一种金属复合长材的制造方法及金属复合长材与流程

本发明涉及一种金属材料的制造方法及金属材料，尤其涉及一种金属复合材料的制造方法及金属复合材料。

背景技术：

在能源化工、桥梁、海工、建筑等行业，材料的使用环境比较恶劣，经常接触腐蚀性介质，即便长期暴露在大气环境中也会发生锈蚀，最终影响使用寿命和工程安全。为了达到防腐蚀的目的，线材产品通常的防腐措施是镀锌、镀铬、镀镍等工艺，但产品质量不稳定，防腐时间短，且大多涂镀工艺均对环境造成污染。

复合长材通常是将两种或两种以上材质的金属材料通过不同的复合手段制成复合坯，然后通过冷热加工制成复合长材产品。在现有技术中，复合长材生产工艺包括钎焊复合、机械复合、电渣重熔复合、轧制复合等。其中，钎焊复合是采用熔点低于母材的合金作钎料，加热时钎料熔化，并靠润湿作用和毛细作用填满并保持在接头间隙内，而母材处于固态，依靠液态钎料和固态母材间的相互扩散复合覆材与基材。机械复合是在一种棒材外表包裹一层其他金属通过机械压合的方式使其贴合，然而其缺点在于结合面为机械结合，结合强度较低，适用于对界面结合要求不高的环境使用。电渣重熔复合是通过电渣重熔将外层材质和内层材质重熔复合成复合坯，再进行热加工生产复合棒线材产品，其结合效果较好，但能耗和成本较高，生产工序复杂。

例如：公开号为cn107933013a，公开日为2018年4月20日，名称为“一种不锈钢/碳钢真空复合钢筋及其制造工艺”的中国专利文献公开了一种不锈钢/碳钢真空复合钢筋及其制造方法。在该专利文献所公开的技术方案中，其通过管棒嵌套或方坯四周贴板抽真空焊接的方式轧制成复合钢筋。

公开号为cn106282674a，公开日为2017年1月4日，名称为“一种生产铝合金复合管材、棒材及线材的方法”的中国专利文献公开了一种生产铝合金复合管材、棒材及线材的方法。在该专利文献所公开的技术方案中，其核心工艺在于复合铸造生产复合铸棒或管坯。

公开号为cn101219502，公开日为2008年7月16日，名称为“双金属复合棒材生产新工艺”的中国专利文献公开了一种双金属复合棒材生产新工艺。在该专利文献所公开的技术方案中，其通过覆层金属管和基层金属棒的间隙组配+冷拔预贴合+热轧复合的方法完成复合棒材的生产。

基于此，由于现有技术中存在制备复合长材的方法存在工艺复杂、污染环境、能耗高、结合效果不良的问题，因而，期望获得一种制造方法，可以克服现有技术的不足，生产获得冶金结合质量高的复合长材产品。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种金属复合长材的制造方法，该制造方法利用液固复合的方式制备冶金界面结合良好的复合坯，提高了复合效果，并最终获得完全冶金结合的金属复合长材。该制造方法简单可靠，所获得的金属复合长材的界面结合质量好，非常适用于规模化生产，并且还可以根据实际需要生产不同性能的金属复合长材。

为了实现上述目的，本发明提出了一种金属复合长材的制造方法，其包括步骤：

将芯棒放置于锭模内；

采用加热器对芯棒进行加热；

采用真空冶炼炉冶炼复合金属以得到金属液；将加热器随同锭模放入真空冶炼炉内；在真空冶炼炉内将金属液浇铸在锭模内、芯棒的表层，以制成复合坯；

复合坯随炉冷却或缓慢空冷；

对复合坯进行再加热，保温均热后进行轧制或挤压，以得到金属复合长材。

在本发明所述的金属复合长材的制造方法中，在加热过程中，芯棒表面原子活性逐渐增加，与高温的金属液接触后，芯棒温度不断升高，表面发生微熔，从而与液态的复层金属液熔合。同时，高温状态下，芯棒与金属液之间的金属原子发生相互扩散，共同促进界面结合，浇铸后的复合坯缓慢冷却有助于原子扩散更为充分。最后制成的复合坯高温再加热后进行热加工，可以使得复合坯在大塑性变形和热扩散的条件进一步促使界面再次结合，从而最终获得的复合坯的复合界面冶金结合质量高。

需要说明的是，在本发明所述的技术方案中，最终获得的金属复合长材可以为复合棒材、复合线材或复合管材。

此外，锭模的形状可以与芯棒的形状一致，例如可以采用圆形或方形。

进一步地，在本发明所述的金属复合长材的制造方法中，在真空冶炼炉内将金属液浇铸在锭模内、芯棒的外表层，以制成复合坯，使得芯棒形成为复合坯的基层，金属液形成为复合坯的覆层；或者

芯棒为中空的芯棒，在真空冶炼炉内将金属液浇铸在锭模内、芯棒的内表层，以制成复合坯，使得所述芯棒形成为复合坯的覆层，金属液形成为复合坯的基层。

进一步地，在本发明所述的金属复合长材的制造方法中，采用加热器对芯棒进行加热的加热温度为600-1200℃。

在上述方案中，加热器对芯棒进行加热，可以有利于固液结合，从而使得复合界面的冶金结合质量更高，而加热温度可以根据各实施方式的具体情况，基于钢种和芯棒表面状况选择不同的加热温度，例如当芯棒未进行表面预处理时，可以适当提高加热温度，以促进芯棒表面的氧化铁皮与液态金属的熔合。

进一步地，在本发明所述的金属复合长材的制造方法中，浇铸温度为1300-1800℃。

进一步地，在本发明所述的金属复合长材的制造方法中，再加热将复合坯再加热至1000-1280℃。

上述方案中，再加热将复合坯再加热至1000-1280℃，可以有利于复合界面发生回复和再结晶，高温下的晶粒长大和元素扩散促进了界面的二次复合，最终生产出结合良好的金属复合长材。

进一步地，在本发明所述的金属复合长材的制造方法中，对芯棒表面进行预处理后再放置于锭模内。

上述方案中，预处理包括机械打磨以保证芯棒结合面露出干净金属。

进一步地，在本发明所述的金属复合长材的制造方法中，锭模内的底部设有对中槽，用以将芯棒固定在锭模中心。

进一步地，在本发明所述的金属复合长材的制造方法中，加热器包括感应加热器和/或电加热器。

相应地，本发明的另一目的还在于提供一种金属复合长材，该金属复合长材的冶金界面结合效果好。

为了达到上述发明目的，本发明还提出了一种金属复合长材，其采用上述的金属复合长材的制造方法制得。

进一步地，在本发明所述的金属复合长材中，其为复合棒材、复合线材或复合管材。

进一步地，在本发明所述的金属复合长材中，其基层和/或覆层的材料选自：碳钢、不锈钢、有色金属。

本发明所述的金属复合长材的制造方法及金属复合长材相较于现有技术具有如下所述的优点以及有益效果：

本发明所述的制造方法利用液固复合的方式制备冶金界面结合良好的复合坯，提高了复合效果，并最终获得完全冶金结合的金属复合长材。该制造方法简单可靠，所获得的金属复合长材的界面结合质量好，非常适用于规模化生产，并且还可以根据实际需要生产不同性能的金属复合长材。

此外，本发明所述的制造方法简单可靠，可以根据需要，生产不同性能的金属复合长材，并且金属复合长材厚度规格均可以根据实际需要进行调整，而金属复合长材的芯层或是覆层的材料可以选择的范围宽泛，包括碳钢、不锈钢、特种合金、有色金属。

附图说明

图1示意性地显示了本发明所述的金属复合长材在一种实施方式中的复合坯组坯结构。

图2示意性地显示了本发明所述的金属复合长材在另一种实施方式中的复合坯组坯结构。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例以及说明书附图对本发明所述的金属复合长材的制造方法及金属复合长材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。

图1示意性地显示了本发明所述的金属复合长材在一种实施方式中的复合坯组坯结构。

如图1所示，将芯棒1放置于锭模4内，采用加热器3对芯棒1进行加热，随后采用真空冶炼炉冶炼复合金属以得到金属液2，将加热器3随同锭模4放入真空冶炼炉内，在真空冶炼炉内将金属液2浇铸在锭模4内芯棒1表层中，以制成复合坯，随后复合坯随炉冷却或缓慢空冷，对复合坯进行再加热，保温均热后进行轧制或挤压，以得到金属复合长材。

而参考图1可以看出，在真空冶炼炉内将金属液2浇铸在锭模4内、芯棒1的外表层，以制成复合坯，使得芯棒1形成为复合坯的基层，金属液2形成为复合坯的覆层。考虑到为了获得更好的复合效果，可以在芯棒1的表面进行预处理后在放置于锭模4内，预处理可以包括通过机械打磨保证芯棒1与金属液2之间的结合面露出干净金属。

此外，为了芯棒1位于锭模4的中心处，从而保证浇铸后的复合坯壁厚均匀，可以将锭模4内的的底部设置对中槽，用以将芯棒1固定在锭模4中心处。

而图2则显示了另一种复合坯组坯结构。图2示意性地显示了本发明所述的金属复合长材在另一种实施方式中的复合坯组坯结构。

如图2所示，该实施方式中的复合坯与图1的不同之处在于，芯棒1为中空的芯棒，在真空冶炼炉内将金属液2浇铸在锭模4内、芯棒1的内表层，以制成复合坯，使得芯棒1形成为复合坯的覆层，金属液2形成为复合坯的基层。所制得的复合坯随炉冷却或缓慢空冷；对复合坯进行再加热，保温均热后进行轧制或挤压，以得到金属复合长材。

上述实施方式中，加热器3可以采用感应加热器对芯棒1进行感应加热，也可以采用电加热器通过电阻丝加热的方式对芯棒1进行加热，以促进芯棒1与金属液2之间的界面结合。

需要指出的是，在一些实施方式中，可以采用加热器对芯棒1进行加热的加热温度为600-1200℃。

并且可以根据不同的金属，将浇铸温度控制为1300-1800℃。

而为了有利于复合界面发生回复和再结晶，高温下的晶粒长大和元素扩散促进了界面的二次复合，最终生产出结合良好的金属复合长材，在一些实施方式中，可以再加热将复合坯再加热至1000-1280℃。

需要指出的是，锭模4的形状可以与芯棒1的形状一致，例如芯棒1或锭模4可以采用圆形或方形。

本案的金属复合长材的制造方法使用范围广，所得到的金属复合长材可以为复合棒材、复合线材或复合管材，并且基层和/或覆层的材料可以选自：碳钢、不锈钢、有色金属。

为了更好地进行说明，以实施例1-3的金属复合长材为例进行说明：

其中，实施例1的金属复合长材的制造方法如下所述：

1)将112mm×112mm的方形b82mnql芯棒放置在锭模内，芯棒表面进行打磨酸洗，去除氧化铁皮、油污等杂质，露出结合面干净金属；

2)锭模为140mm×140mm方锭，锭模底部带有对中槽，芯棒固定在锭模中心，保证浇铸后的复合坯壁厚均匀；

3)锭模放入加热器内，加热器采用感应线圈加热，用于对芯棒进行加热，加热温度950℃，加热速度12℃/s，芯棒加热有利于固液界面结合；

4)金属液为316不锈钢，采用真空冶炼炉冶炼，出钢温度1640℃；

5)待芯棒和不锈钢钢水温度达到浇铸工艺要求后，在真空炉内完成浇钢作业，制成140mm×140mm的复合坯，随炉冷却至室温；

6)将复合坯加热至1210℃，保温90min均热后利用常规线材轧机轧制成φ5mm耐蚀桥梁斜拉索钢丝，基层碳钢4mm，覆层不锈钢厚度0.5mm。该钢丝表面复合316不锈钢，可免除后续镀锌工艺。

需要指出的是，实施例1的金属复合长材为复合线材。

实施例2的金属复合长材的制造方法如下所述：

1)将144mm×144mm的方形20mnsiv碳钢芯棒放置在锭模内，芯棒表面进行打磨酸洗，去除氧化铁皮、油污等杂质，露出结合面干净金属；

2)锭模为180mm×180mm方锭，锭模底部带有对中槽，芯棒固定在锭模中心，保证浇铸后的复合坯壁厚均匀；

3)锭模放入加热器内，加热器采用感应线圈加热，用于对芯棒进行加热，加热温度900℃，加热速度10℃/s，芯棒加热有利于固液界面结合；

4)金属液为304l不锈钢，采用真空冶炼炉冶炼，出钢温度1620℃；

5)待碳钢芯和不锈钢钢水温度达到浇铸工艺要求后，在真空炉内完成浇钢作业，制成180mm×180mm的复合坯，随炉冷却至室温；

6)将复合坯加热至1250℃，保温60min均热后利用常规线材轧机轧制成耐蚀复合钢筋，覆层的不锈钢厚度1.6mm，钢筋屈服强度430mpa，由于表层复合不锈钢，具有良好的耐蚀性。

需要指出的是，实施例2的金属复合长材为复合棒材。

实施例3的金属复合长材的制造方法如下所述：

1)将的镍基合金n08825圆棒放置在锭模内，芯棒表面进行打磨酸洗，去除氧化铁皮、油污等杂质，露出结合面干净金属；

2)锭模为圆锭，锭模底部带有对中槽，芯棒固定在锭模中心，保证浇铸后的复合坯壁厚均匀；

3)锭模放入加热器内，加热器采用感应线圈加热，用于对芯棒进行加热，加热温度750℃，加热速度5℃/s，芯棒加热有利于固液界面结合；

4)外层金属为x65管线钢，采用真空冶炼炉冶炼，出钢温度1600℃；

5)待芯棒和钢水温度达到浇铸工艺要求后，在真空炉内完成浇钢作业，制成的复合管坯，随炉冷却至室温；

6)将复合管坯加热至1200℃，保温80min均热后依次进行穿孔、轧管、减定径制成高耐蚀复合无缝管，基层的n08825厚度1mm，覆层的x65厚度3mm。

需要指出的是，实施例3的金属复合长材为复合管材。

综上所述可以看出，本发明所述的制造方法利用液固复合的方式制备冶金界面结合良好的复合坯，提高了复合效果，并最终获得完全冶金结合的金属复合长材。该制造方法简单可靠，所获得的金属复合长材的界面结合质量好，非常适用于规模化生产，并且还可以根据实际需要生产不同性能的金属复合长材。

此外，本发明所述的制造方法简单可靠，可以根据需要，生产不同性能的金属复合长材，并且金属复合长材厚度规格均可以根据实际需要进行调整，而金属复合长材的芯层或是覆层的材料可以选择的范围宽泛，包括碳钢、不锈钢、特种合金、有色金属。

需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。

此外，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。

还需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。