[发明专利]在至少一个层中具有被控制的孔隙率的复合预成型坯以及制造和使用方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年4月24日提交的题为“用于生产包覆产品的具有被控制的孔隙率的多组分预成型坯以及用于生产预成型坯和包覆产品的方法(Multi-component Pre-form Having Controlled Porosity for Production of Clad Products and Methods for Producing Pre-form and Clad Products)”的临时申请No.61/047,494的优先权，这里将其全部内容引入作为参考。

技术领域

本发明涉及复合预成型坯，通常称为“坯段”，其用作生产复合管和包壳管及其它包覆产品的给料，本发明还涉及生产这些复合预成型坯的方法。

背景技术

制造管或管道通常所用的合金常常具有一般应用场合所需的大部分结构性质，但是可能不适于与高度腐蚀性或侵蚀性流体有关的扩展使用，这些流体包括液体、气体和浆料。其它不那么常用的合金可能对腐蚀或磨损有更大的抵抗力或者具有另一期望的性质，但是对于成为更常用合金的实际替代品而言，可能会含有复杂且昂贵的合金成分或者缺乏足够的结构或其它性质。获得所需的结构性质和具体特殊性质的一种方法是将一种合金包覆到另一种合金，以生产出具有不同合金的结合层的复合产品，从而共享每种合金组分的性质和益处，同时减轻每种合金的缺点。结构组分有时结合到耐磨损和腐蚀组分，耐磨损和腐蚀组分面对侵蚀性流体，而结构组分支撑耐磨损和腐蚀组分。

例如，包层钢常常用在要求增加寿命或其它特殊性质的苛刻环境中。钢合金是坚固的，但是可能不能在延长的时间耐受某些苛刻的条件。包覆有镍基超级合金(包括例如Special Metals公司的Inconel625)的由软钢制成的无缝管道在Inconel 625侧可以提供增强的对某些液体和浆料的耐腐蚀性，而钢提供所需的强度。诸如Inconel包层钢的包覆产品一般比单独的Inconel要便宜，并且与仅由钢制成的产品相比性能提高。然而，Inconel和钢一般不会表现出适于借助热加工塑性变形技术的包壳管的有效率生产的特性。有着复合材料热加工经验的研究人员和工业实践者已经知道，多个层的流动应力不可能有大于约2.3系数的不同。流动应力是在特定的热加工温度下使材料塑性变形所需的应力。

进入热加工过程的复合坯段包括多个层。每个层最初可以单独制造。然后，将构成复合坯段的各个层的这些组分组装起来，以生产复合坯段。相邻的层可以一个套在另一个里面，或者通过各种技术(包括焊接、钎焊、扩散结合或包封)机械地或冶金地彼此结合。

复合多组分坯段的塑性变形常常提供低屈服。足以永久改变结构尺寸的剪切力，如通过挤压、周期式热轧(Pilger milling)或其它塑性变形技术，可能导致若干结构故障中任一种。组分流动可能不是均匀的，例如，一个组分的直径可能没有与另一组分成比例地改变，或者可能根本没有变化，从而一个或其它组分可能断裂。

已经进行了各种尝试来克服热加工复合多组分坯段时各组分层的流动应力的差带来的限制。这些加工过程，例如挤压或周期式热轧，是有吸引力的，因为它们能够有效地生产出长度长的复合管和包壳管。在坯段中包括这些层的组分可以从具有类似的挤压或其它加工性质的组分的组中选择，从而避免断裂和不连续或其它问题。

对于每个组分来讲，处理条件，包括温度，可以改变。如标记着“现有技术”的图16的阴影区域所示的，即使改变组分温度，应用于碳钢的耐腐蚀或耐磨损合金的可接受流动应力的范围也排除了许多候选物。改变温度需要对坯段进行快速处理，这是因为一旦组分之间彼此接触，组分的温度就会快速达到平衡。在一些情况下，在相对高的处理温度下多层坯段的变形可以提高生产出好产品的几率，但是高温处理对于涉及的材料而言可能是有害的，导致晶粒生长、析出粗化和其它不期望的情况发生，因此可接受的参数的范围有些受限。

期望的是，研发出通过塑性变形加工由多组分预成型坯生产复合管和包壳管及其它产品的可替代的、问题更少的方案。

发明内容