CN102506237A - 混凝土输送管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种混凝土输送管，包括内层和结合在所述内层上的外层，所述内层由中碳合金钢或高碳合金钢形成。本发明还提供了一种混凝土输送管的制造方法，包括以下步骤：a)分别熔炼内层材料和外层材料；b)将所述熔炼后的外层材料离心浇铸，得到外层管坯；将所述熔炼后的内层材料离心浇铸于所述外层管坯内表面，得到双层管坯；c)将所述双层管坯进行退火处理，加工得到混凝土输送管；d)对所述混凝土输送管进行热处理。本发明采取直接在外层上浇铸内层的方法得到双层混凝土输送管，该方法对内层材料没有特殊要求，可以采用中碳合金钢或高碳合金钢，经过热处理后得到硬度较高、耐磨性较好的内层，从而提高混凝土输送管的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于建筑设施技术领域，尤其涉及一种混凝土输送管及其制造方法。
背景技术
目前，随着城市建设、道路桥梁等各种工程建设的机械化施工的普及，用于混凝土输送的拖式混凝土泵、混凝土泵车等混凝土泵送装置逐渐成为混凝土机械化工程施工的重要设备。其中，混凝土输送管是影响混凝土泵送设备的使用寿命及使用稳定性的关键部件。为了减缓被输送的混凝土粗粒物料对管体内壁的磨损，混凝土输送管的内壁需要具有较高硬度和耐磨性；同时为了防止管体在运输或工作过程中遭受外部碰撞产生裂缝，混凝土输送管外壁需要具备一定的韧性。但是，目前大多数混凝土输送管采用20号钢隐缝焊管或轧制无缝管，其内壁硬度低、耐磨性差，导致混凝土输送管使用寿命短。
通过对混凝土输送管管体内壁及自内壁起一定厚度区域进行热处理可以提高管体内壁的硬度，而外壁及外壁起一定厚度区域则保持原有较低的硬度。如申请号为03111908.5的中国专利文献公开了一种具有内表面淬硬层的混凝土输送管，其以碳钢为结构层成分，采用高频感应加热并迅速冷却的淬火工艺对该输送管内壁进行处理，使自内壁其至不超过输送管壁厚1/2处淬火硬化，得到性能良好的混凝土输送管，但是，该方法得到的混凝土输送管质量不均匀，使用寿命提高不明显。
现有技术也公开了将不同材质的钢管结合在一起，得到内管硬度和耐磨性好、外管韧性和抗压性能较好的双层混凝土输送管。如申请号为200610102057.8的中国专利文献公开了一种双层混凝土输送管，首先将材料为合金结构钢的内管精轧、退火；再将材料为普通碳钢的外管精轧、退火；然后将内管和外管套装、压合后进行退火和感应淬火，得到由外管和内管组成的双层混凝土管。但是，这种混凝土输送管是采用机械结合的方法得到的，由于混凝土输送管管壁较薄，而且精度要求较高，因此该混凝土输送管的内管只能通过冷拔工艺得到，此时，内管不能使用碳含量和合金含量高的材料，否则在冷拔处理时会发生断裂；然而，碳含量较低的材料存在硬度低、耐磨性差的缺点。另外，采用机械方式结合得到的双层混凝土输送管的内管和外管结合力较低，内管磨损后容易出现剥落或起皮现象造成堵管。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种混凝土输送管及其制造方法，本发明提供的混凝土输送管内层硬度高、耐磨性好，不易发生剥落或起皮现象造成堵管。
本发明提供了一种混凝土输送管，包括内层和结合在所述内层上的外层，所述内层由中碳合金钢或高碳合金钢形成。
优选的，所述结合的方式为冶金结合。
优选的，所述内层和外层之间还包括过渡层，所述过渡层的厚度不超过0.5mm。
优选的，所述内层由弹簧钢、轴承钢、碳素工具钢、低合金工具钢、高速钢或耐磨钢形成。
优选的，所述高碳合金钢中碳含量为0.9wt％以上。
优选的，所述外层由低碳钢或低碳低合金钢形成。
与现有技术相比，本发明提供的混凝土输送管包括内层和结合在所述内层上的外层，所述内层由中碳合金钢或高碳合金钢形成，由于中碳合金钢和高碳合金钢中碳含量较高，经过热处理后能够获得较高的硬度和较好的耐磨性，从而提高混凝土输送管的使用寿命。
本发明还提供了一种混凝土输送管的制造方法，包括以下步骤：
a)熔炼内层材料，所述内层材料为中碳合金钢或高碳合金钢；
b)将所述熔炼后的内层材料离心浇铸于外管内表面，得到双层管坯；
c)将所述双层管坯进行退火处理，加工得到混凝土输送管；
d)对所述混凝土输送管进行热处理。
优选的，所述步骤b)具体包括：
熔炼外层材料；
将所述熔炼后的外层材料离心浇铸，得到外层管坯；
将所述外层管坯冷却至1100℃～1300℃，将所述熔炼后的内层材料离心浇铸于所述外层管坯内部，得到双层管坯。
优选的，所述步骤c)具体包括：
c1)将所述双层管坯进行退火处理；
c2)将所述经过退火处理后的双层管坯加工成直管、锥管或弯管，焊接法兰后得到混凝土输送管。
优选的，所述步骤d)具体包括：
对所述混凝土输送管进行淬火和低温回火。
本发明首先熔炼内层材料，然后将所述熔炼后的内层材料离心浇铸于外管的内表面，使内层材料与外管通过冶金的方式紧密结合，形成内层和外层熔为一体、无间隙的双层管坯；再将所述双层管坯退火、加工成混凝土输送管，最后对所述混凝土输送管进行热处理，得到内层和外层结合力较强，内层硬度高、耐磨性好，外层硬度低、韧性好、抗冲击能力强的双层混凝土输送管。本发明采取直接在外层上浇铸内层的方法得到双层混凝土输送管，该方法对内层材料没有特殊要求，可以采用中碳合金钢或高碳合金钢，经过热处理后得到硬度较高、耐磨性较好的内层，从而提高混凝土输送管的使用寿命。同时，本发明直接将内层材料浇铸在外层上，形成内层和外层熔为一体、无间隙的双层混凝土输送管，内层和外层之间的结合力较强，不会由于内层的磨损而出现剥落或起皮等现象，从而不会出现堵管等事故。另外，本发明提供的制造方法工序简单、生产周期较短、生产效率较高，同时提高了材料的利用率，降低了混凝土输送管的制造成本。
具体实施方式
本发明提供了一种混凝土输送管，包括内层和结合在所述内层上的外层，所述内层由中碳合金钢或高碳合金钢形成。
本发明提供的混凝土输送管为包括内层和结合在所述内层上的外层，所述内层和外层熔为一体，内层和外层之间没有间隙。所述内层由中碳合金钢或高碳合金钢形成，所述中碳合金钢或高碳合金钢中含碳量较高，经过热处理后具有较高的硬度和良好的耐磨性，从而能够提高混凝土输送管的使用寿命。
在本发明中，所述内层由中碳合金钢或高碳合金钢形成，其中，所述中碳合金钢指碳含量为0.25wt％～0.6wt％的合金钢，高碳合金钢指碳含量为0.6wt％以上的合金钢。在合金钢中，碳含量越高，合金钢的硬度越高、耐磨性能越好，因此，本发明优选采用碳含量为0.6wt％以上的高碳合金钢，更优选采用碳含量为0.9wt％以上的高碳合金钢，如轴承钢GCr15等。
在本发明中，按合金含量分类，所述中碳合金钢或高碳合金钢包括高合金钢和低合金钢，其中，低合金钢是指碳含量为0.25wt％以上、合金元素总量小于3.5wt％的合金钢，包括但不限于弹簧钢、轴承钢、碳素工具钢、低合金工具钢等；高合金钢是指碳含量为0.25wt％以上、合金元素总量在3.5wt％以上的合金钢，包括但不限于高速钢、耐磨钢等。在中碳合金钢或高碳合金钢中，Cr、Mn等合金元素的添加能够提高合金钢的硬度和耐磨性，所述中碳合金钢或高碳合金钢优选为高合金钢，更优选为高碳高铬耐磨钢、高碳中铬耐磨钢、高碳高锰钢、中碳高锰钢等。
在本发明中，所述内层由中碳合金钢或高碳合金钢形成，所述中碳合金钢或高碳合金钢经过热处理后具有较高的硬度和良好的耐磨性能，运送混凝土等粗粒物料时磨损较少，能够提高混凝土输送管的使用寿命。所述内层的硬度优选为60HRC以上，更优选为65HRC以上，最优选为70RHC以上。
本发明提供的混凝土输送管还包括结合在所述内层上的外层，所述外层由硬度低于内层材料、韧性高于内层材料的、本领域技术人员熟知的材料形成，如低碳钢或低碳低合金钢等。在本发明中，所述外层材料含碳量低，热处理后硬度依然较低、韧性好、抗冲击能力强，能够起到保护内层的作用。所述外层的抗拉强度优选为400MPa以上，更优选为420MPa以上，最优选为450MPa以上。
在本发明中，所述外层结合于所述内层上，形成包括内层和外层结构的双层混凝土输送管。所述内层和外层之间的结合方式优选为冶金结合，即所述内层材料和外层材料通过界面间原子相互扩散而结合在一起，使得内层和外层熔为一体，内层和外层之间无间隙，结合力强，不易出现剥落或起皮等现象。此时，内层外表面和外层内表面之间的原子相互扩散，形成过渡层，即本发明提供的混凝土输送管优选还包括过渡层，所述过渡层位于所述内层和外层之间。为了获得内层硬度高、耐磨性好，外层硬度低、韧性好、抗冲击能力强的混凝土输送管，所述过渡层的厚度优选不超过0.5mm，更优选不超过0.4mm。本发明优选通过浇铸的方法使内层和外层以冶金结合的方式结合在一起，即所述内层和外层的结合方式优选为冶金结合，更优选为浇铸形成的冶金结合。
在本发明中，所述混凝土输送管的整体厚度优选为4.5mm～5.5mm，更优选为4.8mm～5.3mm；所述混凝土输送管中，内层的厚度优选为2.5mm～3.5mm，更优选为2.8mm～3.3mm。本领域技术人员可以根据选用的混凝土输送管的材料进行输送管厚度的确定，本发明没有特殊限制。
本发明提供的混凝土输送管包括内层和结合在所述内层上的外层，所述内层由中碳合金钢或高碳合金钢形成，中碳合金钢或高碳合金钢经热处理后具有较高的硬度和良好的耐磨性；作为外层材料的低碳钢或低碳合金钢经热处理后具有较低的硬度、较高的韧性和良好的抗冲击性，从而得到内层硬度高、耐磨性好，外层硬度低、韧性好、抗冲击能力强的混凝土输送管，提高混凝土输送管的使用寿命。
本发明还提供了一种混凝土输送管的制造方法，包括以下步骤：
a)熔炼内层材料，所述内层材料为中碳合金钢或高碳合金钢；
b)将所述熔炼后的内层材料离心浇铸于外管内表面，得到双层管坯；
c)将所述双层管坯进行退火处理，加工得到混凝土输送管；
d)对所述混凝土输送管进行热处理。
首先熔炼内层材料，本发明对所述熔炼方法没有特殊限制，可以将所需材料的各原料混合后熔炼，也可以首先将其中几种原料熔炼，再加入其它几种原料继续熔炼，本领域技术人员可以根据选定的内层材料选择本领域技术人员熟知的、适宜的熔炼方法。在本发明中，所述内层材料为中碳合金钢或高碳合金钢。
将所述内层材料熔炼后，将其离心浇铸于外管内表面，使外层和内层通过冶金的方法结合熔为一体，形成无间隙的内层和外层，具体包括以下步骤：
熔炼外层材料；
将所述熔炼后的外层材料离心浇铸，得到外层管坯；
将所述外层管坯冷却至1100℃～1300℃，将所述熔炼后的内层材料离心浇铸于所述外层管坯内部，得到双层管坯。
首先熔炼外层材料，本发明对所述熔炼方法没有特殊限制，可以将所需材料的各原料混合后熔炼，也可以首先将其中几种原料熔炼，再加入其它几种原料继续熔炼，本领域技术人员可以根据选定的外层材料选择本领域技术人员熟知的、适宜的熔炼方法。在本发明中，所述外层材料可以为低碳钢或低碳低合金钢等韧性较好的材料。
得到外层材料后，将所述熔炼后的外层材料通过离心浇铸的方法得到外层管坯，所述外层材料的浇铸温度优选为1450℃～1600℃，更优选为1500℃～1550℃。浇铸得到外层管坯后，优选将所述外层管坯冷却至1100℃～1300℃，更优选冷却至1150℃～1250℃后，将所述熔炼后的内层材料通过离心浇铸的方法浇铸于所述外层管坯的内表面，形成包括外层和内层的双层管坯。在本发明中，所述内层材料的浇铸温度优选为1400℃～1550℃，更优选为1450℃～1500℃。
由于本发明采用浇铸的方法使内层与外层形成冶金结合，因此，对内层材料的选择没有限制，可以选用硬度高、耐磨性好的中碳合金钢或高碳合金钢，不会由于硬度过高或韧性太差而发生断裂的情况，从而能够极大提高内层的硬度和耐磨性。另外，采用浇铸的方法使内层和外层通过冶金结合熔为一体，内层和外层之间无间隙，通过界面间原子扩散结合，结合力较强，不易发生剥落或起皮等现象造成堵管等故障发生。
得到双层管坯后，对所述双层管坯进行退火处理，消除内应力。本发明对所述退火处理的温度和时间没有特殊限制，本领域技术人员可根据选用的内层材料进行退火工艺的调整，如内层材料为高碳高铬耐磨钢时，退火温度优选为780℃～900℃，保温时间优选为1h～4h等，内层材料为高碳中铬耐磨钢时，退火温度优选为800℃～950℃，保温时间优选为1h～4h；内层材料为轴承钢GCr15时，退火温度优选为750℃～800℃，保温时间优选为1h～4h。
将所述经过退火处理后的双层管坯加工成直管、锥管或弯管，焊接法兰后得到混凝土输送管，具体包括以下步骤：
将所述经过退火处理后的双层管坯加工得到双层钢管；
将所述双层钢管加成成直管、弯管或椎管，焊接法兰后得到混凝土输送管。
在将所述经过退火处理后的双层管坯加工得到双层钢管之前，优选对所述经过退火处理的双层管坯进行处理，即对所述双层管坯的内层表面和外层表面进行切削，优选车去3mm～5mm，以去除铸造过程中产生的表面缺陷。
去除表面缺陷后，将所述双层管坯进行挤压或热轧，得到所需规格的双层钢管。本发明对所述挤压或热轧的方法没有特殊限制，本领域技术人员熟悉的加工方法即可。
得到双层钢管后，将其制作成直管、弯管或椎管，其中，得到的双层钢管即为直管，无需额外加工，直接焊接法兰后即可得到直管混凝土输送管；将得到的双层钢管依次经过推制扩口、平端面处理，再焊接法兰后即可得到锥管混凝土输送管；将得到的双层钢管依次经过推弯、平端面处理，再焊接法兰后即可得到弯管混凝土输送管。本发明对上述各形状的混凝土输送管的加工方法没有限制，本领域技术人员熟知的方法即可。
得到混凝土输送管后，对所述混凝土输送管进行热处理，具体为对所述混凝土输送管进行淬火和低温回火处理。本发明对所述淬火和低温回火处理没有特殊限制，本领域技术人员可根据内层材料进行淬火和低温回火处理参数的确定，如内层材料为高碳高铬耐磨钢时，淬火温度优选为950℃～1050℃，保温时间优选为1h～2h，采用油冷处理；低温回火温度优选为180℃～200℃，保温时间为1h～2h；内层材料为高碳中铬耐磨钢时，淬火温度优选为950℃～1050℃，保温时间优选为1h～2h，采用油冷处理；低温回火温度优选为180℃～200℃，保温时间为1h～2h；内层材料为轴承钢GCr15时，淬火温度优选为800℃～950℃，保温时间优选为1h～2h，采用油冷处理；低温回火温度优选为150℃～1800℃，保温时间为1h～2h。
经过热处理后，混凝土输送管内层金属能够形成马氏体和贝氏体，从而获得很高的硬度和较高的耐磨性；外层金属能够形成珠光体和铁素体，从而具有较低的硬度、较好的韧性和抗冲击性。经过热处理后，得到的混凝土输送管中，内层硬度为60HRC以上，外层抗拉强度为400MPa以上。
得到混凝土输送管后，对其内层进行耐磨性能测试，结果表明，其磨损试验失重＜0.85g，耐磨性较好，使用寿命较长。
本发明首先熔炼内层材料，然后将所述熔炼后的内层材料离心浇铸于外管的内表面，使内层材料与外管通过冶金的方式紧密结合，形成内层和外层熔为一体、无间隙的双层管坯；再将所述双层管坯退火、加工成混凝土输送管，最后对所述混凝土输送管进行热处理，得到内层和外层结合力较强，内层硬度高、耐磨性好，外层硬度低、韧性好、抗冲击能力强的双层混凝土输送管。本发明采取直接在外层上浇铸内层的方法得到双层混凝土输送管，该方法对内层材料没有特殊要求，可以采用中碳合金钢或高碳合金钢，经过热处理后得到硬度较高、耐磨性较好的内层，从而提高混凝土输送管的使用寿命。同时，本发明直接将内层材料浇铸在外层上，形成内层和外层熔为一体、无间隙的双层混凝土输送管，内层和外层之间的结合力较强，不会由于内层的磨损而出现剥落或起皮等现象，从而不会出现堵管等事故。另外，本发明提供的制造方法工序简单、生产周期较短、生产效率较高，同时提高了材料的利用率，降低了混凝土输送管的制造成本。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的混凝土输送管及其制造方法进行详细描述。
实施例1
分别熔炼内层材料和外层材料，内层材料为高碳高铬耐磨钢，其组成为：1.2wt％的C；12.4wt％的Cr；1.1wt％的Mo；0.6wt％的V；0.8wt％的Si；1.1wt％的Mn；0.02wt％的Re；0.025wt％的S；0.030wt％的P；余量的Fe；外层材料为20号钢；
将熔炼后的外层材料离心浇铸，外层材料的浇铸温度为1500℃，浇铸厚度为15mm，得到外层管坯；将所述外层管坯冷却至1300℃后继续浇铸内层材料，内层材料的浇铸温度为1400℃，浇铸厚度为20mm，得到双层管坯；
将所述双层管坯加热至880℃保温2h进行退火，将退火后的双层管坯的内外表面分别车去3.5mm，然后进行热轧得到内层厚度为6mm、外层厚度为3mm、直径为140mm的双层钢管；
将所述双层钢管焊接法兰后，得到混凝土输送直管；将所述混凝土输送直管进行热处理：升温至1000℃保温2h进行淬火，油冷；继续升温至180℃保温2h进行低温回火。
对所述混凝土输送管进行性能测试，其内层硬度为62HRC，外层抗拉强度为405MPa，磨损试验失重为0.7384g。
实施例2
分别熔炼内层材料和外层材料，内层材料为高碳中铬耐磨钢，其组成为：0.9wt％的C；6.7wt％的Cr；0.9wt％的Mo；0.3wt％的V；0.6wt％的Si；0.8wt％的Mn；0.03wt％的Re；0.032wt％的S；0.031wt％的P；余量的Fe；外层材料为20号钢；
将熔炼后的外层材料离心浇铸，外层材料的浇铸温度为1550℃，浇铸厚度为16mm，得到外层管坯；将所述外层管坯冷却至1250℃后继续浇铸内层材料，内层材料的浇铸温度为1450℃，浇铸厚度为20mm，得到双层管坯；
将所述双层管坯加热至700℃保温2h进行退火，将退火后的双层管坯的内外表面分别车去4mm，然后进行热轧得到内层厚度为5.5mm、外层厚度为3.5mm、直径为159mm的双层钢管；
将所述双层钢管焊接法兰后，得到混凝土输送直管；将所述混凝土输送直管进行热处理：升温至950℃保温2h进行淬火，油冷；继续升温至200℃保温2h进行低温回火。
对所述混凝土输送管进行性能测试，其内层硬度为60HRC，外层抗拉强度为400MPa，磨损试验失重为0.8154g。
实施例3
分别熔炼内层材料和外层材料，内层材料为轴承钢GCr15，其组成为：1.0wt％的C；1.50wt％的Cr；0.25wt％的Si；0.25wt％的Mn；0.02wt％的S；0.02wt％的P；余量的Fe；外层材料为20号钢；
将熔炼后的外层材料离心浇铸，外层材料的浇铸温度为1450℃，浇铸厚度为15mm，得到外层管坯；将所述外层管坯冷却至1250℃后继续浇铸内层材料，内层材料的浇铸温度为1400℃，浇铸厚度为25mm，得到双层管坯；
将所述双层管坯加热至800℃保温2h进行退火，将退火后的双层管坯的内外表面分别车去3mm，然后进行热轧得到内层厚度为9mm、外层厚度为3mm、直径为140mm的双层钢管；
将所述双层钢管进行推制扩口、平端面处理后，得到锥管，将所述锥管焊接法兰后，得到混凝土输送锥管；将所述混凝土输送锥管进行热处理：升温至830℃保温2h进行淬火，油冷；继续升温至170℃保温2h进行低温回火。
对所述混凝土输送管进行性能测试，其内层硬度为65HRC，外层抗拉强度为420MPa，磨损试验失重为0.7425g。
由上述实施例可知，本发明提供的混凝土输送管内层和外层结合力较强，内层硬度高、耐磨性好，外层硬度低、韧性好、抗冲击能力强，不仅能够满足混凝土泵送设备对混凝土输送管耐磨性和韧性的综合要求，而且使用寿命较长。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种混凝土输送管，包括内层和结合在所述内层上的外层，所述内层由中碳合金钢或高碳合金钢形成。
2.根据权利要求1所述的混凝土输送管，其特征在于，所述结合的方式为冶金结合。
3.根据权利要求2所述的混凝土输送管，其特征在于，所述内层和外层之间还包括过渡层，所述过渡层的厚度不超过0.5mm。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的混凝土输送管，其特征在于，所述内层由弹簧钢、轴承钢、碳素工具钢、低合金工具钢、高速钢或耐磨钢形成。
5.根据权利要求1～3任意一项所述的混凝土输送管，其特征在于，所述高碳合金钢中碳含量为0.9wt％以上。
6.根据权利要求1～3任意一项所述的混凝土输送管，其特征在于，所述外层由低碳钢或低碳低合金钢形成。
7.一种混凝土输送管的制造方法，包括以下步骤：
a)熔炼内层材料，所述内层材料为中碳合金钢或高碳合金钢；
b)将所述熔炼后的内层材料离心浇铸于外管内表面，得到双层管坯；
c)将所述双层管坯进行退火处理，加工得到混凝土输送管；
d)对所述混凝土输送管进行热处理。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述步骤b)具体包括：
熔炼外层材料；
将所述熔炼后的外层材料离心浇铸，得到外层管坯；
将所述外层管坯冷却至1100℃～1300℃，将所述熔炼后的内层材料离心浇铸于所述外层管坯内部，得到双层管坯。
9.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述步骤c)具体包括：
c1)将所述双层管坯进行退火处理；
c2)将所述经过退火处理后的双层管坯加工成直管、锥管或弯管，焊接法兰后得到混凝土输送管。
10.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述步骤d)具体包括：
对所述混凝土输送管进行淬火和低温回火。
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