本发明涉及复合管材制备领域，具体涉及一种钛铜钢三层金属复合翅片管材及其制备工艺。
背景技术：
翅片管主要用于电力、机械、冶金、化工、纺织、造纸、以及工业和民用采暖燃煤锅炉的省煤器管道。目前，该产品主要为ND钢材质，由于所处环境温度超过400℃，同时存在大量SO2等酸性气体，翅片管的耐蚀问题待解决。目前常用的方案均是采用耐蚀合金，但成本较高，很难满足工业需求。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种钛铜钢三层金属复合翅片管材及其制备工艺，本发明能够一次性制备出壁厚均匀、表面光滑、延伸率高的金属复合管材，所用设备投资少、生产效率高、加工成本低。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种钛铜钢三层金属复合翅片管材，包括基管，所述基管由从内向外依次设置的钢层、铜层和钛层复合制成，所述基管表面还设置有翅片，所述翅片由基管的本体轧制形成，所述基管和翅片外表面上还设置有氮化钛涂层。
制备一种钛铜钢三层金属复合翅片管材的工艺，包括以下步骤：
步骤1)选用钛管和钢棒作为基材，对钛管的内表面和钢棒外表面进行清洁处理，得到表面光亮的钛管基体和钢棒基体；
步骤2)对钢棒基体外表面进行金属镀层处理，将铜层镀设在钢棒基体上，得到镀铜钢棒；
步骤3)将镀铜钢棒插入钛管基体中，用拉管机将钛管基体和镀铜钢棒拉拔至两者贴合，成为复合棒材，并排出钛管基体和镀铜钢棒中间的空气，在复合棒材两端采用氩弧焊焊接密封；
步骤4)将复合棒材用感应线圈加热，采用斜轧穿孔机将复合棒材穿孔轧制成复合管材，采用斜轧穿孔机时，会对复合棒材产生两个力，一个位于复合棒材外表面并朝向中心，另一个位于复合棒材内部中心并朝向外表面，两个作用力的相互轧制有效的压缩复合管材壁厚和密度，使得连接强度高，结合度好，并且厚度一次成型；
步骤5)将复合管材在卧式旋压机上旋压出翅片，得到半成品；
步骤6)将半成品放入氮气环境中加热，使复合管材表面表面生成氮化钛涂层，得到复合翅片管。
进一步的，所述步骤1中的清洁处理为除油、打磨和抛光，除油时，先喷涂清洁液，然后通过高压风机将清洁液吹除，钛管直径40至100mm，壁厚5至20mm，钢棒直径30至80mm。
进一步的，所述步骤2中铜层的镀设厚度为20至150μm，能够有效的起到连接层的作用，并且复合时，不会产生过多的无法反应的铜而影响复合效果，镀膜的方式使得铜层能够均匀且有效的包覆在钢棒表面，在复合时，保证每一处的结合效果均一致，保证复合层之间不会因结合度不一致而出现分层现象。
进一步的，所述步骤3中镀铜钢棒的外径小于钛管的内径，范围为0.5至2mm。
进一步的，所述步骤4中复合棒材用感应线圈加热温度为800至1000℃，加热时间为10至30min，复合管材的外径为45至110mm，壁厚为4至8mm。
进一步的，所述步骤5中轧制的翅片的高度为1至2mm，半成品的壁厚为4至6mm。
进一步的，所述步骤6中将半成品放入99.99％的氮气环境中，并加热到900至1100℃，加热时间为5至10min，氮气与半成品外表面的钛层反应生成氮化钛涂层。
本发明的有益效果是:
1、本方法先将钢棒与太棒通过铜层贴合在一起，然后再采用感应加热和斜扎穿孔工艺制备三层金属复合管材，其加热和穿孔效率高，穿孔时变形量大，延伸率高，成品内部组织致密度显著提高，提高了管坯性能。
2、采用三层材料复合，在内层钢棒外侧镀铜，使外层钛与中间铜层、内层钢与中间铜层生成单相固溶体，有效防止脆性相的生成，保证各界面的结合强度。
3、采用将钛、铜、钢复合金属翅片管放入氮气环境中加热，使复合管材表面表面生成氮化钛涂层，该涂层具有高耐磨性高耐冲击性，大幅度减少了翅片管材的外部磨损。
4、采用上述方法制备的复合翅片管材通过一次性加热穿孔复合成形，得到的壁厚均匀、表面光滑、延伸率高，所用设备投资少、生产效率高、加工成本低，并且能够适用于生产直径小于60mm、壁厚小于5mm、且长度大于6m以上的管材，是一种全新的翅片管生产工艺，针对高温恶劣环境下使用的翅片管也能够低成本的批量生产，大大满足市场需要。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的管材结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1所示，本发明主要用于制备一种钛铜钢三层金属复合翅片管材，复合翅片管材由基管1和基管上的翅片2组成，基管与翅片一体成型制备，基管由从内向外依次设置的钢层3、铜层4和钛层5复合制成，翅片由基管的本体轧制形成，基管和翅片外表面上还设置有氮化钛涂层，以大幅度减少了翅片管材的外部磨损，保证翅片管材的使用耐久度，提高使用寿命。
实施例1
制备外径为50mm，壁厚为5mm的钛、铜、钢三层金属复合翅片管材
步骤1)选用直径为45mm的钛管和直径为30mm的钢棒作为基材，其中，钛管内径比钢棒外径大1mm，对钛管的内表面和钢棒外表面进行清洁处理，得到表面光亮的钛管基体和钢棒基体；
步骤2)对钢棒基体外表面进行金属镀层处理，将铜层镀设在钢棒基体上，得到镀铜钢棒，铜层厚度为30μm；
步骤3)将镀铜钢棒插入钛管基体中，用拉管机将钛管基体和镀铜钢棒拉拔至两者贴合，成为复合棒材，并排出钛管基体和镀铜钢棒中间的空气，在复合棒材两端采用氩弧焊焊接密封；
步骤4)将复合棒材用感应线圈加热，加热温度850℃，加热时间为10min，采用斜轧穿孔机将复合棒材穿孔轧制成复合管材；
步骤5)将复合管材在卧式旋压机上旋压出翅片，轧制翅片的高度为1mm，得到半成品，其中半成品的长度为5m、厚度为4mm；
步骤6)将半成品放入氮气环境中加热，加热温度900，加热时间为5min，使复合管材表面表面生成氮化钛涂层，得到复合翅片管。
实施例2
制备外径为60mm，壁厚为8mm的钛、铜、钢三层金属复合翅片管材
步骤1)选用直径为55mm的钛管和直径为40mm的钢棒作为基材，其中，钛管内径比钢棒外径大1.5mm，对钛管的内表面和钢棒外表面进行清洁处理，得到表面光亮的钛管基体和钢棒基体；
步骤2)对钢棒基体外表面进行金属镀层处理，将铜层镀设在钢棒基体上，得到镀铜钢棒，铜层厚度为50μm；
步骤3)将镀铜钢棒插入钛管基体中，用拉管机将钛管基体和镀铜钢棒拉拔至两者贴合，成为复合棒材，并排出钛管基体和镀铜钢棒中间的空气，在复合棒材两端采用氩弧焊焊接密封；
步骤4)将复合棒材用感应线圈加热，加热温度900℃，加热时间为20min，采用斜轧穿孔机将复合棒材穿孔轧制成复合管材；
步骤5)将复合管材在卧式旋压机上旋压出翅片，轧制翅片的高度为1.5mm，得到半成品，其中半成品的长度为6m、厚度为5mm；
步骤6)将半成品放入氮气环境中加热，加热温度980，加热时间为8min，使复合管材表面表面生成氮化钛涂层，得到复合翅片管。
实施例3
制备外径为80mm，壁厚为10mm的钛、铜、钢三层金属复合翅片管材
步骤1)选用直径为75mm的钛管和直径为60mm的钢棒作为基材，其中，钛管内径比钢棒外径大2mm，对钛管的内表面和钢棒外表面进行清洁处理，得到表面光亮的钛管基体和钢棒基体；
步骤2)对钢棒基体外表面进行金属镀层处理，将铜层镀设在钢棒基体上，得到镀铜钢棒，铜层厚度为100μm；
步骤3)将镀铜钢棒插入钛管基体中，用拉管机将钛管基体和镀铜钢棒拉拔至两者贴合，成为复合棒材，并排出钛管基体和镀铜钢棒中间的空气，在复合棒材两端采用氩弧焊焊接密封；
步骤4)将复合棒材用感应线圈加热，加热温度1000℃，加热时间为30min，采用斜轧穿孔机将复合棒材穿孔轧制成复合管材；
步骤5)将复合管材在卧式旋压机上旋压出翅片，轧制翅片的高度为2mm，得到半成品，其中半成品的长度为8m、厚度为9mm；
步骤6)将半成品放入氮气环境中加热，加热温度1100℃，加热时间为10min，使复合管材表面表面生成氮化钛涂层，得到复合翅片管。
上述三个实施例，在步骤1中的清洁处理为除油、打磨和抛光，除油时，先喷涂清洁液，然后通过高压风机将清洁液混合着溶解的油液吹除，保证表面清洁度，避免复合时产生杂质，提高复合牢固度，其中清洁液由100份的水、3份的丁二醇、5份的丙二醇、2份的三乙醇胺、1份的甘蔗提取物、2份的水解弹性蛋白、6份的脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸钠、0.5份的金银花、8份的皂粉、1份的橄榄叶精华和1份的甘草提取物均匀混合组成，喷涂后需要配合超声波一并清洗提高清洗效果。打磨抛光后，能够保证表面的光滑度，在后续拉拔时，能够起到良好的贴合度，即有效的将空气全部挤压出去，提高内部结合度。
步骤3中镀铜钢棒的外径小于钛管的内径，范围为0.5至2mm，过小则难以插入，并且拉拔时空气排出极为困难，间隙过大，及易出现金属裂缝等，影响后续复合质量。
本工艺制备的复合管材具有一次性制备长度长，壁厚薄，能够批量化、快速和高质量的生产，而现有的复合材料的生产工艺主要有：
1)爆炸焊接复合法，是在一个特定的用于焊接的爆炸系统中，炸药的化学能经过多次和多种形式的传递、吸收、转换及分配之后，在待结合的金属界面上形成一薄层具有塑性变形、熔化和扩散，以及波形特征的焊接过渡区，从而造成强固结合的一种金属焊接的工艺，是以炸药为能源的压力焊、熔化焊和扩散焊“三位一体”的金属焊接工艺。但该工艺生产效率低，成本较高，很难大规模工业化生产，并且其主要用于生产板材，对于生产管材来说，难度极大，同时无法进行较小直径(直径小于60mm)的复合管生产。
2)等静压扩散复合法，是一种获得整体接头的方法，是在高温下对材料施加压力，使之压紧并产生一定的塑性变形，然后用高频加热线圈对工件进行加热以达到复合的目的。但由于设备限制，该工艺只能生产复合接头等长度较短的零件，无法生产复合管材。
3)挤压或挤压+拉伸法，挤压法生产的复合管，由于变形量大，挤压时金属处于三向压应力状态，在高压下伴随巨大的变形，复合界面产生深度冶金结合，一般会形成较宽的复合波和复合带，复合强度较高，生产效率高，适合于大批量生产方式。但由于挤压比限制，该工艺不能生产壁厚较薄(<5mm)的复合管，同时，由于挤压筒容积较小，坯料重量有限(一般小于50Kg)，造成复合管的长度受到了限制。
4)热轧复合法，该工艺只能生产复合板材，无法生产复合管材，特别是长度超过6m的复合管材。
本工艺解决了上述方法的限定和制备难题，本发明的方法可以制备外层耐腐蚀的钛、铜、钢三层金属复合翅片管，且复合管材表面生成的氮化钛涂层具有高耐磨性和高耐冲击性，三种金属结合强度高；所用生产设备工作效率高，无污染，穿孔管材壁厚均匀，复合管材规格适应范围广，并且通过以棒体和管套先结合，结合后采用轧制的方式，将其复合在一起，一步成型，牢固度极高，并且有效生产壁厚较薄的产品，特别适用于翅片管的生产。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。