[发明专利]一种高压纳米晶15CrMoG合金管材的制备新方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属管材的成形领域，特别是通过余弦通道模具，通过拉拔工艺实现15CrMoG合金管材料的纳米化，涉及到一种制备高压纳米晶15CrMoG合金管的方法及模具。

背景技术

目前，15CrMoG合金主要应用于锅炉管道、航空航天工业、电力工业和军工等应用领域，15CrMoG合金的特点可满足于航空航天等高科技领域对材料高可靠性、高疲劳性能、吸噪、减震的要求，可大大改善飞行器的流体动力学性能和明显提高飞行器发射的可靠性。从20世纪40年代开始，德国的火箭专家将15CrMoG合金首先应用于航空航天部门，其后美国和苏联也在航空航天工业和军工大量采用15CrMoG合金制造高压合金管。由于15CrMoG合金管材具备高疲劳寿命、耐腐蚀的特性，具有较高的力学性能、优良的抗流体冲压性能，能够适应火箭发射等极端考验。15CrMoG合金管对氯化物、硫化物和氨具有较高的耐蚀性能。15CrMoG合金管能耐偏二甲肼C₂H₈N₂等火箭燃料的长期腐蚀，其耐蚀性比铝合金、不锈钢、镍基合金还高。15CrMoG合金耐流体冲击性能也较强。因此，15CrMoG合金管在航空航天领域和军工领域中得到了重要的应用，主要用作高中压管道、导汽管，管壁温度为550℃的热器管。采用挤压技术可制备小口径厚壁管材，该方法采用棒料铸造-棒料加热及热挤压-轧制及拉伸成形，工序复杂，而且能耗高。采用焊接方法可制备大口径厚壁管材，该方法高效节能，减少工序，但是焊接工艺本身存在焊缝区与热影响区，而航空航天领域和军工领域对安全要求极高，因此，目前15CrMoG合金管的成形技术制约了15CrMoG合金管在航空航天领域和军工领域的进一步应用。

在合金钢相关专利中，申请号为201210132796.7的发明采用传统的表面处理，退火热处理和拉拔成形后获得表面不脱碳并不产生形变的液压缸通用合金钢管；申请号为200710020207.5的发明通过采用镍-铬-钼配制合金，通过下料、成型、酸洗和热处理获得镍-铬-钼合金钢管件成品，该发明能应用于本发明镍-铬-钼合金钢管件耐腐蚀性较强，能适用于石油、化工、烟道气体除硫、纸浆和造纸、化工厂、制药厂和放射性废弃物等特殊领域中最苛刻、复杂腐蚀环境的设备管道系统。但是，针对高压15CrMoG合金管的发明专门目前还没有出现，申请号为20110347299.4和201110374700.3的发明提出了一种用于管材的等通道变截面挤压和拉拔的方法，通过由圆-椭圆-圆及椭圆扭转变化，可使材料累积变形，可提高材料的强度，改善管材性能，但是采用该方法改变了模具通道的横截面，获得的管件不能较好的保持管道的原有截面几何形状。

本发明提出了一种余弦曲线通道模具拉拔方法，采用该方法理论上可获得无限长尺寸的高压纳米晶15CrMoG合金管，同时由于是一种等横截面通道变形可保持管道的原有截面几何形状，既能满足制备薄壁管的低加工成本，又能获得高压管材，部分替代厚壁管的使用。因此，本发明提出了一种改善15CrMoG合金管力学性能的余弦曲线通道模具拉拔法获得纳米晶高压15CRMoG合金管。

发明内容

本发明的目的是：为克服薄壁15CrMoG合金管的强度问题，提供一种高压纳米晶15CrMoG合金管的制备新方法，提供一种通过余弦曲线通道模具拉拔法，可以低成本获得较长尺寸高压纳米晶15CrMoG合金管，本发明使用的15CrMoG合金的化学成分(质量分数)(%)C：0.12-0.18，Si：0.17-0.37，Mn:0.40-0.70，Cr：0.8-1.1，Mo：0.44-0.55，其余为Fe。

本发明提出的一种余弦曲线通道模具拉拔法制备长尺寸15CrMoG合金管纳米晶15CrMoG合金管的方法包括以下步骤：

步骤一，管坯准备：将即将拉拔的管坯分为二部分，第一部分是管材拉拔端部分：该部分通过焊合密封，同时在端口部设置15CrMoG合金绳卡头；第二部分是管材主要拉拔部分：该部分将获得大应变，组织达到纳米化，最终获得优良的力学性能；向一端密封的15CrMoG合金管注入锡熔体进行冷却，通过该方法可以获得实心的15CrMoG合金管，避免在步骤二的变形中产生管材的横截面畸变。

步骤二，拉拔准备：将管坯进行磷化皂化后、在管坯外表面涂覆二硫化钼与石蜡混合物，把准备好的管坯的第一部分的钢丝绳卡头与拉拔装置的钢丝拉绳连接，然后在钢丝绳牵引下把管坯放入余弦曲线通道模具。