间隔封堵，未封堵的陶瓷管模上部一侧缝隙形成浇注口，另一侧缝隙作为冒口，此时陶瓷管模内部形成圆环形的浇注腔；(4)烘干封堵陶瓷管模的含自流耐火泥浆的硅酸铝岩棉；(5)合理制定合金金属液的温度，使合金金属液浇入陶瓷管模后，既能保证使棒芯外表面熔化，又不会全部熔解；浇注时通过陶瓷管模上的浇注口将合金金属液自陶瓷管模较低一端向较高一端移动倒入陶瓷管模内；合金金属液的倒入速度均匀，以免产生气孔；(6)待步骤(5)浇注完后得到的复合棒材表面温度降至800℃拆除复合棒材外侧的陶瓷管模，得复合棒坯；(7)将复合棒坯送入加热炉，加热至1100-1250℃，出炉；(8)将步骤(7)得到的复合棒坯经穿孔机组穿孔制成毛管，将毛管经减径定径机组进行减径、定径、整形；(9)将步骤(8)得到的毛管进行热处理、矫直、切头、检验，得到表面复合合金层的金属复合管。所述棒芯直径与合金层的壁厚比例是5:1以上，步骤(1)中棒芯表面有明显蚀坑的，车床车去表面至平整光亮；步骤(5)中合金金属液的温度为高于棒芯熔点与合金金属液熔点较高值以上20℃，浇注合金金属液的同时，在合金金属液浇注位置的前方，使用高频加热器自陶瓷管模较低一端向较高一端移动加热陶瓷管模，使棒芯吸收热量后外表面温度棒材熔点以下30℃范围内；合金金属液的倒入速度与高频加热器移动速度保持一致。所述棒芯直径与合金层壁厚比例为1:5以下；步骤(1)中棒芯表面有明显蚀坑的，不采用；步骤(5)中合金金属液的温度为超过棒芯熔点3-4℃。所述棒芯直径与合金层壁厚相等，步骤(1)中棒芯表面有明显蚀坑的，车床车至表面平整；步骤(5)中合金金属液的温度为超过棒芯熔点50℃。一种界面熔合法制备金属复合管的方法，采用如下步骤：(1)取锥度为1000:1的陶瓷管模竖直放置，陶瓷管模的底部细端开口封闭；顶部开口使用陶瓷板封盖，陶瓷板与陶瓷管模之间缝隙用耐热硅胶密封；在陶瓷板的中部开设一浇注口；(2)取金属薄板弯曲成锥度为1000:1的金属薄管，金属薄板的接缝自然叠接，且叠接宽度为5mm，并保持金属薄板具有向外张开的趋势应力，金属薄板叠接处边缘向管内侧煨弯，煨弯曲率与陶瓷管模内壁曲率相同；(3)把金属薄管细端向下插入陶瓷管模内侧底部，使金属薄管的外壁紧贴陶瓷管模内壁；(4)通过陶瓷板顶部的浇注口向金属薄管内侧缓慢倒入合金金属液，合金金属液的温度为高于合金金属液熔点以上30℃；金属薄管在合金金属液的热量下软化，并紧贴陶瓷模具内壁；在合金金属液浇注完毕后，立即在合金金属液顶端中部插入金属吊钩，得复合金属钢锭；(5)待步骤(4)得到的复合金属钢锭自然冷却至完全凝固，温度降至合金金属熔点以下100℃后，用高频加热器自下而上加热陶瓷管模，熔解复合金属钢锭表层深度约3mm；(6)待步骤(5)中复合金属钢锭整体温度下降至700℃，通过吊钩吊起复合金属坯，从陶瓷管模中脱出，得复合金属坯；(7)将步骤(6)中得到的复合金属坯送入加热炉加热至1100-1250℃，出炉；(8)将步骤(7)得到的复合棒坯经穿孔机组穿孔制成毛管，将毛管经减径定径机组进行减径、定径、整形；(9)将步骤(8)得到的毛管进行热处理、矫直、切头、检验，得到表面复合合金层的金属复合管。所述金属薄板的厚度为2mm以下。本发明界面熔合法制备金属复合板、金属复合管的方法，(1)采用陶瓷模具与基体管层或基体板层之间形成浇注腔，可使用高频加热器对基体管层或基体板层加热，而且陶瓷管模具有蓄热功能，可减少基体管层或基体板层的热量损失，实现复合界面的二次重熔，解决了传统金属模具不宜高温加热，不宜控温的缺陷；(2)通过合理制定合金金属液的浇注温度，使合金金属液浇入基体管层或基体板层表面后，既能保证使基体管层或基体板层外表面熔化，又不会全部熔解，使基体管层或基体板层表面与合金层熔合，保证在轧制过程中不出现界面开裂现象，轧制工艺调节范围更广；(3)特殊金属浇注时，浇注时浇注腔内充满co2，避免结合面与空气接触容易氧化，出现氧化物使界面不能结合。综上，本发明方法工艺简单，生产成本低，生产出来的金属复合板、金属复合管的基体板层或基体管层与合金层的结合力强，保证了金属复合板、金属复合管的质量，降低了生产过程中的安全隐患。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于此，实施例中的制备方法均为常规制备方法，不再详述。实施例1-1：一种界面熔合法制备金属复合板的方法，采用如下步骤：(1)表面处理：基体板坯为2205双相不锈钢钢板，厚10mm，通过酸液脱除基体板坯表面的氧化物及油脂，使用钢丝刷机械摩擦除去基体板坯表面的锈，再用丙酮擦净基体板坯表面；(2)将基体板坯平放在一支撑底座上，保持基体板坯干净的上表面水平放置；(3)根据复合合金层的厚度，在基体板坯的顶部四边竖直放置四条板状陶瓷模具，在板状陶瓷模具结合处用含有自流耐火泥浆的硅酸铝岩棉塞紧密封，使板状陶瓷模具与基体板坯之间形成一长方体状的浇注腔；(4)烘干封堵板状陶瓷模具之间缝隙的自流耐火泥浆的硅酸铝岩棉；(5)使用电弧炉熔化20#钢，得到20#钢钢水温度在1600℃，保证基体板坯吸收热量后基体板坯表面熔解，与20#钢水复合，又避免基体板坯完全熔化；倒入20#钢水时，从基体板坯一端向另一端移动顺次倒入，避免在固定地方浇注对基体板坯造成伤害；而且20#钢水倒入速度迅速而均匀，既要避免产生气孔，又要实现20#钢水的迅速覆盖，避免出现氧化物，20#钢水厚度为40mm；(6)步骤(5)中20#钢水浇注完成后得到复合钢板坯，复合钢板坯温度降至800℃以下时，移除复合钢板坯顶部四周的板状陶瓷模具；(7)将步骤(6)处理的到的复合钢板坯送入加热炉加热至1250℃(低于930℃会有σ相析出，高于1250℃会有铁素体热撕裂)，出炉；(8)将步骤(7)得到的高温复合钢板进行21道次轧制，下压量近70％，得到厚度为16mm的复合钢板，复合层厚度为3mm；此时复合板坯温度在950℃以上；(9)将步骤(8)得到的复合钢板淬水冷却、探伤、齐边、酸洗除磷、抛光、检验，得到在基体板坯表面复合合金层的金属复合板。表1实施例1-1制得的金属复合板的力学指标标样屈服强度mpa抗拉强度mpa1328.1483.12335.8497.63330.4489.4由表1可见，实施例1-1制得的金属复合板性能符合要求。实施例1-2：本实施例与实施例1-1的不同之处在于：所述基体板坯与合金层的厚度比为10:1以上，步骤(1)中基体板坯表面有明显蚀坑的，使用车床车去表面至平整光亮；步骤(5)中合金金属液的温度为高于合金金属液熔点与基体板坯熔点较高值以上30℃，在浇注合金金属液的前方，使用高频加热器自基体板坯上方的一端向另一端移动加热基体板坯表面，使基体板坯表面的温度达到临近基体板坯熔点20℃范围，高频加热器的移动速度与合金金属液倒入时的移动速度保持一致。重复步骤(1)-步骤(9)的操作，即可在复合板坯的基础上进行另一种合金层的复合，得到在基体板坯表面复合多层合金层的金属复合板。实施例1-3：本实施例与实施例1-1的不同之处在于：所述基体板坯与合金层的厚度比为1:1-1:10；步骤(1)中基体板坯表面有明显蚀坑的，不采用；步骤(5)中合金金属液的温度为高于合金金属液熔点与基体板坯熔点较高值以上30℃。实施例2-1：一种界面熔合法制备金属复合管的方法，采用如下步骤：(1)取尺寸为φ159mm*30mm*1000mm的棒芯，棒芯表面较为平整的，通过酸液脱除棒芯表面的油脂，使用钢丝刷机械摩擦除去棒芯表面的锈；(2)将棒芯平稳放在支撑底座上，保持棒芯轴线水平；(3)将由两片半圆管组成的柱状的陶瓷管模套在棒芯外侧，陶瓷管模轴线与棒芯轴线重合，组成陶瓷管模的两半圆管关于竖直平面对称放置，将两半圆管之间的下部缝隙以及陶瓷管模的两端开口使用含自流耐火泥浆的硅酸铝岩棉密封塞紧，将两半圆管之间的上部缝隙使用含自流耐火泥浆的硅酸铝岩棉间隔封堵，未封堵的陶瓷管模上部一侧缝隙形成浇注口，另一侧缝隙作为冒口，此时陶瓷管模内部形成圆环形的浇注腔；(4)烘干封堵陶瓷管模的含自流耐火泥浆的硅酸铝岩棉；(5)使用aod电炉熔化2205双相合金钢金属液，熔化后的2205双相合金钢金属液温度在1750℃，使合金金属液浇入陶瓷管模后，既能保证使棒芯外表面熔化，又不会全部熔解；中频感应加热棒芯至1320℃，棒芯加热的同时通过热辐射作用陶瓷管模也升温至800℃以上，将20公斤1750℃的双相合金金属液通过陶瓷管模上的浇注口自陶瓷管模较低一端向较高一端移动倒入陶瓷管模内；合金金属液的倒入速度均匀，以免产生气孔；(6)待步骤(5)浇注完后得到的复合棒材表面温度降至800℃，拆除复合棒材外侧的陶瓷管模，得复合棒坯；(7)将复合棒坯送入加热炉，加热至1100-1250℃，出炉；(8)将步骤(7)得到的复合管坯经经7道次轧制机轧制、除磷后，经穿孔机组穿孔制成毛管，将毛管经减径定径机组进行减径、定径、整形，制得φ100mm*12mm*4200mm的毛管，终轧温度保持在950℃以上；(9)将步骤(8)得到的毛管进行穿水淬火至室温，然后经矫直、切头、检验，得到表面复合合金层1.7mm的金属复合管。表2实施例2-1制得的金属复合管的力学指标标样屈服强度mpa抗拉强度mpa1298.3468.22312.2487.63308.3481.4由表2可见，实施例2-1制得的金属复合管性能符合要求。实施例2-2：如果步骤(8)终轧温度低于950℃时间过长，就必须进行固溶处理，应将后续生产工艺改变如下：(8)将步骤(7)得到的复合管坯经经7道次轧制机轧制、除磷后，经穿孔机组穿孔制成毛管，将毛管经减径定径机组进行减径、定径、整形，制得100mm*12mm*4200mm的毛管，终轧温度在950℃以下；(9)将步骤(8)得到的毛管加热至1200℃保温1小时，进行固溶处理；然后进行穿水淬火至室温，再经矫直、切头、检验，得到表面复合合金层1.7mm的金属复合管。所述棒芯直径与合金层的壁厚比例是5:1以上，步骤(1)中棒芯表面有明显蚀坑的，车床车去表面至平整光亮；步骤(5)中合金金属液的温度为高于棒芯熔点与合金金属液熔点较高值以上20℃，浇注合金金属液的同时，在合金金属液浇注位置的前方，使用高频加热器自陶瓷管模较低一端向较高一端移动加热陶瓷管模，使棒芯吸收热量后外表面温度棒材熔点以下30℃范围内；合金金属液的倒入速度与高频加热器移动速度保持一致。实施例2-3：本实施例与实施例2-1的不同之处在于：所述棒芯直径与合金层壁厚比例为1:5以下；步骤(1)中棒芯表面有明显蚀坑的，不采用；步骤(5)中合金金属液的温度为超过棒芯熔点3-4℃。实施例2-4：本实施例与实施例2-1的不同之处在于：所述棒芯直径与合金层壁厚相等，步骤(1)中棒芯表面有明显蚀坑的，车床车至表面平整；步骤(5)中合金金属液的温度为超过棒芯熔点50℃。实施例3-1：一种界面熔合法制备金属复合管的方法，采用如下步骤：(1)取锥度为1000:1的陶瓷管模竖直放置，陶瓷管模小头直径φ159mm*1200mm，陶瓷管模的底部细端开口封闭；顶部开口使用陶瓷板封盖，陶瓷板与陶瓷管模之间缝隙用耐热硅胶密封，在陶瓷板的中部开设一浇注口；(2)取3mm厚的2205双相合金薄板，内表面酸洗除氧化皮除脂，丙酮擦拭干净，弯曲成锥度为1000:1的金属薄管，小头直径φ159mm*1000mm，接缝自然叠接，且叠接宽度为5mm，并保持金属薄板具有向外张开的趋势应力，金属薄板叠接处边缘向管内侧煨弯，煨弯曲率与陶瓷管模内壁曲率相同；(3)把步骤(2)得到的2205双相合金金属薄管细端向下插入陶瓷管模内侧底部，使金属薄管的外壁紧贴陶瓷管模内壁；(4)通过陶瓷板顶部的浇注口向金属薄管内侧缓慢倒入20#钢金属液，温度1700℃；金属薄管在20#钢金属液的热量下软化，并紧贴陶瓷模具内壁；在合金金属液浇注完毕后，立即在合金金属液顶端中部插入金属吊钩，得复合金属钢锭；(5)待步骤(4)得到的复合金属钢锭自然冷却至完全凝固，温度降至合金金属熔点以下100℃后，用高频加热器自下而上加热陶瓷管模，熔解复合金属钢锭表层深度约3mm；(6)待步骤(5)中复合金属钢锭整体温度下降至700℃，通过吊钩吊起复合金属坯，从陶瓷管模中脱出，得复合金属坯；(7)将步骤(6)中得到的复合金属坯送入加热炉加热至1100-1250℃，出炉；(8)将步骤(7)得到的复合棒坯经穿孔机组穿孔制成毛管，终轧温度1120℃；将毛管经减径定径机组进行7道次轧制，终轧1020℃；经减定径机组进行定径、整形，终轧温度950℃以上；(9)将步骤(8)得到的毛管进行热处理、矫直、切头、检验，得到尺寸为φ108mm*12mm*6150mm的表面复合合金层的金属复合管，金属复合层2205合金的厚度为0.5mm。表3实施例3-1制得的金属复合管的力学指标标样屈服强度mpa抗拉强度mpa1274.3436.22266.7428.13268.9432.4由表3可见，实施例3-1制得的金属复合管性能符合要求。当前第1页12