CN105156769A - 双金属耐磨复合管 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料加工技术领域，特别涉及一种双金属耐磨复合管。该双金属耐磨复合管：外壁采用普通钢，内衬采用高铬耐磨合金材料,高铬耐磨合金材料由以下重量百分比的元素组成：C？2.7-3.0，Si≤1.0，Mn？0.5-0.8，Cr？25.0-30.0，P≤0.10，S≤0.06，Ni0.5-1，Mo0.5-1，Cu1-2，Re≤0.5，V0.2-0.4，其余为Fe及杂质，而杂质的总量≤0.1。复合管的外壁采用普通钢，内衬采用高铬耐磨合金材料，形成了较好的冶金结合，既具有高合金材料的耐磨、耐腐蚀特性，又有较高的机械强度和较高的抗冲击性能。

Description

双金属耐磨复合管

（一）技术领域

本发明设计管道，特别涉及一种双金属耐磨复合管。

（二）背景技术

在矿山、冶炼、煤炭、电力等行业中，物料的输送都是采用远距离压力输送，管道承受着相当的压力并经受很严重的磨损。输送管道一般由直管和不同度弯管组成，夹带固体粉料的高速气流或液流过管道时，固体颗粒对管道产生严重的磨损，特别是流过弯管时，在离心力的作用下对弯管的外侧壁的磨损速度远大于直管部位。单一材质的管道无法满足此工况的要求。因考虑其使用安全性，重点放在提高管道的韧性上，而无法考虑其使用安全性，国内外普遍采用A3、16Mn无缝钢管，致使管道严重磨损，更换频繁。据统计，每年输送无缝、有缝钢管损耗高达几十亿元。停产检修致损失更无法统计。

目前国内外较为成熟的且使用较为普遍的管道主要有稀土合金耐磨管、铸石复合管、陶瓷复合管、钢塑复合钢管等。

1、铸石管道

铸石管是将熔化的岩石液体浇铸到具有内外层套管的墙体内或用水泥等粘结剂镶贴铸石板形成，由于铸石本身具有较高的硬度，因此该种管道具有很好的耐磨性，一般时期内受到广泛的应用。由于工艺原因，铸石管的厚度较大，“傻、大、笨、粗”，在使用上受到很大限制。另外铸石管存在无法克服的玻璃相和空洞，较脆容易碎裂，给输送和安装带来很大的困难。由于铸石属于脆性材料，内外两层为机械结合，结合强底低。内衬的整体效果差，在使用中受到浆体的冲击后易于发生破碎或剥落，一方面出现早期失效，另一方面碎片会造成堵塞而影响生产，在实际使用中逐渐减少。

2、钢塑复合管

钢塑复合管是利用特制模具，把橡胶、聚氨酯等高分子材料在熔融状态下，直接浇铸到内壁成型。在某些湿态下，输送很细的浆料取得一定的效果。但它不能输送有严重酸碱腐蚀性介质的大颗粒、尖锐物料。否则很容易被划破，从

而使橡胶、塑料复合管早期失效。由于其内外两层没有结合强度，从而使橡胶、塑料成片剥起，形成两张皮现象，极易造成堵塞，影响设备正常运行；此管也不能输送干态、湿度较高的物料，否则橡胶、塑料全软化，丧失耐磨性。因此，钢一塑、钢一橡复合管在使用上受到很大限制。

3、陶瓷复合管

自蔓延高温合成陶瓷钢管是把一种铁氧化物和铝粉混合的原料直接放在准备加衬的钢管内，署于离心机上，在封闭的条件下将其点燃，混合物在高温熔融姿态下，钢管高速旋转产生的巨大离心力使较重的含铁混合物被甩到外层与钢管内壁紧密结合，而耐腐蚀、耐磨损的含氧化物则在内层，经过逐渐冷却，形成所谓的“陶瓷”内衬。它有如下缺点：

（1）由于属脆性材料，并且不是在高压下成型，组织中的孔隙率较大。只能在底应力和软磨料工况下使用，否则氧化铝硬质点易脱落，失去耐磨性；

（2）输送物料时容易堵管，在敲打过程中耐磨层很容易一块一块地从钢管本体上脱落，出现早期失效现象；

（3）由于该管的制造工艺特点，耐磨层只能做得很薄，钢管本体很厚，从每米管道的重量来讲，重量仍然很大，并不能发挥陶瓷材质比重小、重量轻的优势。

（4）复合弯管的制作仍然是先制造，然后再采取打折线的方法焊接成虾米腰形成，弯管内部是折线形状，改变了物料在弯管中的弧线运动的轨迹，增加了物料的输送阻力；焊接形成死角，物料直接冲刷死角产生早期失效；外管焊接，内侧形成裸露层，该处无耐磨性可言；死角处加剧紊流程度，加剧弯管早期磨损失效。

（5）工艺影响因素多（反应粉末质量、混粉均匀程度、离心系统动力参数、冷却凝固条件等），质量很不稳定。

（6）自蔓延工艺生产的陶瓷一钢复合管耐磨层一般存在很多微裂纹，含酸

的水汽作用下加速腐蚀和陶瓷层脱落，此种管不适合于湿态输送物料的工况。

（7）由于是非金属复合，热膨胀系数相差甚大，陶瓷层抵抗热膨胀能力较差，在有湿度急剧变化的工况下产生较大热应力，陶瓷层容易出现大面积脱落。

（8）该工艺制备过程中产生的烟气很大，而且沉降速度很慢，对环境污染较大。

4、稀土合金耐磨钢管

稀土合金耐磨钢管属中碳多元低合金钢，通过稀土处理细化晶粒、净化晶界、提高强度；仅次于高锰钢的高韧性，如果合理的选择合金成分和热处理工艺将获得比高锰钢的多的强度和深的多的表面硬化层。稀土合金钢可以用热处理的方法使其达到事先所确定的韧性和表面硬化层，但其耐磨性基本上是由于基体组织的硬度所支配的，铸钢中的最硬的组织成分为马氏体，根据含碳量的不同，硬度在HRC38-45，组织中无硬质碳化物相，比起具有渗碳体的一般白口铸铁和特殊碳化物的高铬铸铁的硬度要低的多，抗磨料磨损性能差。由于是单一材质，它解决不了耐磨性和可焊性的矛盾，耐磨性和韧性都不是最佳的。一般采用砂型铸造，易产生冲砂、夹渣、气孔等缺陷，尺寸精度较差。

（三）发明内容

本发明为弥补现有技术的不足，提供了一种高双金属耐磨复合管，该复合管的外壁采用普通钢，内衬采用高铬耐磨合金材料，形成了较好的冶金结合，既具有高合金材料的耐磨、耐腐蚀特性，又有较高的机械强度和较高的抗冲击性能，解决了单一材质难以调和的可焊性和耐磨性的矛盾，使材料性能优势发挥到最佳程度，使用安全可靠。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种双金属耐磨复合管，其特殊之处在于：外壁采用普通钢，内衬采用高铬耐磨合金材料,

高铬耐磨合金材料由以下重量百分比的元素组成：

C2.7-3.0，Si≤1.0，Mn0.5-0.8，Cr25.0-30.0，P≤0.10，S≤0.06，Ni0.5-1，Mo0.5-1，Cu1-2，Re≤0.5，V0.2-0.4，其余为Fe及杂质，而杂质的总量≤0.1。

直管、复合离心铸造工艺流程，包括以下步骤：

工装、封头或环、放置外层、调整平衡、转速、预热、冶炼、钢水称重、浇铸、冷却、清理、热处理、检验、入库。

弯管、三通、消失模真空吸铸工艺流程，包括以下步骤：

制做外层、复合消失模、刷涂涂料、烘干、安装浇铸系统、装箱、三维振实、抽负压、冶炼、浇铸、落砂、清理、热处理、检验、入库。

本发明的有益效果是：

1、综合性能好

复合管的外壁采用普通钢，内衬采用高铬耐磨合金材料，形成了较好的冶金结合，既具有高合金材料的耐磨、耐腐蚀特性，又有较高的机械强度和较高的抗冲击性能，解决了单一材质难以调和的可焊性和耐磨性的矛盾，使材料性能优势发挥到最佳程度，使用安全可靠。

2、耐磨性高

耐磨复合管的复合层为高铬合金材料，组织中含有约45%的M7C3型硬质碳化物，由于这种Ka型碳化物的结构为棒状，而使其具有较高的韧性；同时Ka型碳化物微观硬度很高（Hv1500—1800），耐磨层的宏观硬座在HRC55以上，因而耐磨性能好；高铭铸铁被认为是最好的抗磨料磨损的金属材料，在一些场合下使用已显示出很大的优越性。

3、耐腐蚀能力强、耐高温性能高

由于Ka碳化物组成和结构特点以及固溶含Cr量的基体有较强的耐热、耐蚀性能，在高温或腐蚀环境下能显示出良好的耐蚀、耐磨性能。

4、管道系统运行阻力小，外形美观

该复合工艺属国内首创，填补了我国防腐耐磨工业输送管道的空白，解决了弯管无法复合的难题，弯管及其它各种异形管道能做到整体复合。改变了打折线制作弯管和其它异形管道的传统工艺的方法，不仅变物料在弯管中的运动轨迹，阻力较小，能源消耗少。

由于弯管做整体复合，不会出现死角，不会发生早期的局部磨损现象。特别对于弯管可做到偏心复合，弯管的外侧根据工况可加厚复合，既做到提高弯管的寿命又可实现等寿命设计，对用户来说经济效益非常明显。可对不同规格的管道进行复合，应用范围广泛，产品系列化程度高。

5、抗热振性好

由于复合耐磨管的内层与外层的热膨胀系数相当，在有温度急剧变化或焊接联接时，不会因为内外层的膨胀或收缩不一致而导致耐磨管内层碎裂剥落，发生早期失效的现象。

6、运输、安装、使用方便

复合耐磨管可采用法兰、快速接头、直接焊接等方式安装。由于复合管抗冲击性能高，在管道系统发生局部堵管时，可随意敲击、锤打，随意切割、卸换、焊接，安装、检修非常方便。

（四）具体实施方式

实施例1：

本实施例的双金属耐磨复合管，外壁采用普通钢，内衬采用高铬耐磨合金材料,

高铬耐磨合金材料由以下重量百分比的元素组成：

C2.7-3.0，Si≤1.0，Mn0.5-0.8，Cr25.0-30.0，P≤0.10，S≤0.06，Ni0.5-1，Mo0.5-1，Cu1-2，Re≤0.5，V0.2-0.4，其余为Fe及杂质，而杂质的总量≤0.1。

直管、复合离心铸造工艺流程，包括以下步骤：

工装、封头或环、放置外层、调整平衡、转速、预热、冶炼、钢水称重、浇铸、冷却、清理、热处理、检验、入库。

弯管、三通、消失模真空吸铸工艺流程，包括以下步骤：

制做外层、复合消失模、刷涂涂料、烘干、安装浇铸系统、装箱、三维振实、抽负压、冶炼、浇铸、落砂、清理、热处理、检验、入库。

实施例2：

公称通径范围表

规格	公称通径范围	备注
			直管	DN100-500mm	离心复合
弯头	DN100-1000mm	消失模真空吸铸
			三通	DN100-600mm	消失模真空吸铸
其它		根据要求制度

尺寸偏差

公称通径	允许偏差
		DN100-200mm	±1.5mm
DN200-500mm	±2.5mm

耐磨复合弯头

弯曲角度a偏差

弯曲半径R	角度a
		R≤1000	±0.5°
1000<R≤2000	±0.4°
		2000<R	±0.3°

耐磨层壁厚δ偏差

复合管内径b偏差

耐磨复合管机械性能和使用性能

1、耐磨复合管整体机械性能

2、耐磨复合管与16Mn钢管使用性能比较

输送介质：混凝土

3、双金属耐磨复合管与陶瓷复合管使用性能比较

输送介质：煤灰、磁铁粉混合物

4、耐磨复合管与铸石管使用性能比较

输送介质：干石英粉（湿度：400-600摄时度，风压：2.4kg/cm²）

Claims (3)

1.一种双金属耐磨复合管，其特征在于：外壁采用普通钢，内衬采用高铬耐磨合金材料,

高铬耐磨合金材料由以下重量百分比的元素组成：

C2.7-3.0，Si≤1.0，Mn0.5-0.8，Cr25.0-30.0，P≤0.10，S≤0.06，Ni0.5-1，Mo0.5-1，Cu1-2，Re≤0.5，V0.2-0.4，其余为Fe及杂质，而杂质的总量≤0.1。

2.一种根据权利要求1所述的双金属耐磨复合管的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

工装、封头或环、放置外层、调整平衡、转速、预热、冶炼、钢水称重、浇铸、冷却、清理、热处理、检验、入库。

3.一种根据权利要求1所述的双金属耐磨复合管的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

制做外层、复合消失模、刷涂涂料、烘干、安装浇铸系统、装箱、三维振实、抽负压、冶炼、浇铸、落砂、清理、热处理、检验、入库。