一种双层合金复合的棒线材和生产工艺的制作方法

本发明涉及金属材料加工，具体为一种双层合金复合的棒线材和生产工艺。

背景技术：

1、随着石油、天然气、化工等行业的发展，对于耐腐蚀材料的需求量越来越大，对材料性能提出了更高的要求，镍基合金材料在耐腐蚀领域得到了广泛的应用，但该类材料的价格较高，强度较低，为了降低材料的费用，优化性能，双层合金复合材料应运而生。

2、单一材质棒线材的生产工艺报道较多，包括有色金属、碳钢、不锈钢、镍基合金、粉末合金等，但是不同材质复合棒线材的生产工艺还没有报道，挤压工艺是在三向压缩应力作用下成形，适合难变形金属的生产，发明人尝试的现有复合棒线材制造技术为：单纯的机械装配复合坯料+挤压成形，存在问题是挤压突破力大，容易闷车，棒料挤压时头部变形量小，保留了部分坯料组织，尾部挤压不完全，异种金属变形抗力差别大，内层金属流动快，结合不牢固、分层、开裂缺陷多。

3、影响双层合金复合棒线材热挤压工艺主要涉及坯料的包套技术，挤压模具设计和挤压参数选择，因此充分提高双层合金复合的热塑性，研究包套技术和挤压模具设计技术，提高金属利用率低，成为亟需解决的技术问题。

4、所以我们提出了一种双层合金复合的棒线材和生产工艺，以便于解决上述中提出的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种双层合金复合的棒线材和生产工艺，以解决现有技术中挤压力过大而闷车、容易产生裂纹的问题，利于不同材质的结合，减少分层缺陷，使高温合金材质全部挤出成才，提高金属利用率，节约贵重金属，降低材料成本的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种双层合金复合的棒线材和生产工艺，包括头垫、头部坡口、外层管材、堆焊层和内层棒料，所述头垫设置在双层合金组合坯料的头部，且头垫通过焊接方式与外层管材连接，并且外层管材和头垫之间开设有头部坡口，所述外层管材通过焊接方式与尾垫连接，且外层管材与尾垫之间开设有尾部坡口，所述外层管材内侧连接有堆焊层，且堆焊层内侧连接有内层棒料。

3、优选的，所述双层合金组合坯料外部外层管材材质为镍基合金，且双层合金组合坯料内部外层管材材质为低碳钢。

4、优选的，所述双层合金组合坯料外部外层管材材质的厚度20mm～60mm。

5、优选的，所述平锥挤压模和模支撑设置于模座内部，且平锥挤压模外侧固定安装有玻璃垫，所述模支撑后面设置模垫，且模支撑、模垫共同对平锥挤压模起到固定和支撑作用，并且模座和模垫通过底部卡槽固定，所述挤压筒前端结构形状与模座结构形状对应设计，挤压筒内侧贯穿有实心挤压垫，且实心挤压垫首端设置有双层合金组合坯料，且实心挤压垫尾端固定安装有实心挤压垫。

6、优选的，所述挤压筒内圆在长度方向有0.3mm～1mm的锥度；且模支撑的孔腔比挤压模孔腔大15mm～30mm。

7、优选的，所述实心挤压杆对挤压筒中心线偏离不得大于0.5mm，实心挤压垫外圆与挤压筒内孔间隙为1.0mm～2.0mm。

8、优选的，所述实心挤压垫长度180mm～200mm。

9、优选的，所述一种双层合金复合棒线材的材质为n08825/20mnv，外层管材材质为n08825，内层棒料材质为20mnv，成品规格为外径φ25mm，其中n08825合金层名义厚度2.5mm，合格范围1.0mm～3.5mm，20mnv碳钢层名义直径20mm。生产步骤如下：

10、实施例1：

11、①理论计算：根据棒线材成品尺寸，反推计算出坯料到成品变形量分配过程；双层合金坯料φ368mm(外层厚度37mm+碳钢层直径294mm)→挤压棒φ150mm(外径)(外层厚度15mm+碳钢层直径120mm)→连轧φ25mm(外径)(外层厚度2.5mm+碳钢层直径20mm)；

12、②下料：将外层管材和内层棒料按800mm～900mm等长度下料，加工表面和两端焊接坡口；

13、③堆焊：外层管材和内层棒料结合面上分别堆焊上厚度3mm～5mm的镍金属；

14、④堆焊层表面车削加工：车削加工后的堆焊层厚度0.4mm～1.0mm，外层材质管材和内层材质棒料结合面在长度方向有0.6mm～1mm的锥度，两者尺寸匹配加工；

15、⑤装配：将堆焊层车削加工后的外层管材和内层棒料在真空室内装配到一起，过盈配合量0.12mm，两端封焊，成为双层合金坯料；

16、⑥头尾垫焊接：将双层合金坯料结合面的小直径一端作为头部，大直径一端作为尾部。将双层合金坯料的头部焊接头垫，尾部焊接尾垫，成为双层合金组合坯料，其中头垫长度l1为120mm～150mm，尾垫长度l2为150mm～180mm，头垫材质和尾垫材质是低碳钢。

17、⑵挤压坯加工：将双层合金组合坯料头垫外圆处加工出r40mm圆角，表面修磨和抛光，去除磕碰、车刀纹等缺陷，表面粗糙度ra≤3.2μm；

18、⑶热挤压：坯料加热润滑后，用6300t卧式挤压机挤压出双层合金棒料。挤压步骤包括：①挤压筒和平锥形挤压模预热到温度300℃～400℃；②组合坯料涂防氧化涂料后，在电阻炉中加热到1160℃～1180℃；③组合坯料表面高压水除氧化皮，然后均匀涂抹玻璃粉润滑剂；④平锥形挤压模入口处放置玻璃垫，挤压筒内径比组合坯料外径大12mm，将组合坯料传送到挤压筒内，使头部朝前，挤压时挤压杆前进速度35mm/s～150mm/s；

19、⑷矫直；双层合金棒挤压后空冷到100℃～400℃进行矫直；

20、⑸平头：切除两端的头垫金属、尾垫金属和尺寸不规则区域；

21、⑹修磨：用砂轮机外磨去除表面玻璃粉、氧化皮、凹坑、折叠等缺陷；

22、⑺连轧：将加热到高温的双层合金棒料采用多机架连轧机轧制变形，轧制到目标尺寸，每一个机架轧制比1.01～2.0，轧后空冷；

23、⑻固溶处理：采用电磁感应加热方式将连轧后的棒线材快速加热到固溶温度980℃～1010℃，然后雾气冷却；

24、⑼酸洗：在混酸中洗去除氧化皮和油污，混酸的浓度配比是氢氟酸：硝酸：水＝5％：20％：75％，混酸的温度30℃～50℃；

25、⑽精整处理：探伤-检验-喷标-打捆。

26、对生产出的n08825/20mnv双层合金复合棒线进行探伤，没有发现分层缺陷，取样检验数据见图6。

27、实施例2

28、一种双层合金复合棒材的材质为n06625/15crmo，外层材质为n06625，内层材质为15crmo，成品规格为外径φ35mm，其中n06625合金层名义厚度2.5mm，合格范围1.0mm～3.5mm，15crmo碳钢层名义直径30mm。生产步骤如下：

29、⑴双层合金组合坯料制备：

30、①理论计算：根据棒线材成品尺寸，反推计算出坯料到成品变形量分配过程；双层合金坯料φ368mm(外层厚度31mm+碳钢层直径306mm)→挤压棒φ160mm(外径)(外层厚度13.5mm+碳钢层直径123mm)→连轧φ35mm(外径)(外层厚度2.5mm+碳钢层直径30mm)；

31、②下料：将外层管材和内层棒料按900mm～1000mm等长度下料，加工表面和两端焊接坡口；

32、③堆焊：外层管材和内层棒料结合面上分别堆焊上厚度3mm～5mm的镍金属；

33、④堆焊层表面车削加工：车削加工后的堆焊层厚度0.5mm～0.8mm，外层材质管材和内层材质棒料结合面在长度方向有0.6mm～1mm的锥度，两者尺寸匹配加工；

34、⑤装配：将堆焊层车削加工后的外层管材和内层棒料在真空室内装配到一起，过盈配合量0.10mm，两端封焊，成为双层合金坯料；

35、⑥头尾垫焊接：将双层合金坯料结合面的小直径一端作为头部，大直径一端作为尾部。将双层合金坯料的头部焊接头垫，尾部焊接尾垫，成为双层合金组合坯料，其中头垫长度l1为150mm，尾垫长度l2为200mm，头垫材质和尾垫材质是低碳钢。

36、⑵挤压坯加工：将双层合金组合坯料头垫外圆处加工出r30mm圆角，表面修磨和抛光，去除磕碰、车刀纹等缺陷，表面粗糙度ra≤3.2μm；

37、⑶热挤压：坯料加热润滑后，用6300t卧式挤压机挤压出双层合金棒料。挤压步骤包括：①挤压筒和平锥形挤压模预热到温度400℃～500℃；②组合坯料涂防氧化涂料后，在电阻炉中加热到1170℃～1190℃；③组合坯料表面高压水除氧化皮，然后均匀涂抹玻璃粉润滑剂；④平锥形挤压模入口处放置玻璃垫，挤压筒内径比组合坯料外径大13mm，将组合坯料传送到挤压筒内，使头部朝前，挤压时挤压杆前进速度35mm/s～150mm/s；

38、⑷矫直；双层合金棒挤压后空冷到100℃～500℃进行矫直；

39、⑸平头：切除两端的头垫金属、尾垫金属和尺寸不规则区域；

40、⑹修磨：用砂轮机外磨去除表面玻璃粉、氧化皮、凹坑、折叠等缺陷；

41、⑺连轧：将加热到高温的双层合金棒料采用多机架连轧机轧制变形，轧制到目标尺寸，每一个机架轧制比1.01～2.0，轧后空冷；

42、⑻固溶处理：采用电磁感应加热方式将连轧后的棒线材快速加热到固溶温度1000℃～1060℃，然后雾气冷却；

43、⑼酸洗：在混酸中洗去除氧化皮和油污，混酸的浓度配比是氢氟酸：硝酸：水＝5％：20％：75％，混酸的温度30℃～50℃；

44、⑽精整处理：探伤-检验-喷标-打捆。

45、对生产出的n06625/15crmo双层合金复合棒线进行探伤，没有发现分层缺陷，取样检验数据见图7。

46、与现有技术相比，本发明的有益效果是：该双层合金复合的棒线材和生产工艺：

47、双层合金复合的棒线材和生产工艺，外层材质为镍基合金，内层材质为低碳钢，采用堆焊方式事先在结合面处堆焊过渡层镍金属，复合坯料执行锥度过盈配合，且在真空环境下装配；双层合金坯料结合面的小直径一端作为挤压的头部，利用了挤压时心部金属流动速度快的特点，使得内外两层合金挤压后贴的更紧，结合面处堆焊的过渡层有利于实现挤压过程中内外层合金的结合，减少挤压分层的缺陷；内层合金为低碳钢，具有高的强度，外层合金为镍基合金，具有良好的耐腐蚀性能，节约了贵重金属，降低了材料成本；头垫的存在降低了挤压力，利于成形时金属均匀流动，减少了加工缺陷；尾垫充当了棒料压余的作用，使双层合金坯料全部挤出成形，提高材料利用率，再经过连轧生产出要求尺寸的棒线材；本发明生产的双层合金复合的棒线材，外层合金起到耐腐蚀作用，内层合金具有高强度作用，综合性能优于单合金的性能。