CN106704720A - 双金属复合耐磨管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种双金属复合耐磨管，包含内衬管、外套管和防腐涂层，所述内衬管为钛合金材料，所述外套管包含以下质量分数的原料：锰0.1%‑0.2%，铬0.3%‑0.6%，钙0.4%‑0.8%，硅0.02%‑0.25%，镁0.1%‑0.5%，钼0.08%‑0.24 %，铌0.1%‑0.4%，锌0.6%‑1.2%，碳1%‑2%，铝8%‑14%，锡0.2‑0.6%，余量为铁和微量不可避免杂质。本发明的双金属复合耐磨管的外套管和内衬管紧密配合，内外层不易分层，外层金属对内层金属提供了支撑作用，提高了使用的安全性及其使用寿命，具有良好的抗冲击性和耐磨性，具有防腐蚀功能外和润滑功能，在拉动过程中，润滑功能在有较大材料变形的工况中，可以有效避免管材被拉伤。

Description

双金属复合耐磨管及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属铸造成型领域，尤其涉及一种双金属复合耐磨管及其制备方法。
背景技术
双金属复合管含碳量高、耐冲击、热膨胀率低、耐压、耐高温，安装成熟，规格齐全。有不少厂家生产的双金属复合管广泛应用于油田、化工、电力等工业领域，其适用范围越来越广泛，带来的经济、环境、社会效益也更加明显。市售的双金属复合管利用两种不同材质的机械性能，即利用外基管弹性变形范围，利用内衬管屈服强度低的特性。在滚压机具螺旋进给的挤压下，使内衬管连续局部塑性变形，外基管始终保持在弹性变形范围之内。当外力去除后，外基管弹性收缩，内衬管由于已呈塑性变形无法收缩。从而达到内衬管外表面强力的嵌合在外基管的内表面中，复合成型。
尽管冶金融合铸造技术近年来快速发展，但大范围的生产应用仍受限制。近年来研发的陶瓷复合钢管，耐磨性好但是产品价格高，生产工艺复杂，焊缝连接处的耐磨性能不佳，限制其推广；高铬铸铁/钢复合管道硬度高，抗腐蚀性强，耐磨性能好，但是韧性差，易开裂，不利于焊接和架管。新型双金属复合耐磨管有待进一步开发。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种双金属复合耐磨管及其制备方法。
为了达到以上目的，本发明提供如下技术方案：
一种双金属复合耐磨管，包含内衬管、外套管和防腐涂层，所述内衬管为钛合金材料，所述外套管包含以下质量分数的原料：锰0.1%-0.2%，铬0.3%-0.6%，钙0.4%-0.8%，硅0.02%-0.25%，镁0.1%-0.5%，钼0.08%-0.24 %，铌0.1%-0.4%，锌0.6%-1.2%，碳1%-2%，铝8%-14%，锡0.2%-0.6%，余量为铁和微量不可避免杂质，所述防腐涂层包含以下重量份的原料：丙烯酸羟乙酯30-40份，甲基丙烯酸羟乙酯35-45份，锌粉22-28份，偶联剂2-4份，聚偏氟乙烯3-7份，硬脂酸4-8份，阻聚剂1-2份。
优选地，所述偶联剂为Z-6040或Z6011。
优选地，所述阻聚剂为对氢醌、 甲醌、 吩噻嗪、对苯二酚和羟基苯甲醚中的任意一种或多种组合。
一种双金属复合耐磨管的制备方法，包含以下步骤：
S1：分别融化内层钛合金材料和外层材料；
S2：采用离心浇铸法分别制成内衬管和外套管；
S3：将内衬管与外套管通过冶金结合制备无缝复合耐磨管；
S4: 退火处理，850-900℃保温2.8-3.2小时，冷却至760-800℃保温1.8-2.2小时，冷却至480-520℃出炉空冷；
S5：调质处理，880-950℃淬火处理，然后350-400℃回火处理；
S6：对复合耐磨管的外表面进行机械加工；
S7：按化学计量比称取原料，配成防腐涂层原料液，采用3D打印技术在复合耐磨管的表面涂覆一层防腐层；
S8：精整和捆打。
优选地，所述步骤S2中，当制得外套管后，间隔时间 20-80s，进行内衬管的离心浇铸，离心机的线速度为：10-24m/s。
优选地，所述步骤S2中，外套管的浇铸厚度为10-20mm，内衬管的浇铸厚度为20-60mm。
优选地，所述步骤S2中，当外套管的内表面温度冷却低至外套管的金属固相线温度时，开始离心浇铸内衬管的金属液。
优选地，所述步骤S3中的冶金结合为焊接工艺，焊接参数为：电流105A、电压638V、焊接速度16m/min，并在高频感应焊接完成后，送入中频退火工艺。
优选地，所述步骤S5中的淬火在中频淬火设备中进行，实际输入功率164.3-168.4Kw、运行速度为102.5r/min。
一种防腐涂层的制备方法，包含以下步骤：
S1：将锌粉溶于异丙醇中，超声分散30min;
S2：向S1所得物中加入偶联剂，70℃水浴搅拌2h，搅拌速度为200r/min；
S3：向S2所得物中加入硬脂酸和阻聚剂，70℃水浴搅拌30min，搅拌速度为200r/min；
S4：向S3所得物中加入丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯和聚偏氟乙烯，70℃水浴搅拌2h，搅拌速度为200r/min；
S5：将S4所得物放入100℃烘箱中，烘干至恒重。
本发明的有益效果：双金属复合耐磨管的外套管和内衬管紧密配合，内外层不易分层，外层金属对内层金属提供了支撑作用，提高了使用的安全性及其使用寿命，具有良好的抗冲击性和耐磨性，且外表面设置防腐层，除了具有防腐蚀功能外，还具有润滑功能，这样在拉动过程中，这种润滑功能在有较大材料变形的工况中，可以有效避免管材被拉伤。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述：
本发明中的硅烷偶联剂Z-6040，分子式为C9H20O5Si，CAS号为2530-83-8，化学名为γ-（2，3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷。
本发明中的硅烷偶联剂Z6011，分子式为C9H23NO3Si，CAS号为919-30-2，化学名为氨丙基三乙氧基硅烷。
实施例1
一种制备防腐涂层的方法，包括以下步骤：
S1：将22份锌粉溶于适量异丙醇中，超声分散30min;
S2：向S1所得物中加入2份Z-6040偶联剂，70℃水浴搅拌2h，搅拌速度为200r/min，完成偶联剂的预处理；
S3：向S2所得物中加入4份硬脂酸和1份对氢醌阻聚剂，70℃水浴搅拌30min，搅拌速度为200r/min，搅拌过程中主机及时添加异丙醇，防止干烧搅拌；
S4：向S3所得物中加入30份丙烯酸羟乙酯、35份甲基丙烯酸羟乙酯和3份聚偏氟乙烯，70℃水浴搅拌2h，搅拌速度为200r/min，搅拌过程中主机及时添加异丙醇，防止干烧搅拌；
S5：将S4所得物放入100℃烘箱中，烘干至恒重，即可获得防腐涂料，封装备用。
本实施例中的对氢醌阻聚剂也可采用甲醌阻聚剂或对苯二酚阻聚剂。
实施例2
一种制备防腐涂层的方法，包括以下步骤：
S1：将28份锌粉溶于适量异丙醇中，超声分散30min;
S2：向S1所得物中加入4份Z6011偶联剂，70℃水浴搅拌2h，搅拌速度为200r/min，完成偶联剂的预处理；
S3：向S2所得物中加入8份硬脂酸和2份吩噻嗪阻聚剂，70℃水浴搅拌30min，搅拌速度为200r/min，搅拌过程中主机及时添加异丙醇，防止干烧搅拌；
S4：向S3所得物中加入40份丙烯酸羟乙酯、45份甲基丙烯酸羟乙酯和7份聚偏氟乙烯，70℃水浴搅拌2h，搅拌速度为200r/min，搅拌过程中主机及时添加异丙醇，防止干烧搅拌；
S5：将S4所得物放入100℃烘箱中，烘干至恒重，即可获得防腐涂料，封装备用。
实施例3
一种制备防腐涂层的方法，包括以下步骤：
S1：将25份锌粉溶于适量异丙醇中，超声分散30min;
S2：向S1所得物中加入3份Z-6040偶联剂，70℃水浴搅拌2h，搅拌速度为200r/min，完成偶联剂的预处理；
S3：向S2所得物中加入6份硬脂酸和1.5份阻聚剂，70℃水浴搅拌30min，搅拌速度为200r/min，搅拌过程中主机及时添加异丙醇，防止干烧搅拌；
S4：向S3所得物中加入35份丙烯酸羟乙酯、40份甲基丙烯酸羟乙酯和5份聚偏氟乙烯，70℃水浴搅拌2h，搅拌速度为200r/min，搅拌过程中主机及时添加异丙醇，防止干烧搅拌；
S5：将S4所得物放入100℃烘箱中，烘干至恒重，即可获得防腐涂料，封装备用。
本实施例中的对氢醌阻聚剂可采用对氢醌、 甲醌、吩噻嗪、对苯二酚和羟基苯甲醚的一种或多种的任意组合。
实施例4
一种双金属复合耐磨管，包含内衬管、外套管和防腐涂层，防腐涂层由实施例1、实施例2或实施例3制备所得，内衬管为钛合金材料，外套管包含以下质量分数的原料：锰0.1%，铬0.3%，钙0.4%，硅0.02%，镁0.1%，钼0.08%，铌0.1%，锌0.6%，碳1%，铝8%，锡0.2%，余量为铁和微量不可避免杂质。
实施例5
一种双金属复合耐磨管，包含内衬管、外套管和防腐涂层，防腐涂层由实施例1、实施例2或实施例3制备所得，内衬管为钛合金材料，外套管包含以下质量分数的原料：锰0.2%，铬0.6%，钙0.8%，硅0.25%，镁0.5%，钼0.24 %，铌0.4%，锌1.2%，碳2%，铝14%，锡0.6%，余量为铁和微量不可避免杂质。
实施例6
一种双金属复合耐磨管，包含内衬管、外套管和防腐涂层，防腐涂层由实施例1、实施例2或实施例3制备所得，内衬管为钛合金材料，外套管包含以下质量分数的原料：锰0.15%，铬0.45%，钙0.6%，硅0.14%，镁0.3%，钼0.16 %，铌0.25%，锌0.9%，碳1.5%，铝11%，锡0.4%，余量为铁和微量不可避免杂质。
实施例7
一种双金属复合耐磨管，包含内衬管、外套管和防腐涂层，防腐涂层由实施例1、实施例2或实施例3制备所得，内衬管为钛合金材料，外套管包含以下质量分数的原料：锰0.12%，铬0.4%，钙0.5%，硅0.1%，镁0.2%，钼0.13 %，铌0.2%，锌0.8%，碳1.3%，铝9%，锡0.3%，余量为铁和微量不可避免杂质。
实施例8
一种双金属复合耐磨管，包含内衬管、外套管和防腐涂层，防腐涂层由实施例1、实施例2或实施例3制备所得，内衬管为钛合金材料，外套管包含以下质量分数的原料：锰0.18%，铬0.5%，钙0.7%，硅0.2%，镁0.4%，钼0.2 %，铌0.3%，锌1.0%，碳1.8%，铝12%，锡0.5%，余量为铁和微量不可避免杂质。
实施例9
实施例4-8中的双金属复合耐磨管的制备方法如下：
①分别融化内衬管钛合金材料和外套管材料；
②采用离心浇铸法分别制成内衬管和外套管，当制得外套管后，间隔时间 20-80s，进行内衬管的离心浇铸，离心机的线速度为：10-24m/s，外套管的浇铸厚度为10-20mm，内衬管的浇铸厚度为20-60mm。当外套管的内表面温度冷却低至外套管的金属固相线温度时，开始离心浇铸内衬管的金属液；
③将内衬管与外套管通过冶金结合制备无缝复合耐磨管，冶金结合为焊接工艺，焊接参数为：电流105A、电压638V、焊接速度16m/min，并在高频感应焊接完成后，送入中频退火工艺；
④退火处理，850-900℃保温2.8-3.2小时，冷却至760-800℃保温1.8-2.2小时，冷却至480-520℃出炉空冷；
⑤调质处理，880-950℃淬火处理，然后350-400℃回火处理，淬火在中频淬火设备中进行，实际输入功率164.3-168.4Kw、运行速度为102.5r/min；
⑥对复合耐磨管的外表面进行机械加工，便于与防腐涂层结合；
⑦按化学计量比称取原料，配成防腐涂层原料液，采用3D打印技术在复合耐磨管的表面涂覆一层防腐层；
⑧待其干燥完全，精整和捆打。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种双金属复合耐磨管，包含内衬管、外套管和防腐涂层，其特征在于，所述内衬管为钛合金材料，所述外套管包含以下质量分数的原料：锰0.1%-0.2%，铬0.3%-0.6%，钙0.4%-0.8%，硅0.02%-0.25%，镁0.1%-0.5%，钼0.08%-0.24 %，铌0.1%-0.4%，锌0.6%-1.2%，碳1%-2%，铝8%-14%，锡0.2%-0.6%，余量为铁和微量不可避免杂质，所述防腐涂层包含以下重量份的原料：丙烯酸羟乙酯30-40份，甲基丙烯酸羟乙酯35-45份，锌粉22-28份，偶联剂2-4份，聚偏氟乙烯3-7份，硬脂酸4-8份，阻聚剂1-2份。
2.如权利要求1所述的双金属复合耐磨管，其特征在于，所述偶联剂为Z-6040或Z6011。
3.如权利要求1所述的双金属复合耐磨管，其特征在于，所述阻聚剂为对氢醌、 甲醌、吩噻嗪、对苯二酚和羟基苯甲醚中的任意一种或多种组合。
4.一种双金属复合耐磨管的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1：分别融化内衬管钛合金材料和外套管材料，所述外套管包含以下质量分数的原料：锰0.1%-0.2%，铬0.3%-0.6%，钙0.4%-0.8%，硅0.02%-0.25%，镁0.1%-0.5%，钼0.08%-0.24 %，铌0.1%-0.4%，锌0.6%-1.2%，碳1%-2%，铝8%-14%，锡0.2%-0.6%，余量为铁和微量不可避免杂质；
S2：采用离心浇铸法分别制成内衬管和外套管；
S3：将内衬管与外套管通过冶金结合制备无缝复合耐磨管；
S4: 退火处理，850-900℃保温2.8-3.2小时，冷却至760-800℃保温1.8-2.2小时，冷却至480-520℃出炉空冷；
S5：调质处理，880-950℃淬火处理，然后350-400℃回火处理；
S6：对复合耐磨管的外表面进行机械加工；
S7：按化学计量比称取原料，配成防腐涂层原料液，采用3D打印技术在复合耐磨管的表面涂覆一层防腐层，所述防腐涂层包含以下重量份的原料：丙烯酸羟乙酯30-40份，甲基丙烯酸羟乙酯35-45份，锌粉22-28份，偶联剂2-4份，聚偏氟乙烯3-7份，硬脂酸4-8份，阻聚剂1-2份；
S8：精整和捆打。
5.如权利要求4所述的双金属复合耐磨管的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，当制得外套管后，间隔时间 20-80s，进行内衬管的离心浇铸，离心机的线速度为：10-24m/s。
6.如权利要求4所述的双金属复合耐磨管的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，外套管的浇铸厚度为10-20mm，内衬管的浇铸厚度为20-60mm。
7.如权利要求4所述的双金属复合耐磨管的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，当外套管的内表面温度冷却低至外套管的金属固相线温度时，开始离心浇铸内衬管的金属液。
8.如权利要求4所述的双金属复合耐磨管的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的冶金结合为焊接工艺，焊接参数为：电流105A、电压638V、焊接速度16m/min，并在高频感应焊接完成后，送入中频退火工艺。
9.如权利要求4所述的双金属复合耐磨管的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中的淬火在中频淬火设备中进行，实际输入功率164.3-168.4Kw、运行速度为102.5r/min。
10.一种防腐涂层的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1：将锌粉溶于异丙醇中，超声分散30min;
S2：向S1所得物中加入偶联剂，70℃水浴搅拌2h，搅拌速度为200r/min；
S3：向S2所得物中加入硬脂酸和阻聚剂，70℃水浴搅拌30min，搅拌速度为200r/min；
S4：向S3所得物中加入丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯和聚偏氟乙烯，70℃水浴搅拌2h，搅拌速度为200r/min；
S5：将S4所得物放入100℃烘箱中，烘干至恒重。
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