CN107617730A - 一种耐磨耐蚀复合钢管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种耐磨耐蚀复合钢管的制备方法，首先在无缝钢管内表面复合高铬铸铁，再在高铬铸铁表面复合耐磨耐蚀涂层，耐磨耐蚀涂层表层是陶瓷层，靠近高铬铸铁侧是铬合金铸铁层。采用本发明方法制备的耐磨耐蚀复合钢管中的高铬铸铁与无缝钢管基体实现了良好的冶金结合，且高铬铸铁硬度高，耐磨耐蚀性能好。此外，复合钢管内衬陶瓷层与高铬铸铁实现良好的结合，且陶瓷层厚度控制在2mm以上，具有优异的耐磨耐蚀性。本发明耐磨耐蚀复合钢管用于制造矿山输送矿浆管道，在相同使用条件下，其使用寿命比无缝钢管提高34倍以上，比高铬铸铁提高3.5倍以上，具有优异的耐磨耐蚀性，推广应用具有良好的经济和社会效益。

Description

一种耐磨耐蚀复合钢管及其制备方法

技术领域

本发明属于耐磨材料技术领域，涉及一种耐磨耐蚀复合钢管，本发明还涉及上述耐磨耐蚀复合钢管的制备方法。

背景技术

在冶金、矿山、石化、国防和军工等许多部门，对耐磨耐蚀复合钢管有巨大的需求，如冶金矿山矿浆和尾矿的输送管道。

为了提高钢管的耐磨、耐蚀性，中国专利(申请日2016.08.29，公开号CN206072562U，公开日2017.04.05)公开了一种高耐磨钢管，包括钢管层，钢管层的内侧涂有合金耐磨层，合金耐磨层内侧涂有第一玻璃纤维层，第一玻璃纤维层内侧涂有防腐层；钢管层外侧壁涂有陶瓷耐磨层，陶瓷耐磨层外侧涂有第二玻璃纤维层，第二玻璃纤维层外侧还设有铁硼化合物层，该实用新型结构简单，制作成本低，具有高强度、高硬度、高耐磨性、防腐、耐压的优点，适合与在恶劣的环境下使用。

中国发明专利(申请日2016.12.04，公开号CN106521283A，公开日2017.03.22)还公开了一种耐磨陶瓷钢管复合材料，由以下重量比的原料组成：铝粉5-15、氧化铁红40-45、氧化铁20-35、石英砂15-25、二氧化硅2-4、滑石粉15-20、云母粉10-20、硅微粉3-5；制备时，先将上述原料粉碎后放入搅拌机内搅拌，再将钢管装入制管机的管模内，使用上述混料加入至钢管内，开启制管机并将转速调至200-220圈/秒，同时，加热钢管并向管内输送氧气，最后对制管机进行冷却至室温，即可制得耐磨陶瓷钢管复合材料。该发明将混合坯烧结就可以生产出轴、管、齿轮等各种陶瓷刚器具，在经过砂轮打磨可产生精密器具；还可作为化工管道，其性能将超越钢管，可取代现有钢质、铁质材料的产品。

中国发明专利(申请日2016.08.23，公开号CN106318138A，公开日2017.01.11)还公开了一种陶瓷复合钢管及其加工工艺，该陶瓷内衬复合钢管由基材、碳化硅、树脂、三氧化二铝、白炭黑构成，所述的碳化硅、树脂、三氧化二铝、白炭黑外加促进剂和固化剂混合均匀搅拌手工涂覆到基材上，通过自然固化而成的陶瓷内衬复合钢管。将该发明应用于脱硫石膏浆液输送过程中，具有高耐磨、高防腐、高粘结强度、可修复性好、后期维护检修方便等优点。

中国发明专利(申请日2016.08.12，公开号CN106148837A，公开日2016.11.23)还公开了一种含纳米钛的不锈钢管及其制备方法，其中含纳米钛的不锈钢管，其成分组成为：碳0.01-0.03wt％、纳米钛6.8-9.4wt％、钴0.05-0.1wt％、硫0.02-0.03wt％、钽0.1-0.2wt％、钨2.2-3.2wt％、锆1.45-1.55wt％、硼0.02-0.03wt％、碲0.02-0.03wt％、矾0.02-0.03wt％、钒0.1-0.2wt％、铜0.8-1.0wt％，余量为铁和不可避免的杂质。该发明不锈钢管屈服强度和扭转强度有显著的提升，抗氧化性能非常好，耐腐蚀性，热涨冷缩率低，热震性比普通不锈钢管强60-80％，不锈钢管表面渗氮，大大提高了表面耐磨性，而且有效提高了表面粘着力，有利于增强流体流通时的紊流性状，特别适合于用作传热管。

中国发明专利(申请日2015.03.26，公开号CN106141143A，公开日2016.11.23)还公开了一种薄壁细长陶瓷内衬复合钢管制备方法。包括以下工艺过程：取一根细长薄壁钢管，内表面除锈、去油。用一根细长钢棒固定于钢管中轴线处，然后将铝热焊剂装入钢管内，边装边加压，装满后取出钢棒使压实的粉末中心形成一个上下与外界连通的空腔。钢管顶端和低端分别套上导流和限流装置，并固定于与地面垂直的位置。用氧乙炔喷枪将钢管加热到200℃后从上部点燃粉末引发自蔓延反应。反应结束后在钢管内壁得到Al₂O₃涂层。该方法工艺简单，成本低廉。Al₂O₃涂层完整、致密，可用作耐磨、耐高温煤粉喷枪枪管等。

中国发明专利(申请日2015.03.18，公开号CN106148942A，公开日2016.11.23)还公开了涂层材料领域内的一种钢管Al₂O₃内衬耐热耐磨涂层的制备方法，包括如下步骤：将打磨后的无缝钢管用0.5mol/L的NaOH溶液除油，再用30％的HCl除锈，再用砂纸打磨内壁；将铝粉和Fe₂O₃粉按1:2.95的比例混合，再向混合后的粉末中加入其总质量2％的SiO₂粉末和总质量6％的CrO₃颗粒，混合均匀后置于干燥箱中干燥5h；将混合物料充填钢管，预热10min后用镁条与镁粉引火点燃混合物料，反应30min后自然冷却60min，制得钢管Al₂O₃内衬耐热耐磨涂层。该发明制得的钢管Al₂O₃内衬耐热耐磨涂层，在钢管内壁形成连续、均匀的内衬涂层，保护钢管，延长钢管的使用寿命。

中国专利(申请日2016.06.03，公开号CN205669633U，公开日2016.11.02)还公开了一种防腐蚀多金属耐磨复合钢管，包括钢管层；钢管层外表面设有镀锌层，钢管层内表面设有多金属层，钢管层、镀锌层和多金属层复合加工成整体式管状结构。该实用新型结构新颖，工作原理清晰，采用了钢管层、多金属层和镀锌层复合的整体结构，多金属层的设置起到了加固钢管层内部的强度及抗冲击能力，镀锌层的设置增强了良好钢管层外表面的耐腐蚀性能，在确保外防腐钢管的防腐效果前提下，同时提高了管内的防腐减阻效果，延长了设备管道的使用寿命，降低生产投资成本保障安全生产的特点。

中国发明专利(申请日2015.12.31，公开号CN105985107A，公开日2016.10.05)还公开了一种耐磨防腐性能优异的液压钢管陶瓷内衬材料，由下列重量份的原料制成：纯铝粉54-56、氧化铁红159-162、硝酸钴18-19、氯化镍18-19、正硅酸乙酯37-38、无水乙醇74-76、纳米Y-ZrO₂粉10-11.5、四硼酸钠8.5-9.5、碳化硅3-4、氯化镁2-3、聚丙烯酸铵0.8-1、钛酸钡4-5、氧化铝纤维4-5、去离子水适量。该发明还添加钛酸钡、氯化镁、氧化铝纤维等成分，配合铝热反应可以获得致密的涂层，进一步增强了材料的强度、耐磨性，降低孔隙率，降低腐蚀性气氛的渗透率，提高材料与管材基料的结合强度、抗腐蚀及抗磨损性能；该发明制成的液压钢管具备良好的耐磨防腐蚀性能。

中国发明专利(申请日2015.12.31，公开号CN105985106A，公开日2016.10.05)还公开了一种用于液压钢管的润滑耐磨的陶瓷内衬，由下列重量份的原料制成：纯铝粉54-56、氧化铁红159-162、硝酸钴18-19、氯化镍18-19、正硅酸乙酯37-38、无水乙醇74-76、纳米Y-ZrO₂粉10-11.5、四硼酸钠8.5-9.5、二硫化钼2-3、五氧化二铌1.5-2、纳米氮化钛8-9、碳酸钠0.8-1、硬脂酸钠0.5-0.6、氧化钙2-3、去离子水。该发明通过科学合理的成分配比，添加纳米氮化钛、二硫化钼等成分，通过一定的工艺制成晶粒细化、耐磨性良好、与基材管壁结合强度佳的陶瓷内衬材料；制成的液压钢管具有良好的耐磨强度、内壁光洁润滑，液压油流动阻力小。

但是，上述耐磨、耐蚀复合钢管存在耐磨耐蚀层厚度薄，复合钢管使用寿命短等不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐磨耐蚀复合钢管的制备方法，解决了现有耐磨耐蚀复合钢管存在耐磨耐蚀层厚度薄，复合钢管使用寿命短的问题。

本发明的另一目的是提供从上述方法制备得到的耐磨耐蚀复合钢管。

本发明所采用的技术方案是，一种耐磨耐蚀复合钢管的制备方法，首先在无缝钢管内表面复合高铬铸铁，再在高铬铸铁表面复合耐磨耐蚀涂层，耐磨耐蚀涂层表层是陶瓷层，靠近高铬铸铁侧是铬合金铸铁层。

本发明的特点还在于，

具体按以下步骤实施：

步骤1，将无缝钢管置于卧式离心机上，设置离心机转速为1050～1150rpm，将温度为1453～1487℃的高铬铸铁铁水，浇入卧式离心机上的无缝钢管内，高铬铸铁铁水凝固后，降低离心机转速至180～230rpm；

步骤2，当无缝钢管内表面的高铬铸铁温度降至220～270℃时，将由铝粉、Fe₂O₃粉、Ce₂O₃颗粒和Na₂B₄O₇颗粒组成的混合物料充填至无缝钢管内表面的高铬铸铁上，并将离心机转速调高至1200～1250rpm，使混合物料在高铬铸铁表面均匀分布；

步骤3，待混合物料在高铬铸铁表面分布均匀后，点燃混合物料，反应15～20分钟后，将离心机转速降至850～900rpm，在此转速下，继续冷却25～30分钟；将离心机停机，并将钢管入炉加热至320～360℃，保温8～10小时后，炉冷至温度低于120℃，出炉空冷至室温，即可获得耐磨耐蚀复合钢管。

无缝钢管内表面沿圆周方向加工有凹槽，凹槽宽度为8～12mm，深度为3～5mm，凹槽间距28～36mm。

步骤1中浇入高铬铸铁铁水前，无缝钢管内表面涂覆厚度0.8～1.2mm的硼砂水溶液，硼砂水溶液中硼砂与水的质量百分比为1:1。

步骤1中浇入高铬铸铁铁水前，将无缝钢管加热至680～800℃，保温2～3小时。

步骤1中高铬铸铁铁水的化学组成及其质量百分数为2.34～2.62C，26.07～28.30Cr，0.88～1.03B，1.22～1.57Si，0.69～0.95Mn，2.17～2.43V，1.66～1.80Ni，1.07～1.24Al，0.06～0.09Ti，0.05～0.08Ta，0.04～0.08N，<0.03S，<0.04P，余量Fe，以上组分质量百分数之和为100％。

步骤2中铝粉和Fe₂O₃粉的质量百分比1:1.8，Ce₂O₃颗粒的用量为铝粉和Fe₂O₃粉混合粉末总质量的6.2～7.7％，Na₂B₄O₇颗粒的用量为铝粉和Fe₂O₃粉混合粉末总质量的2.5～2.8％。

步骤2中铝粉和Fe₂O₃粉的尺寸为60～130μm，Ce₂O₃和Na₂B₄O₇颗粒的尺寸为0.8～1.5mm。

步骤2中所述铝粉、Fe₂O₃粉、Ce₂O₃颗粒和Na₂B₄O₇颗粒混合后在120～150℃下干燥2-3小时。

本发明的另一技术方案是，一种耐磨耐蚀复合钢管，上述的耐磨耐蚀复合钢管的制备方法制备得到。

本发明的有益效果是，本发明与现有技术相比具有以下优点：

1)本发明高铬铸铁与无缝钢管基体实现了良好的冶金结合；

2)本发明高铬铸铁硬度高，耐磨耐蚀性能好；

3)本发明复合钢管内衬陶瓷层与高铬铸铁实现良好的结合，且陶瓷层厚度控制在2mm以上，具有优异的耐磨耐蚀性；

4)本发明在腐蚀磨损环境下，耐磨耐蚀性比无缝钢管提高34倍以上，比高铬铸铁提高3.5倍以上，推广应用具有良好的经济和社会效益。

附图说明

图1本发明制备的耐磨耐蚀复合钢管结构示意图。

图中，1.无缝钢管，2.高铬铸铁层，3.耐磨耐蚀涂层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种耐磨耐蚀复合钢管的制备方法，先在钢管内表面复合耐磨耐蚀高铬铸铁，再在高铬铸铁表面复合耐磨耐蚀涂层，具体按照以下步骤实施：

步骤1，在内径200～600mm、壁厚15～65mm的无缝钢管内表面沿圆周方向加工出宽度8～12mm、深度3～5mm的凹槽，凹槽间距28～36mm，并在无缝钢管内表面及其凹槽处，涂覆厚度0.8～1.2mm的硼砂水溶液，硼砂水溶液中硼砂与水的质量百分比为1:1，然后将无缝钢管加热至680～800℃，保温2～3小时后，置于卧式离心机上，开动离心机，将离心机转速调至1050～1150rpm，随后将温度为1453～1487℃的高铬铸铁铁水，浇入卧式离心机上的无缝钢管内，高铬铸铁铁水凝固后，降低离心机转速至180～230rpm，无缝钢管内表面高铬铸铁的单边厚度控制在25～30mm；

高铬铸铁铁水的化学组成及其质量百分数为2.34～2.62C，26.07～28.30Cr，0.88～1.03B，1.22～1.57Si，0.69～0.95Mn，2.17～2.43V，1.66～1.80Ni，1.07～1.24Al，0.06～0.09Ti，0.05～0.08Ta，0.04～0.08N，<0.03S，<0.04P，余量Fe，以上组分质量百分数之和为100％。

步骤2，将铝粉和Fe₂O₃粉按质量百分比1:1.8的比例混合，再向混合好的粉末中加入其总质量6.2～7.7％的Ce₂O₃和2.5～2.8％的Na₂B₄O₇颗粒，铝粉和Fe₂O₃粉的尺寸为60～130μm，Ce₂O₃和Na₂B₄O₇颗粒的尺寸为0.8～1.5mm，将铝粉和Fe₂O₃粉及Ce₂O₃和Na₂B₄O₇颗粒混合均匀后置于干燥箱中，在120～150℃下干燥2-3小时得到混合物料。

当步骤1中无缝钢管内表面的高铬铸铁温度降至220～270℃时，将混合物料充填至无缝钢管内表面的高铬铸铁上，并将离心机转速调高至1200～1250rpm，使混合物料在高铬铸铁表面均匀分布，并将混合物料的单边厚度控制在3.5～4.5mm。

步骤3，待混合物料在高铬铸铁表面分布均匀后，用镁条与镁粉引火点燃混合物料，反应15～20分钟后，将离心机转速降至850～900rpm，在此转速下，继续冷却25～30分钟，将离心机停机，并将钢管入炉加热至320～360℃，保温8～10小时后，炉冷至温度低于120℃，出炉空冷至室温，即可获得耐磨耐蚀复合钢管。

采用本发明制备得到耐磨耐蚀复合钢管结构如图1所示，自外而内依次为无缝钢管1，高铬铸铁层2和耐磨耐蚀涂层3。耐磨耐蚀涂层3是混合物料的燃烧产物，表层是陶瓷层，靠近高铬铸铁侧是铬合金铸铁层。

本发明耐磨耐蚀复合钢管制备方法，先在内径200～600mm、壁厚15～65mm的无缝钢管内表面沿圆周方向加工出宽度8～12mm、深度3～5mm的凹槽，凹槽间距28～36mm，主要目的是为了提高随后浇注的高铬铸铁铁铁水凝固后，与无缝钢管基体结合良好。在无缝钢管内表面及其凹槽处，涂覆厚度0.8～1.2mm的硼砂水溶液，硼砂水溶液中硼砂与水的质量百分比为1:1，主要是利用硼砂改善高铬铸铁铁水与无缝钢管的浸润性，使高铬铸铁与无缝钢管实现良好的冶金结合。此外，为了进一步改善高铬铸铁与无缝钢管的结合性能，本发明还将无缝钢管加热至680～800℃，保温2～3小时。将无缝钢管置于卧式离心机上，并将离心机转速调至1050～1150rpm，然后将温度为1453～1487℃的高铬铸铁铁水，浇入卧式离心机上的无缝钢管内，主要是为了确保高铬铸铁在钢管内的均匀分布，并提高高铬铸铁的致密性，同时减少高铬铸铁中的气孔和夹杂物，有利于提高高铬铸铁的耐磨和耐蚀性。

本发明所采用的高铬铸铁铁水的化学组成及其质量百分数为2.34～2.62C，26.07～28.30Cr，0.88～1.03B，1.22～1.57Si，0.69～0.95Mn，2.17～2.43V，1.66～1.80Ni，1.07～1.24Al，0.06～0.09Ti，0.05～0.08Ta，0.04～0.08N，<0.03S，<0.04P，余量Fe，以上组分质量百分数之和为100％。加入0.88～1.03％B和2.17～2.43％V，可以生成大量高硬度的M₂B型硼化物和MC型碳化物，有利于提高耐磨性；加入26.07～28.30％Cr可以提高耐蚀性，特别是1.66～1.80％Ni，1.07～1.24％Al和1.22～1.57％Si的加入，可以进一步提高高铬铸铁耐蚀性；1.07～1.24％Al的加入有利于促进碳化物的孤立分布，提高高铬铸铁强度；0.06～0.09％Ti，0.05～0.08％Ta和0.04～0.08％N的加入，可以细化凝固组织，促进高铬铸铁强度和韧性的大幅度提高。高铬铸铁铁水凝固后，降低离心机转速至180～230rpm，能够防止高铬铸铁在离心力作用下开裂。将无缝钢管内表面高铬铸铁的单边厚度控制在25～30mm，可以确保复合钢管具有优异的综合性能。

本发明在无缝钢管内表面的高铬铸铁温度降至220～270℃时，将铝粉、Fe₂O₃粉、Ce₂O₃颗粒和Na₂B₄O₇颗粒混合物料充填至无缝钢管内表面的高铬铸铁上，并将离心机转速调高至1200～1250rpm，使混合物料在高铬铸铁表面均匀分布，并将混合物料的单边厚度控制在3.5～4.5mm。铝粉和Fe₂O₃粉按质量百分比1:1.8的比例混合成铝热剂，将铝热剂装入钢管内，然后置于高速旋转的离心机上，在离心力作用下，铝热剂紧密地附着于钢管的高铬铸铁上，在管的一端点火，铝热反应即被引发，Fe₂O₃+2Al→2Fe+Al₂O₃+836KJ/mol，并沿着轴向自行蔓延燃烧。反应的燃烧温度达3428℃，高于生成物Al₂O₃和Fe的熔点，使生成物瞬时熔化。在足够离心力作用下，熔融态Fe和Al₂O₃被分离，随着冷却过程进行，密度较大的Fe紧靠钢管的高铬铸铁表面凝固形成中间层，密度较小的Al₂O₃则在钢管内表面形成均匀致密的陶瓷层。但是，采用常规方法生产的Al₂O₃陶瓷层易产生裂纹，陶瓷层易剥落，且陶瓷层与高铬铸铁结合不好。本发明在铝粉和Fe₂O₃粉中，加入其总质量6.2～7.7％的Ce₂O₃和2.5～2.8％的Na₂B₄O₇颗粒，铝热反应后的熔融产物Al₂O₃和Fe在离心力作用下实现两相分离，Al₂O₃和Fe分离后的结合情况取决于两者之间的润湿性，因为陶瓷层和铁层是通过“机械咬合”而结合在一起，改善Al₂O₃和Fe之间的润湿性有利于提高两者之间的结合强度。Al₂O₃和Fe润湿性差，因此普通陶瓷层结合强度低。加入Na₂B₄O₇后，因其在高温下分解生成B₂O₃，B₂O₃表面张力仅为0.08N/m，它可显著降低Al₂O₃和Fe之间的表面张力，使分离之后的固态Al₂O₃和液态Fe之的润湿性改善，因而促使陶瓷结合强度提高。而Fe₂O₃和Al发生反应放出大量热量，使得产物Al₂O₃处于熔融状态，随后凝固收缩，而钢管由于受反应放热的影响也发生热膨胀，然后冷却收缩。两者膨胀收缩的差异造成了裂纹的萌生。Al₂O₃刚凝固完毕时，Al₂O₃陶瓷层与钢管之间无间隙，随后Al₂O₃冷却收缩，但钢管由于继续吸收陶瓷层放出的热量继续膨胀或收缩很慢，这样在陶瓷层和钢管之间出现间隙而此时的陶瓷层受到离心力的作用，加上高温时陶瓷层强度较低，结果陶瓷层萌生张应力，出现无规则的网状裂纹。冷却到较低温度时，由于钢管热膨胀系数比陶瓷层大，钢管将以较快的速度收缩，间隙逐渐减小并消失，最后对陶瓷层产生压迫作用，当压应力超过陶瓷层的承受能力时，陶瓷层将产生压裂纹。6.2～7.7％的Ce₂O₃的加入，可以细化Al₂O₃陶瓷层，提高陶瓷层强韧性，防止陶瓷层开裂和剥落。

此外，为了进一步降低陶瓷层内应力，本发明在用镁条与镁粉引火点燃混合物料，反应15～20分钟后，将离心机转速降至850～900rpm，在此转速下，继续冷却25～30分钟，将离心机停机，并将钢管入炉加热至320～360℃，保温8～10小时后，炉冷至温度低于120℃，出炉空冷至室温，可以降低内应力，使耐磨耐蚀复合钢管具有优异的综合性能。

实施例1

一种耐磨耐蚀复合钢管的制备方法，具体按照以下步骤实施：

①先在内径Φ200mm、壁厚15mm、长度3000mm的无缝钢管1内表面沿圆周方向加工出宽度8mm、深度3mm的凹槽，凹槽间距28mm，并在无缝钢管内表面及其凹槽处，涂覆厚度0.8～1.0mm的硼砂水溶液，硼砂水溶液中硼砂与水的质量百分比为1:1，然后将无缝钢管加热至680℃，保温3小时后，置于卧式离心机上，然后开动离心机，并将离心机转速调至1150rpm，然后将温度为1487℃的高铬铸铁铁水，浇入卧式离心机上的无缝钢管内，高铬铸铁铁水的化学组成及其质量百分数为2.54C，26.95Cr，0.94B，1.41Si，0.78Mn，2.26V，1.74Ni，1.10Al，0.08Ti，0.07Ta，0.06N，0.025S，0.031P，余量Fe。高铬铸铁铁水凝固后，降低离心机转速至230rpm，无缝钢管内表面高铬铸铁2的单边厚度控制在25～28mm；

②将铝粉和Fe₂O₃粉按质量百分比1:1.8的比例混合，再向混合好的粉末中加入其总质量6.2％的Ce₂O₃和2.8％的Na₂B₄O₇颗粒，铝粉和Fe₂O₃粉的尺寸为60～130μm，Ce₂O₃和Na₂B₄O₇颗粒的尺寸为0.8～1.5mm，将铝粉和Fe₂O₃粉及Ce₂O₃和Na₂B₄O₇颗粒混合均匀后置于干燥箱中，在120℃下干燥3小时得到混合物料。当步骤①中无缝钢管1内表面的高铬铸铁层2温度降至220～230℃时，将混合物料充填至无缝钢管1内表面的高铬铸铁2层上，并将离心机转速调高至1250rpm，使混合物料在高铬铸铁层2表面均匀分布，并将混合物料的厚度控制在3.5mm；

③待混合物料在高铬铸铁表面分布均匀后，用镁条与镁粉引火点燃混合物料，反应15分钟后，将离心机转速降至900rpm，在此转速下，继续冷却25分钟，将离心机停机，并将钢管入炉加热至320℃，保温10小时后，炉冷至温度低于120℃，出炉空冷至室温，即可获得耐磨耐蚀复合钢管。

实施例2：

一种耐磨耐蚀复合钢管的制备方法，具体按照以下步骤实施：

①先在内径Φ600mm、壁厚65mm、长度6000mm的无缝钢管1内表面沿圆周方向加工出宽度12mm、深度5mm的凹槽，凹槽间距36mm，并在无缝钢管内表面及其凹槽处，涂覆厚度1.0～1.2mm的硼砂水溶液，硼砂水溶液中硼砂与水的质量百分比为1:1，然后将无缝钢管加热至800℃，保温2小时后，置于卧式离心机上，然后开动离心机，并将离心机转速调至1050rpm，然后将温度为1453℃的高铬铸铁铁水，浇入卧式离心机上的无缝钢管内，高铬铸铁铁水的化学组成及其质量百分数为2.62C，28.30Cr，0.88B，1.57Si，0.69Mn，2.43V，1.66Ni，1.24Al，0.09Ti，0.05Ta，0.08N，0.019S，0.028P，余量Fe。高铬铸铁铁水凝固后，降低离心机转速至180rpm，无缝钢管内表面高铬铸铁2的单边厚度控制在25～30mm；

②将铝粉和Fe₂O₃粉按质量百分比1:1.8的比例混合，再向混合好的粉末中加入其总质量7.7％的Ce₂O₃和2.5％的Na₂B₄O₇颗粒，铝粉和Fe₂O₃粉的尺寸为60～130μm，Ce₂O₃和Na₂B₄O₇颗粒的尺寸为0.8～1.5mm，将铝粉和Fe₂O₃粉及Ce₂O₃和Na₂B₄O₇颗粒混合均匀后置于干燥箱中，在150℃下干燥2小时得到混合物料。当步骤①中无缝钢管内表面的高铬铸铁层2温度降至250～270℃时，将混合物料充填至无缝钢管1内表面的高铬铸铁层2上，并将离心机转速调高至1200rpm，使混合物料在高铬铸铁层2表面均匀分布，并将混合物料的厚度控制在4.5mm；

③待混合物料在高铬铸铁2表面分布均匀后，用镁条与镁粉引火点燃混合物料，反应20分钟后，将离心机转速降至850rpm，在此转速下，继续冷却30分钟，将离心机停机，并将钢管入炉加热至360℃，保温8小时后，炉冷至温度低于120℃，出炉空冷至室温，即可获得耐磨耐蚀复合钢管。

实施例3

一种耐磨耐蚀复合钢管的制备方法，具体按照以下步骤实施：

①先在内径Φ350mm、壁厚40mm、长度4500mm的无缝钢管1内表面沿圆周方向加工出宽度10mm、深度4mm的凹槽，凹槽间距32mm，并在无缝钢管内表面及其凹槽处，涂覆厚度0.9～1.1mm的硼砂水溶液，硼砂水溶液中硼砂与水的质量百分比为1:1，然后将无缝钢管加热至750℃，保温3小时后，置于卧式离心机上，然后开动离心机，并将离心机转速调至1100rpm，然后将温度为1471℃的高铬铸铁铁水，浇入卧式离心机上的无缝钢管内，高铬铸铁铁水的化学组成及其质量百分数为2.34C，26.07Cr，1.03B 1.22Si，0.95Mn，2.17V，1.80Ni，1.07Al，0.06Ti，0.08Ta，0.04N，0.023S，0.035P，余量Fe。高铬铸铁铁水凝固后，降低离心机转速至200rpm，无缝钢管1内表面高铬铸铁2的单边厚度控制在26～30mm；

②将铝粉和Fe₂O₃粉按质量百分比1:1.8的比例混合，再向混合好的粉末中加入其总质量6.9％的Ce₂O₃和2.6％的Na₂B₄O₇颗粒，铝粉和Fe₂O₃粉的尺寸为60～130μm，Ce₂O₃和Na₂B₄O₇颗粒的尺寸为0.8～1.5mm，将铝粉和Fe₂O₃粉及Ce₂O₃和Na₂B₄O₇颗粒混合均匀后置于干燥箱中，在140℃下干燥3小时得到混合物料。当步骤①中无缝钢管内表面的高铬铸铁层2温度降至240～260℃时，将混合物料充填至无缝钢管1内表面的高铬铸铁层2上，并将离心机转速调高至1230rpm，使混合物料在高铬铸铁层2表面均匀分布，并将混合物料的厚度控制在4.2mm；

③待混合物料在高铬铸铁2表面分布均匀后，用镁条与镁粉引火点燃混合物料，反应18分钟后，将离心机转速降至880rpm，在此转速下，继续冷却28分钟，将离心机停机，并将钢管入炉加热至340℃，保温9小时后，炉冷至温度低于120℃，出炉空冷至室温，即可获得耐磨耐蚀复合钢管。

本发明制备得到的耐磨耐蚀复合钢管中的高铬铸铁与无缝钢管基体实现了良好的冶金结合，且高铬铸铁硬度高，耐磨耐蚀性能好。此外，复合钢管内衬陶瓷层与高铬铸铁实现良好的结合，且陶瓷层厚度控制在2mm以上，具有优异的耐磨耐蚀性。本发明耐磨耐蚀复合钢管用于制造矿山输送矿浆管道，在相同使用条件下，其使用寿命比无缝钢管提高34倍以上，比高铬铸铁提高3.5倍以上，具有优异的耐磨耐蚀性，推广应用具有良好的经济和社会效益。

Claims (10)

1.一种耐磨耐蚀复合钢管的制备方法，其特征在于，首先在无缝钢管内表面复合高铬铸铁，再在高铬铸铁表面复合耐磨耐蚀涂层，耐磨耐蚀涂层表层是陶瓷层，靠近高铬铸铁侧是铬合金铸铁层。

2.根据权利要求1所述的一种耐磨耐蚀复合钢管的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：

步骤1，将无缝钢管置于卧式离心机上，设置离心机转速为1050～1150rpm，将温度为1453～1487℃的高铬铸铁铁水，浇入卧式离心机上的无缝钢管内，高铬铸铁铁水凝固后，降低离心机转速至180～230rpm；

步骤2，当无缝钢管内表面的高铬铸铁温度降至220～270℃时，将由铝粉、Fe₂O₃粉、Ce₂O₃颗粒和Na₂B₄O₇颗粒组成的混合物料充填至无缝钢管内表面的高铬铸铁上，并将离心机转速调高至1200～1250rpm，使混合物料在高铬铸铁表面均匀分布；

步骤3，待混合物料在高铬铸铁表面分布均匀后，点燃混合物料，反应15～20分钟后，将离心机转速降至850～900rpm，在此转速下，继续冷却25～30分钟；将离心机停机，并将钢管入炉加热至320～360℃，保温8～10小时后，炉冷至温度低于120℃，出炉空冷至室温，即可获得耐磨耐蚀复合钢管。

3.根据权利要求2所述的一种耐磨耐蚀复合钢管的制备方法，其特征在于，所述无缝钢管内表面沿圆周方向加工有凹槽，凹槽宽度为8～12mm，深度为3～5mm，凹槽间距28～36mm。

4.根据权利要求2或3所述的一种耐磨耐蚀复合钢管的制备方法，其特征在于，所述步骤1中浇入高铬铸铁铁水前，无缝钢管内表面涂覆厚度0.8～1.2mm的硼砂水溶液，硼砂水溶液中硼砂与水的质量百分比为1:1。

5.根据权利要求2所述的一种耐磨耐蚀复合钢管的制备方法，其特征在于，所述步骤1中浇入高铬铸铁铁水前，将无缝钢管加热至680～800℃，保温2～3小时。

6.根据权利要求2所述的一种耐磨耐蚀复合钢管的制备方法，其特征在于，所述步骤1中高铬铸铁铁水的化学组成及其质量百分数为2.34～2.62C，26.07～28.30Cr，0.88～1.03B，1.22～1.57Si，0.69～0.95Mn，2.17～2.43V，1.66～1.80Ni，1.07～1.24Al，0.06～0.09Ti，0.05～0.08Ta，0.04～0.08N，<0.03S，<0.04P，余量Fe，以上组分质量百分数之和为100％。

7.根据权利要求2所述的一种耐磨耐蚀复合钢管的制备方法，其特征在于，所述步骤2中铝粉和Fe₂O₃粉的质量百分比1:1.8，Ce₂O₃颗粒的用量为铝粉和Fe₂O₃粉混合粉末总质量的6.2～7.7％，Na₂B₄O₇颗粒的用量为铝粉和Fe₂O₃粉混合粉末总质量的2.5～2.8％。

8.根据权利要求2所述的一种耐磨耐蚀复合钢管的制备方法，其特征在于，所述步骤2中铝粉和Fe₂O₃粉的尺寸为60～130μm，Ce₂O₃和Na₂B₄O₇颗粒的尺寸为0.8～1.5mm。

9.根据权利要求2所述的一种耐磨耐蚀复合钢管的制备方法，其特征在于，所述步骤2中所述铝粉、Fe₂O₃粉、Ce₂O₃颗粒和Na₂B₄O₇颗粒混合后在120～150℃下干燥2-3小时。

10.一种耐磨耐蚀复合钢管，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的一种耐磨耐蚀复合钢管的制备方法制备得到。