一种低合金钢-不锈钢复合管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低合金钢

【技术实现步骤摘要】
一种低合金钢
‑
不锈钢复合管及其制备方法


[0001]本专利技术属于丝材
‑
电弧增材制造
，具体涉及一种低合金钢
‑
不锈钢复合管，还涉及一种低合金钢
‑
不锈钢复合管的制备方法。

技术介绍

[0002]随着经济的飞速发展，对材料性能的使用要求日益增高，单一材料由于受到某些工况的限制已经很难满足实际生产需求，亟需研发集各材料优良性能为一体的复合材料。在管道行业中，金属复合管集结构设计性强、质量轻、比强度和比刚度高，良好的抗疲劳性能和抗腐蚀性能等一系列优点，在锅炉管道、输送石油、天然气以及易燃、易爆、有毒和具有腐蚀性酸、碱介质等重要任务中发挥着举足轻重的作用。
[0003]外层为不锈钢，内层为合金钢的不锈钢复合管兼具覆层抗腐蚀磨损和光滑亮丽的外表，基层良好的抗弯强度及抗冲击性能，在锅炉中的水墙、蒸发器和高温加热器中使用该种不锈钢复合管可以达到最佳的耐腐蚀性能。同时不锈钢复合管具有优良的性能和较低的成本，采用不锈钢复合管可大量节约铬、镍等合金元素。但目前金属复合管生产制造工艺旋压法、传统拉拔法、静水压法和爆炸成型法等，都存在一定缺点，比如：旋压法、传统拉拔法、静水压法存在内外管结合力不足，以及高温工作条件下容易发生内外管脱落的现象。而爆炸成型法，由于是瞬间变型，存在各个部位的结合力不均匀的现象，这个容易导致钢管的热导性能不均匀，导致产品性能不稳定。并且上述工艺在制造金属复合管时，工艺繁琐，设备需求多，制造成本高。
[0004]丝材<br/>‑
电弧增材制造(WAAM)采用熔化极气体保护焊、钨极氩弧焊或等离子焊为热源，在预先规划的路径上熔化金属丝材，逐层堆积形成金属结构件，然后再通过少量机械加工或不需要后续加工即可满足使用要求，与传统的金属复合管制备工艺相比，不需要过多设备，且生产周期短、成本低、材料的利用率高、自动化程度高。因此，以金属型药芯焊丝为原材料，基于电弧增材制造不锈钢复合管，为金属复合管制造技术提供了新的方法和思路。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种低合金钢
‑
不锈钢复合管。
[0006]本专利技术的目的还在于提供一种低合金钢
‑
不锈钢复合管的制备方法，以金属型药芯焊丝为原材料，基于增材制造技术制备不锈钢复合管的方法；使用增材制造不锈钢复合管，效率高，所需设备少，生产成本低。
[0007]本专利技术所采用的第一种技术方案是：一种低合金钢
‑
不锈钢复合管，复合管内层为合金钢，选用Cr
‑
Ni
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Mo系合金钢焊丝，合金钢焊丝成分为硅铁0.72％，锰1.3％，镍8％，铬5％，钼1.3％，钒铁0.85％，硼0.05％，钛铁3％，铝0.5％，锆0.10％，其余为铁，以上组分含量的质量百分比之和为100％；外层为不锈钢，不锈钢焊丝成分按照质量百分比由以下成分组成：硅铁1.7％，锰2.5％，镍10.2％，铬26.3％，钼4％，钒铁2
‑
4％，铜2％，钛铁0.5
‑
1.2％，铝0.2％，氮化铬3％，钇0.4
‑
0.6％，钽0.03
‑
0.05％，其余为铁，以上组分含量的质量百分比
之和为100％。
[0008]本专利技术所采用的第二种技术方案是：一种低合金钢
‑
不锈钢复合管的制备方法，
[0009]步骤1、按照质量百分比分别称取内层合金钢用Cr
‑
Ni
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Mo系合金钢焊丝：硅铁粉0.72％，锰粉1.3％，镍粉8％，铬粉5％，钼粉1.3％，钒铁粉0.85％，硼粉0.05％，钛铁粉3％，铝粉0.5％，锆粉0.10％，其余为铁粉，以上组分含量的质量百分比之和为100％；
[0010]外层不锈钢用金属型药芯焊丝成分按照质量百分比由以下成分组成：硅铁粉1.7％，锰粉2.5％，镍粉10.2％，铬粉26.3％，钼粉4％，钒铁粉2
‑
4％，铜粉2％，钛铁粉0.5
‑
1.2％，铝粉0.2％，氮化铬3％，钇粉0.4
‑
0.6％，钽粉0.03
‑
0.05％，其余铁粉，以上组分含量的质量百分比之和为100％；
[0011]步骤2、将步骤1称取的合金粉在惰性气体氛围中加热并保温一段时间；
[0012]步骤3、将步骤2得到的药芯粉末填入低碳钢钢带U型槽内，经过闭合成型轧辊后制成2.50mm的焊丝，并通过逐级减径的方法最终制成1.2mm的金属型药芯焊丝。
[0013]步骤4、将制备好的金属型药芯焊丝装入全自动焊接机器人，并规划焊接路径、确定层高并编写程序输入至焊接机器中，运行焊接机器命令，采用MAG焊为热源进行增材制造不锈钢复合管，内层为合金钢，外层为不锈钢；采用螺旋上升形成管件的方式，具体如下：
[0014]先在基板上堆积一圈位于内圈的合金钢层，然后控制焊枪在所述基板上堆积一圈位于外圈的不锈钢层，重复该步骤若干次进行合金钢层与不锈钢层的逐圈层交错堆积，所述内层与外层的搭接量为20％
‑
30％，即得所述不锈钢复合管。
[0015]本专利技术的特点还在于，
[0016]其中，基板为平板，采用Q235钢。
[0017]步骤2中惰性气氛为氩气。
[0018]步骤2中加热温度为200～250℃，保温时间为2～3h。
[0019]步骤4中MAG焊的工艺参数为：焊接速度0.21m/min～0.25m/min；每层焊枪提升4mm～6mm，保护气体为90％Ar+10％CO2。
[0020]本专利技术不锈钢焊丝化学成分设计的依据下：
[0021]降低焊丝中C元素的含量，在低碳的基础上添加Cr、Ni、Mo、Mn、Ti、Nb、B等合金元素来降低裂纹敏感指数、保证强度、提高低温韧性以及耐腐蚀性能。
[0022]Ni是奥氏体不锈钢主要的元素，其主要作用是形成并稳定奥氏体，从而使钢具有良好的强度及塑韧性，并具有优良的冷、热加工性、冷成形性以及无磁等性能。Cr是奥氏体不锈钢中主要的合金元素，在奥氏体不锈钢中，Cr能增大碳的溶解度，增强奥氏体不锈钢的抗晶间腐蚀能力，当钢种同时有Mo存在时，Cr的这种有效性将大大增强；Mo作为奥氏体不锈钢中的重要合金元素，主要作用是提高钢在还原性介质的耐蚀性，并提高钢的耐点腐蚀及缝隙腐蚀等性能。
[0023]Si、Mn在铁素体和奥氏体中有较好的固溶强化作用，其次，Si
‑
Mn一般用于联合脱氧，减少因堆焊层增氧引起的堆焊层金属脆化。Mn作为奥氏体稳定化元体素，具有稳定奥氏组织作用，并且Mn能改善奥氏体不锈钢结构件的热塑性。
[0024]Cu作为奥氏体不锈钢中的重要合金元素，主要作用是提高奥氏体不锈钢的冷加工成形性能，与Mo配合，进一步提高奥氏体不锈钢在还原性介质中的耐蚀性。Ti在奥氏体不锈钢中，由于其与碳亲和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低合金钢
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不锈钢复合管，其特征在于，所述复合管内层为合金钢，选用Cr
‑
Ni
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Mo系合金钢焊丝，合金钢焊丝成分为：硅铁0.72％，锰1.3％，镍8％，铬5％，钼1.3％，钒铁0.85％，硼0.05％，钛铁3％，铝0.5％，锆0.10％，其余为铁，以上组分含量的质量百分比之和为100％；外层为不锈钢，不锈钢焊丝成分按照质量百分比由以下成分组成：硅铁1.7％，锰2.5％，镍10.2％，铬26.3％，钼4％，钒铁2
‑
4％，铜2％，钛铁0.5
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1.2％，铝0.2％，氮化铬3％，钇0.4
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0.6％，钽0.03
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0.05％，其余为铁，以上组分含量的质量百分比之和为100％。2.一种低合金钢
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不锈钢复合管的制备方法，其特征在于，具体操作步骤如下：步骤1、按照质量百分比分别称取内层合金钢用Cr
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Ni
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Mo系合金钢焊丝：硅铁粉0.72％，锰粉1.3％，镍粉8％，铬粉5％，钼粉1.3％，钒铁粉0.85％，硼粉0.05％，钛铁粉3％，铝粉0.5％，锆粉0.10％，其余为铁粉，以上组分含量的质量百分比之和为100％；外层不锈钢焊丝成分按照质量百分比由以下成分组成：硅铁粉1.7％，锰粉2.5％，镍粉10.2％，铬粉26.3％，钼粉4％，钒铁粉2
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4％，铜粉2％，钛铁粉0.5
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【专利技术属性】
技术研发人员：张敏，张林，赵伟玲，何晓宇，高俊，夏拓，雷龙宇，李保铃，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：