CN104295804A - 双液双金属管道及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及管道领域，特别涉及双液双金属管道及其制备方法。双液双金属管道，包括内层金属管道、外层金属管道以及两者之间的融合带；融合带为先后浇注外层金属管道和内层金属管道，由外层金属管道和内层金属管道在接触面相互渗透形成的冶金结合带。本发明提供的双液双金属管道，采用了分序结晶操作工艺，使两种不同金属材料之间达到冶金结合复合牢固，抗拉、抗冲击强度、承压能力较原两种金属材料有较大提高，导电、导音、导热没有明显界面，热胀冷缩一致，能更好的适应多种耐磨防腐工况的应用，延长设备的使用寿命；得到的双液双金属管道加工性能得到改善，管道开孔、切断、焊接工艺简单。

Description

双液双金属管道及其制备方法
技术领域
本发明涉及管道领域，具体而言，涉及双液双金属管道及其制备方法。
背景技术
双金属复合管道的复合方式一般采用以下两种方式进行制作，一、将两种不同材质的金属管，内管外径稍小于外管的内径，进行套装，然后应用爆炸、滚压、胀接、拨拉、旋压、等盈力法进行机械复合；二、在金属管道内壁堆焊一定厚度的合金材料，用电焊、钎焊法进行熔合复合，内外层金属管道金属材料的性能互补，充分发挥各自的优良性能。
虽然采用机械复合、熔合复合的方式制得的双金属复合管道，做到了两种金属材料克服各自不足，优势互补，节约了近一半昂贵资源，使产品能适应更多的工况需求。但是，机械复合的产品两种金属材料之间仍存有很小间隙，设备运行中经温度变化、机械振动、压力波动，两金属材料之间会产生松动或变形，而导致设备运行不安全情况的发生；熔合复合工艺中的堆焊、钎焊工艺的质量缺陷，如两焊道之间高低不平，出现夹渣、氧化和凹坑等等，这些缺陷不可避免会带到复合管道产品制作中，会造成后续使用过程中该产品变形，易松动移位。此外，使用这两种方式制得的双金属复合管道除存在这些隐患外，同时也加大了物料输送阻力，增加动力消耗。
发明内容
本发明的目的在于提供双液双金属管道及其制备方法，以解决上述的问题。
在本发明的实施例中提供了双液双金属管道，包括内层金属管道、外层金属管道以及两者之间的融合带；
所述融合带为先后浇注外层金属管道和内层金属管道，由外层金属管道和内层金属管道在接触面相互渗透形成的冶金结合带。
该双液双金属管道由三部分组成：外层金属管道，作用是保证管道的结构强度；内层金属管道，作用是抵抗输送物料的磨损和化学腐蚀；融合带，两种不同材料的冶金结合带，是两种材料化学成分和性能的过渡区，两种材料复合的界面由冶金结合带充分融合，融合带的化学成分相互渗透平滑过渡，产生了新的晶相结构，冶金结合带的机械性能高于原两种材料，剪切强度是机械复合的3-5倍，极大地提高了双液双金属管道的机械性能。另外，该结构的双液双金属管道，结合强度高，从根本上解决了机械复合管道内外两层结合力度小，易产生松动移位的难题。
优选地，所述外层金属管道主要由以下的原料制成：按重量份计，碳30-40份，铬20-35份、锰50-60份、钼15-20份、镍20-30份、钒20-30份、铜20-30份、硅50-60份、铁9695-9775份；
所述内层金属管道主要由以下的原料制成：按重量份计，碳300-450份，铬300-1500份、锰50-70份、钼30-300份、镍90-100份、钒50-100份、铜50-225份、硅50-60份、铁7195-9080。
由上述重量份数的原料制成的双液双金属管道，耐磨，磨耗量是低碳钢的7-10％，且制得的融合带结合度好，得到的融合带结合力强。
优选地，所述外层金属管道主要由以下的原料制成：按重量份计，碳30-40份，铬20-35份、锰50-60份、钼15-20份、镍20-30份、钒40-60份、铜20-30份、硅50-60份、铁9665-9755份；
所述内层金属管道主要由以下的原料制成：按重量份计，碳180-300份，铬2000-3500份、锰50-80份、钼50-300份、镍100-300份、钒60-120份、铜100-250份、硅80-120份、铁5030-7380。
由上述重量份数的原料制成的双液双金属管道，具有防腐耐磨的效果，可气力、水力方式输送pH值为2-14的物料，使用寿命是不锈钢的6倍以上。
优选地，所述融合带的厚度为2-3mm。该厚度的融合带使两种不同金属材料之间结合复合牢固，抗拉、抗冲击强度、承压能力较原两种金属材料有较大提高，导电、导音、导热没有明显界面，热胀冷缩一致。外层金属管道主要根据产品应用压力、安装跨度等工况而定，一般厚度为8-15mm；内层金属管道主要由产品应用磨损机理和腐蚀强度而定，一般厚度为4-10mm。
本发明还提供了双液双金属管道的制备方法，包括以下步骤：
(a)、将外层金属管道原料和内层金属管道原料分别加热至熔融态；
(b)、采用离心铸造工艺进行铸造双液双金属管道，先在铸型中喷涂料，然后将熔融态的外层金属管道原料浇注至所述铸型内，间隔2-5s，再将熔融态的内层金属管道原料浇注至所述铸型内，浇注速度均为3-8kg/s；
(c)、将浇注完成的双金属管进行淬火处理，然后将其脱模，回火处理后冷却即得。
双液双金属管道采用离心铸造工艺，有效控制温度和浇注速度，得到的内层金属管道和外层金属管道的金属密度均一，内外壁光滑，达到无缝钢管水平；通过控制内外层金属管道原料之间浇注的时间，采用了分序结晶操作工艺，使两种不同金属材料之间的融合带结合复合牢固，抗拉、抗冲击强度、承压能力较原两种金属材料有较大提高，导电、导音、导热没有明显界面，热胀冷缩一致。其中，在铸型中喷涂料是为了易于脱模，得到的双液双金属管道外壁无杂质。
优选地，在所述步骤(a)中，将所述外层金属管道原料和所述内层金属管道原料分别加热至1500-1620℃和1450-1600℃。该温度条件下，内外层的金属管道原料熔融状态好，分别浇注后，得到的融合带融合性好，结合力强。
优选地，在所述步骤(b)中，所述铸型的起始温度为200-300℃。即在浇注外层金属管道原料前，铸型的温度为200-300℃。该温度条件下，浇注外层金属管道原料的熔融态金属，熔融态金属在铸型内沉积均一，成型性好。
优选地，在所述步骤(b)中，在熔融态金属浇注过程中，铸型的线速度为7-8m/s。铸型的线速度对熔融态金属的成型影响较大，使用该线速度的进行浇注熔融态金属，得到的双液双金属管道内壁光滑，水流阻力系数达到0.0195，达到无缝钢管水平，较堆焊复合管大有提高。
优选地，在所述步骤(c)中，所述淬火处理为：浇注完成的双金属管温度降至960-1000℃，向管内喷水，至温度降至720-725℃。即在浇注熔融态金属完成后，双液双金属管道一定型就进行喷水，来帮助其降温，同时，会产生细小的晶体，得到的双液双金属管道质地浓密，增加了其耐磨性。
优选地，在所述步骤(c)中，所述喷水的时间为1-2min。喷水的时间保证了其降温的速度，从而得到合适大小的晶体，来保证双液双金属管道的质地。
优选地，在所述步骤(c)中，回火处理为在400-500℃保温2-3h。该条件下的回火处理，使其以一定的速率冷却下来，增加了材料的韧性和柔性，并进一步提高了双液双金属管道的硬度。
本发明实施例提供的双液双金属管道，采用离心铸造工艺，将精炼的两种不同的熔融态金属，在一定的浇注温度下，先后浇注到按一定速度旋转的铸型中，经结晶、淬火、回火获得具有两种材料特性共存的产品，而克服了两种材料各自的不足。尤其重要的是，两种材料经工艺控制，在外层金属管道和内层金属管道中间形成了一定厚度的融合带，该融合带为内层金属管道和外层金属管道化学成分相互渗透平滑的过渡带，产生了新的晶相结构。得到的双液双金属管道从根本上解决了机械复合管道内外两层结合力度小，易产生松动移位的难题；采用了分序结晶操作工艺，使两种不同金属材料之间达到冶金结合复合牢固，抗拉、抗冲击强度、承压能力较原两种金属材料有较大提高，导电、导音、导热没有明显界面，热胀冷缩一致，能更好的适应多种耐磨防腐工况的应用，延长设备的使用寿命；得到的双液双金属管道加工性能得到改善，管道开孔、切断、焊接工艺简单。
附图说明
图1示出了本发明提供的一种双液双金属管道的剖视图；
图2示出了本发明提供的一种双液双金属管道的管壁的结构示意图。
附图标记：101.外层金属管道；102.内层金属管道；103.融合带。
具体实施方式
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
如图1-2所示，本发明的实施例提供了双液双金属管道，包括内层金属管道102、外层金属管道101以及两者之间的融合带103；
所述融合带103为先后浇注外层金属管道101和所述内层金属管道102，由外层金属管道101和内层金属管道102在接触面相互渗透形成的冶金结合带。
该双液双金属管道由三部分组成：外层金属管道101，作用是保证管道的结构强度；内层金属管道102，作用是抵抗输送物料的磨损和化学腐蚀；融合带103，两种不同材料的冶金结合带，是两种材料化学成分和性能的过渡区，两种材料复合的界面由冶金结合带充分融合，融合带103的化学成分相互渗透平滑过渡，产生了新的晶相结构，冶金结合带的机械性能高于原两种材料，剪切强度是机械复合的3-5倍，极大地提高了双液双金属管道的机械性能。另外，该结构的双液双金属管道，结合强度高，从根本上解决了机械复合管道内外两层结合力度小，易产生松动移位的难题。
以下就双液双金属管道以实施例进行说明。
实施例1
按重量份计，取外层金属管道原料和内层金属管道原料，外层金属管道原料：碳30份，铬20份、锰50份、钼15份、镍20份、钒20份、铜20份、硅50份、铁9755份；内层金属管道原料：碳300份，铬300份、锰50份、钼30份、镍90份、钒50份、铜50份、硅50份、铁9080；
将外层金属管道原料和内层金属管道原料分别加热至1500℃和1450℃，得到熔融态金属；
采用离心铸造工艺进行铸造双液双金属管道，先在铸型中喷涂料，铸型的起始温度为200℃，然后将熔融态的外层金属管道原料浇注至所述铸型内，间隔2s，再将熔融态的内层金属管道原料浇注至所述铸型内，熔融态金属的浇注速度均为3kg/s，铸型的线速度为7m/s；
将浇注完成的双金属管定型后温度降至1000℃，喷水1min，温度降至725℃，淬火处理完成，然后将其脱模，在400℃保温2h后空气中冷却即得。
该配方采用相应的结晶速度和热处理条件，获得的双液双金属管道具有优异的抗磨损性能，该配方结晶速度60秒，淬火温度1000℃，回火温度400℃，获得了细密的m7c3和m晶体，硬度为HRC55-60，磨耗量0.00011g/h。
实施例2
按重量份计，取外层金属管道原料和内层金属管道原料，外层金属管道原料：碳30-40份，铬28份、锰55份、钼18份、镍25份、钒25份、铜25份、硅55份、铁9750份；内层金属管道原料：碳400份，铬800份、锰60份、钼200份、镍95份、钒80份、铜150份、硅55份、铁8500；
将外层金属管道原料和内层金属管道原料分别加热至1550℃和1500℃，得到熔融态金属；
采用离心铸造工艺进行铸造双液双金属管道，先在铸型中喷涂料，铸型的起始温度为250℃，然后将熔融态的外层金属管道原料浇注至所述铸型内，间隔4s，再将熔融态的内层金属管道原料浇注至所述铸型内，熔融态金属的浇注速度均为4kg/s，铸型的线速度为7m/s；
将浇注完成的双金属管定型后温度降至960℃，喷水1.5min，至温度降至723℃，淬火处理完成，然后将其脱模，在450℃保温2.5h后空气中冷却即得。
该配方采用相应的结晶速度和热处理条件，获得的双液双金属管道具有优异的抗磨损性能，该配方结晶速度50秒，淬火温度960℃，回火温度450℃，获得了细密的m7c3和m晶体，硬度为HRC55-60，磨耗量0.00012g/h。
实施例3
按重量份计，取外层金属管道原料和内层金属管道原料，外层金属管道原料：碳40份，铬35份、锰60份、钼20份、镍30份、钒30份、铜30份、硅60份、铁9695份；内层金属管道原料：碳450份，铬1500份、锰70份、钼300份、镍100份、钒100份、铜225份、硅60份、铁7195；
将外层金属管道原料和内层金属管道原料分别加热至1620℃和1600℃，使其均为熔融态金属；
采用离心铸造工艺进行铸造双液双金属管道，先在铸型中喷涂料，铸型的起始温度为300℃，然后将熔融态的外层金属管道原料浇注至所述铸型内，间隔5s，再将熔融态的内层金属管道原料浇注至所述铸型内，熔融态金属的浇注速度均为5kg/s，铸型的线速度为8m/s；
将浇注完成的双金属管定型后温度降至1000℃，喷水2min，至温度降至720℃，淬火处理完成，然后将其脱模，在500℃保温3h后空气中冷却即得。
该配方采用相应的结晶速度和热处理条件，获得的双液双金属管道具有优异的抗磨损性能，该配方结晶速度30秒，淬火温度1000℃，回火温度500℃，获得了细密的m7c3和m晶体，硬度为HRC55-60，磨耗量0.00012g/h。
实施例4
按重量份计，取外层金属管道原料和内层金属管道原料，外层金属管道原料：碳30份，铬20份、锰50份、钼15份、镍20份、钒40份、铜20份、硅50份、铁9755份；内层金属管道主要由以下的原料制成：按重量份计，碳180份，铬2000份、锰50份、钼50份、镍100份、钒60份、铜100份、硅80份、铁7380；
将外层金属管道原料和内层金属管道原料分别加热至1550℃和1500℃，使其均为熔融态金属；
采用离心铸造工艺进行铸造双液双金属管道，先在铸型中喷涂料，铸型的起始温度为200℃，然后将熔融态的外层金属管道原料浇注至所述铸型内，间隔3s，再将熔融态的内层金属管道原料浇注至所述铸型内，熔融态金属的浇注速度均为7kg/s，铸型的线速度为7m/s；
将浇注完成的双金属管定型后温度降至980℃，喷水2min，至温度降至720℃，淬火处理完成，然后将其脱模，在450℃保温2h后空气中冷却即得。
该配方采用相应的结晶速度和热处理条件，制得的双液双金属管道具有优异的抗腐蚀耐磨性能，结晶速度40秒，淬火温度980℃，回火温度450℃，获得了细密的m7c3+m23c7和m+A晶体，硬度HRC＝52-60，该双液双金属管道，可气力、水力方式输送pH值2-14的物料，使用寿命是不锈钢的6倍以上。
实施例5
按重量份计，取外层金属管道原料和内层金属管道原料，外层金属管道原料：碳40份，铬30份、锰50份、钼15份、镍20份、钒50份、铜25份、硅55份、铁9700份；内层金属管道主要由以下的原料制成：按重量份计，碳250份，铬3000份、锰60份、钼150份、镍200份、钒80份、铜200份、硅100份、铁6000；
将外层金属管道原料和内层金属管道原料分别加热至1550℃和1500℃，使其均为熔融态金属；
采用离心铸造工艺进行铸造双液双金属管道，先在铸型中喷涂料，铸型的起始温度为200℃，然后将熔融态的外层金属管道原料浇注至所述铸型内，间隔3s，再将熔融态的内层金属管道原料浇注至所述铸型内，熔融态金属的浇注速度均为8kg/s，铸型的线速度为7m/s；
将浇注完成的双金属管定型后温度降至980℃，喷水2min，至温度降至722℃，淬火处理完成，然后将其脱模，在450℃保温2h后空气中冷却即得。
该配方采用相应的结晶速度和热处理条件，制得的双液双金属管道具有优异的抗腐蚀耐磨性能，结晶速度40秒，淬火温度980℃，回火温度450℃，获得了细密的m7c3+m23c7和m+A晶体，硬度HRC＝52-60，该双液双金属管道，可气力、水力方式输送pH值2-14的物料，使用寿命是不锈钢的6倍以上。
实施例6
按重量份计，取外层金属管道原料和内层金属管道原料，外层金属管道原料：碳35份，铬35份、锰60份、钼20份、镍30份、钒60份、铜30份、硅60份、铁9665份；内层金属管道主要由以下的原料制成：按重量份计，碳300份，铬3500份、锰80份、钼300份、镍300份、钒120份、铜250份、硅120份、铁5030；
将外层金属管道原料和内层金属管道原料分别加热至1620℃和1600℃，使其均为熔融态金属；
采用离心铸造工艺进行铸造双液双金属管道，先在铸型中喷涂料，铸型的起始温度为300℃，然后将熔融态的外层金属管道原料浇注至所述铸型内，间隔4s，再将熔融态的内层金属管道原料浇注至所述铸型内，熔融态金属的浇注速度均为6kg/s，铸型的线速度为7m/s；
将浇注完成的双金属管定型后温度降至1000℃，喷水2min，至温度降至725℃，淬火处理完成，然后将其脱模，在450℃保温2h后空气中冷却即得。
该配方采用相应的结晶速度和热处理条件，制得的双液双金属管道具有优异的抗腐蚀耐磨性能，结晶速度50秒，淬火温度1000℃，回火温度450℃，获得了细密的m7c3+m23c7和m+A晶体，硬度HRC＝52-60，该双液双金属管道，可气力、水力方式输送pH值2-14的物料，使用寿命是不锈钢的6倍以上。
此外，耐磨产品、耐磨防腐产品的外层金属管道101均为低合金钢材质，化学成分相差不大；内层金属管道102的化学成分有变化，耐磨产品要根据输送物料的粒度大小、硬度高低、流速快慢、冲刷角度大小、温度的变化，气力、水力输送等情况变化，要在既定范围内来修正化学成分的含量。耐磨防腐产品内层金属管道102化学成分在充分考虑以上工况的基础上，还要根据输送物料pH值的变化，来调整C、Cr、Ni、Cu的含量。
本发明提供的双液双金属管道的耐磨产品内层金属管道102为复杂斜方晶格，主要晶相有共晶碳化物m7c3(CrFe)7C3，占总体积的25-27％，马氏体(m)基体占总体积的73-75％；耐磨防腐产品内层金属管道102为复杂斜方晶格，主要晶相有共晶碳化物m7c3(CrFe)7C3，占总体积的20-25％，m23c7(CrFe)23C7占体积的7-10％，基体由马氏体(m)64-66％，奥氏体3-5％组成。
本发明实施例中性能参数的测定方法见表1。
表1 本发明实施例各性能参数的测定方法
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.双液双金属管道，其特征在于，包括内层金属管道、外层金属管道以及两者之间的融合带；
所述融合带为先后浇注外层金属管道和内层金属管道，由外层金属管道和内层金属管道在接触面相互渗透形成的冶金结合带。
2.根据权利要求1所述的双液双金属管道，其特征在于，所述外层金属管道主要由以下的原料制成：按重量份计，碳30-40份，铬20-35份、锰50-60份、钼15-20份、镍20-30份、钒20-30份、铜20-30份、硅50-60份、铁9695-9775份；
所述内层金属管道主要由以下的原料制成：按重量份计，碳300-450份，铬300-1500份、锰50-70份、钼30-300份、镍90-100份、钒50-100份、铜50-225份、硅50-60份、铁7195-9080。
3.根据权利要求1所述的双液双金属管道，其特征在于，所述外层金属管道主要由以下的原料制成：按重量份计，碳30-40份，铬20-35份、锰50-60份、钼15-20份、镍20-30份、钒40-60份、铜20-30份、硅50-60份、铁9665-9755份；
所述内层金属管道主要由以下的原料制成：按重量份计，碳180-300份，铬2000-3500份、锰50-80份、钼50-300份、镍100-300份、钒60-120份、铜100-250份、硅80-120份、铁5030-7380。
4.根据权利要求1-3任一项所述的双液双金属管道，其特征在于，所述融合带的厚度为2-3mm。
5.权利要求1-4任一项所述的双液双金属管道的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)、将外层金属管道原料和内层金属管道原料分别加热至熔融态；
(b)、采用离心铸造工艺进行铸造双液双金属管道，先在铸型中喷涂料，然后将熔融态的外层金属管道原料浇注至所述铸型内，间隔2-5s，再将熔融态的内层金属管道原料浇注至所述铸型内，浇注速度均为3-8kg/s；
(c)、将浇注完成的双金属管进行淬火处理，然后将其脱模，回火处理后冷却即得。
6.根据权利要求5所述的双液双金属管道的制备方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，将所述外层金属管道原料和所述内层金属管道原料分别加热至1500-1620℃和1450-1600℃。
7.根据权利要求5所述的双液双金属管道的制备方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，所述铸型的起始温度为200-300℃；在熔融态金属浇注过程中，铸型的线速度为7-8m/s。
8.根据权利要求5所述的双液双金属管道的制备方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，所述淬火处理为：浇注完成的双金属管温度降至960-1000℃，向管内喷水，至温度降至720-725℃。
9.根据权利要求8所述的双液双金属管道的制备方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，所述喷水的时间为1-2min。
10.根据权利要求5所述的双液双金属管道的制备方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，回火处理为在400-500℃保温2-3h。
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