國內(nèi)外雙金屬復(fù)合管的種類、制備及應(yīng)用

復(fù)合鋼管的兩種單層材料的組合方式完全取決于使用要求及其環(huán)境特征，基本原則是：作為基層鋼管，它應(yīng)具有較高的強(qiáng)度和剛性，價格便宜，工藝性能好；作為覆層則應(yīng)具有抗環(huán)境介質(zhì)的腐蝕或者抗磨損能力，該覆層可以復(fù)合在基層管的內(nèi)層(內(nèi)復(fù)合管)，也可以復(fù)合在其外層(外復(fù)合管)。
　　復(fù)合鋼管產(chǎn)品按使用性質(zhì)可分為化工用液體氣體用管、石油天然氣輸送管及油井用復(fù)合管、鍋爐用復(fù)合管、廢物焚燒爐用復(fù)合管、熱交換器用復(fù)合管、耐磨損用復(fù)合管、耐腐蝕結(jié)構(gòu)用復(fù)合管以及建筑裝潢用復(fù)合管等。其主要應(yīng)用領(lǐng)域如下：
　　3.1石油天然氣輸送管及油井復(fù)合鋼管
　　由于石油天然氣中含有大量H2S、CO2、Cl-等腐蝕介質(zhì)，因此所用管材的特點(diǎn)是除了應(yīng)具有較高的強(qiáng)度和剛度外，還應(yīng)具有耐上述介質(zhì)腐蝕的能力。能耐這些介質(zhì)腐蝕的材料是不銹鋼，Inconel625、Inconel825等鎳基合金。因此作為石油天然氣輸送管道及油井用復(fù)合鋼管，通常選用上述材料作為內(nèi)層管，以保證該管道的耐腐蝕性能，而外層材料通常為API5L-X42、-X50、-X60、-X70、ASTM-A106GB、A335-P22等材料，以保證該管道的強(qiáng)度。由這兩類材料組合成的復(fù)合鋼管亦適用于開發(fā)地?zé)嵊玫娜∷�管道。日、美等國對有關(guān)復(fù)合鋼管用作石油天然氣輸送管道進(jìn)行過大量研究，美國石油協(xié)會（API）已制訂出管線用復(fù)合鋼管的標(biāo)準(zhǔn)，編號為5LD。復(fù)合鋼管于1991年投入使用，用量逐年擴(kuò)大。
　　主要品種有：常規(guī)管線鋼與耐腐蝕不銹鋼或合金的復(fù)合管；如油井管：CrMo鋼與超級13Cr、G3、825和C028等復(fù)合油井管；集輸管線：16MnV或X70與各類不銹鋼，825、028等鎳基合金的復(fù)合管道。
　　3.2鍋爐用復(fù)合鋼管
　　在火力發(fā)電方面，日本、美國、歐洲等正在開發(fā)超高溫超高壓鍋爐(即USC鍋爐)。由于超超鍋爐產(chǎn)生的是高溫高壓蒸汽，因此用于這種鍋爐過熱器的鋼管應(yīng)具有耐650℃、35MPa蒸汽條件下的高溫強(qiáng)度，優(yōu)良的外表面耐高溫腐蝕能力和內(nèi)表面耐水蒸汽氧化性能等特性。為此，日本住友金屬公司用SUS310S、35Cr-55Ni、40Cr-55Ni材料作外層基管，用17-14CuMo和Alloy800H等材料作內(nèi)層管，以冶金結(jié)合方法開發(fā)出超超臨界鍋爐過熱器用新型復(fù)合鋼管。該復(fù)合鋼管通過了按JIS3463(1984)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的壓扁、擴(kuò)口和彎曲試驗(yàn)，以及高溫強(qiáng)度、蠕變斷裂、時效、沖擊等高溫特性試驗(yàn)、耐硫酸腐蝕試驗(yàn)、焊接性能等一系列試驗(yàn)。因此認(rèn)為這種鋼管在超超臨界鍋爐過熱器上應(yīng)用是適宜的，能提高使用壽命和降低造價。
　　瑞典Sandvik鋼鐵公司開發(fā)成功由碳鋼作內(nèi)層，耐蝕性好的Sanicro28鋼（27%Cr、31%Ni、3.5%Mo的奧氏體超低碳不銹鋼）作外層基管，通過冶金結(jié)合制成復(fù)合鋼管，在鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上無需任何變更，就可直接使用。
　　3.3化工液化氣體管道用復(fù)合鋼管
　　除了應(yīng)具備特殊的耐介質(zhì)腐蝕外，它還應(yīng)具有較高的強(qiáng)度和剛度，因此這類覆合鋼管用的基層材料通常是碳素鋼、低合金鋼或耐蝕鋼，而它的覆層根據(jù)耐蝕介質(zhì)的不同可選用不銹鋼、銅及其合金，以及鈮、鉭和鈦等。例如石油化工用冷凝器管、凈化用冷凝器，石油精煉用高溫冷凝器和高溫反應(yīng)氣體冷卻器、苯冷凝器等通常用低碳鋼(或耐蝕鋼)與黃銅組成的復(fù)合鋼管，氨冷凝器、氨致冷機(jī)、海水冷卻器、表面冷凝器以及制取CO用管道可用低碳鋼與銅合金組成的復(fù)合鋼管。日本和英國在該領(lǐng)域使用復(fù)合鋼管比例較大。
　　3.4廢物焚燒爐用復(fù)合鋼管
　　自20世紀(jì)60年代中期廢物焚化技術(shù)發(fā)展以來，廢物焚化爐一直受到管子壽命的困擾，如果僅用CrMo低合金鋼作管子，不采取任何保護(hù)措施，管子的使用壽命不到6個月。奧氏體不銹鋼和鎳基合金具有良好的耐蝕性，但是用它作過熱器，鍋爐水可能會引起應(yīng)力腐蝕裂紋的危險。因此選用復(fù)合鋼管作焚燒爐過熱器較理想，其外層基管可選用具有耐焚燒高溫以及耐腐蝕氣氛的材料，如Sanicro65合金（21%Cr、8.5%Mo、Ni基），而內(nèi)層材料可選用具有耐應(yīng)力腐蝕裂紋的碳鋼或鉻鉬鋼。由這兩種材料進(jìn)行匹配并用冶金結(jié)合方法制成的復(fù)合鋼管具備焚化爐過熱器的使用要求，而且它還具有較低的熱膨脹系數(shù)，工作時的熱應(yīng)力較低，具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，使焚化爐過熱器的熱效率較高，這是以往開發(fā)的防護(hù)措施所不及的。因此，歐洲、美國等自1971年安裝第一臺復(fù)合管焚燒爐過熱器和水冷壁用管以來，已使用了200萬m復(fù)合鋼管（1985-1987年報導(dǎo)數(shù)據(jù)），并已有超過10年的實(shí)際使用業(yè)績。
　　3.5熱交換器用復(fù)合鋼管
　　作為熱交換器用復(fù)合鋼管，除了它應(yīng)具有一定的強(qiáng)度和耐蝕性外，其兩層鋼管的接觸界面應(yīng)達(dá)到完全冶金結(jié)合，以獲得較好的導(dǎo)熱性。瑞典Sandvik鋼公司選用高合金鎳鉻鋼UNSN08800（合金800）作內(nèi)管，以低合金鋼或普通鍋爐用鋼ASTMA213Ti2（13CrMo44）作外管生產(chǎn)復(fù)合鋼管。使用結(jié)果表明，它有很好的導(dǎo)熱性能，優(yōu)異的內(nèi)外抗腐蝕性能，而且保持了低合金鋼良好的加工性能。日本NKK公司選用API5L-16MnV鋼作外層，選用NIC42鋼作內(nèi)層制成復(fù)合鋼管，其力學(xué)性能達(dá)到API5L-16MnV技術(shù)要求，界面結(jié)合剪切強(qiáng)度達(dá)到400MPa以上。對復(fù)合鋼管還進(jìn)行過點(diǎn)蝕實(shí)驗(yàn)、晶間腐蝕實(shí)驗(yàn)及應(yīng)力腐蝕裂紋實(shí)驗(yàn)，均得到了滿意的結(jié)果。
　　3.6耐磨損用復(fù)合鋼管
　　耐磨損用復(fù)合鋼管用于電廠粉煤、礦山礦粉和尾礦漿輸送等高磨損工作環(huán)境。
　　日本山陽特殊鋼公司用SUS316L耐蝕鋼作外層，用司太立No.12耐磨合金作內(nèi)層，制成復(fù)合鋼管，用于制造工程塑料用顆粒的氣力輸送管道（如果僅用SUS304L不銹鋼作氣力輸送用管，其壽命僅為1周左右），使用4年后測量其內(nèi)側(cè)的磨損量還在測量誤差范圍內(nèi)（約0.1mm左右）。這種復(fù)合鋼管在其他微粉顆粒的氣力輸送管道上也得到了很好的應(yīng)用，其需求量正在逐漸增加。
　　3.7海水管道用復(fù)合鋼管
　　海水淡化裝置的取水管道或者海水熱交換器用管可選用由耐海水腐蝕材料（如鎳、鈦、不銹鋼或銅合金）作內(nèi)襯管，以碳鋼或低合金耐蝕鋼作外層基管組成的復(fù)合鋼管。日本川崎制鋼和日本鋼管公司生產(chǎn)的海水管道用復(fù)合鋼管廣泛用作海水熱交換器用管和海水淡化裝置的取水管道。
　　4雙金屬復(fù)合管發(fā)展、應(yīng)用趨勢
　　國外雙金屬復(fù)合管的應(yīng)用日趨廣泛，尤其是油氣田、海洋平臺等強(qiáng)腐蝕環(huán)境對雙金屬復(fù)合管的需求急劇上升。說明國外的雙金屬管消費(fèi)水平較高，其應(yīng)用領(lǐng)域正向著多元化方向發(fā)展。
　　塑性熱復(fù)合技術(shù)制備而成的復(fù)合管界面可實(shí)現(xiàn)完全冶金結(jié)合，該類復(fù)合管界面結(jié)合強(qiáng)度高，適合于高溫使用環(huán)境，因此熱復(fù)合塑性成形技術(shù)具有很好的開發(fā)前景。而且，在未來的金屬復(fù)合管制造中，將傾向于采用在高溫條件下能產(chǎn)生大塑性變形量的塑性成形冶金結(jié)合技術(shù)。