CN110125613B - 一种基于高碳高铬钢的耐磨管道制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于高碳高铬钢的耐磨管道制备方法，所述方法包括将所述耐磨管道制成双层构造，其中内层管道由两段或更多段耐磨短管顺序相接而成。本发明的步骤包括：制备外层保护管；制备内层耐磨管；以及将多段内层耐磨管安装于所述外层保护管内。本发明中在制备耐磨内管时，采用高碳高铬钢进行内管的分段制备，可以大大延长管道的使用寿命，使管道的性价比提高2倍以上；也容易实现大批量生产，质量稳定可靠，安全性能高。

Description

一种基于高碳高铬钢的耐磨管道制备方法

技术领域

本发明涉及用于混凝土泵车的耐磨管道制备领域，特别是一种基于高碳高铬钢的耐磨管道制备方法。

背景技术

随着建筑行业的发展，混凝土的灌注不再采用原始的人工方法，而是通过大型的混凝土泵车进行灌注，采用大型混凝土泵车进行混凝土灌注效率高、速度快能够大大缩短建筑工期。

混凝土泵车中由于输送的混凝土中含有砂石，并且混凝土的输送都是在高压条件下进行的，所以对混凝土泵送管道的耐磨性要求非常高。现有的普通混凝土耐磨泵送管道仅为5000-8000立方左右，几乎每月都需要更换。

有些生产厂商为了提高管道的使用寿命采取了增加耐磨管道壁厚的方式。

然而，由于混凝土泵车在输送过程中，需要将多级的管道支架伸展开来，延伸到需要进行混凝土灌注的目标区域，而目标区域通常不会在泵车车体上方，而往往位于混凝土泵车的车体斜上方方向，所以耐磨管道自身的重量通过混凝土泵车伸展支架传导之后会形成强大的力矩，国内已经发生多起混凝土泵车在混凝土泵送过程中倒塌造成人员伤亡的案例。混凝土泵送管道为了增加耐磨性，其自身材料密度往往很高，每增加1mm的管壁厚度，其单位长度(1m)的自身重量就会大幅增加，在管道长度达到几十米、上百米之后，其所产生的重量和力矩是不容小视的。

因此，能够提供高耐磨性、重量轻、管壁薄的耐磨管道一直是耐磨管道制备领域在孜孜以求却又很难实现的目标，因为重量轻、管壁薄的耐磨管往往耐磨性差，而提高耐磨性必然会增加管壁重量。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种高耐磨性、重量轻、管壁薄的耐磨直管。

发明原理

申请人在对耐磨管道的不断研发实验过程中，发现高碳高铬钢(尤其是高碳高铬轴承钢)是具有高耐磨性的材料，因此尝试将高碳高铬钢，比如轴承钢引入到耐磨管道中。

研发过程中，申请人注意到高碳高铬钢的材料硬度过高，脆性大，壁厚较薄的管道只能通过铸造的方式铸成管道，而铸造高碳高铬钢管道的成本极高，举例而言，铸造而成的高铬铸铁管道，以厚度为2.5mm为例，每米的成本大概在600元以上，这种成本的情况下根本无法实现量产以及市场的推广。

申请人在对高碳高铬钢直管进行实验研究过程中了解到，本领域中对高碳高铬钢存在这样的一个共识，就是高碳高铬钢“脆性大、焊接性能差”“不能轧制板材”。这并不是说本领域技术人员认为高碳高铬钢完全不可以焊接，而是目前现有的各大钢厂的现有设备对高碳高铬钢在利用钢坯进行轧制时，所能轧制的钢板宽度有限，高碳高铬钢的轧板的宽度一般不能超过300mm，若需要轧压出宽度超过300mm的高碳高铬钢钢板，需要投入十几亿设备进行改造。

而目前混凝土泵车的耐磨管道的直径在110-130mm，而且耐磨管道的直径是有统一标准的，管道过细则无法与泵车匹配。混凝土泵车的耐磨管道内径要达到124mm，这样如果采用钢板弯管，板的宽度至少需要达到400mm，而以目前现有钢厂的生产能力根本无法制备出400mm宽度的高碳高铬钢板。

本申请中所提到的高碳高铬钢包括：碳含量高于0.8％，铬含量高于1.3％的合金钢；本申请中所提到的高碳高铬钢优选为高碳高铬钢为高碳高铬轴承钢如GCr15。

因此，本申请的发明人另辟蹊径，提出了本发明的方法，既可以在现有高碳高铬钢板的基础上实现耐磨管道的制备，又不会增加成本，也不需要铸造管道。

具体而言，本发明提供一种基于高碳高铬钢的耐磨管道制备方法，其特征在于，所述方法包括将所述耐磨管道制成双层构造，其中内层管道由两段或更多段耐磨短管顺序相接而成。

优选地，所述耐磨管道制备方法包括下述步骤：

步骤S1、制备外层保护管；

步骤S2、制备内层耐磨管，

其中，制备内层耐磨管的步骤S2包括：

步骤S2.1、制备或获取高碳高铬钢的钢板；

步骤S2.2、对所述高碳高铬钢的钢板进行热处理；

步骤S2.3、对热处理后的钢板按预定尺寸进行裁切；

步骤S2.4、对裁切后的钢板以其长边为管道的圆周，以其短边为管道的长度，利用弯管机将其弯曲成管状；

步骤S2.5、将弯成管状的钢板的两端焊接在一起，作为一段内层耐磨管，重复步骤S2.1-S2.5，制备多段内层耐磨管，

步骤S3、将多段内层耐磨管安装于所述外层保护管内。

优选地，所述耐磨管道制备方法还包括下述步骤：

步骤S4、在所述外层保护管两端分别安装耐磨法兰，所述耐磨法兰包括外层保护法兰和内层耐磨层。

优选地，所述方法还包括所述外层保护管和所述内层耐磨管的管壁厚度之和小于等于5.5mm，优选小于等于4.5mm。

优选地，所述外层保护管的管壁厚度为1.6-2.2mm，所述内层耐磨管的管壁厚度为2.4-3.5mm。

优选地，所述高碳高铬钢包括含碳量高于0.8的高碳钢或者的高铬钢或者铬含量高于1.3的合金钢。

优选地，所述耐磨管道制备方法中的步骤S3包括将多段内层耐磨管依次从所述外层保护管的一端压入所述外层保护管内。

优选地，所述耐磨管道制备方法中的步骤S3包括在将多段内层耐磨管依次从所述外层保护管的一端压入所述外层保护管内之前，对所述内层耐磨管进行预处理。优选地，所述预处理指的是在内层耐磨管外侧刷一层水泥浆。

在另一种优选实现方式中，所述方法还包括制备所述内层耐磨管使其至少包括左端部内管段、右端部内管段以及一个或多个中部内管段。

在另一种优选实现方式中，所述方法还包括对于左端部内管段和右端部内管段，利用整体铸造方式铸造出长度在20-50mm范围内的高碳高铬钢管，对于中部内管段，采用上述方式利用板材弯制并焊接形成长度为150-350mm范围内的高碳高铬钢管，优选150mm-280mm。

在另一种优选实现方式中，所述方法还包括设置耐磨连接法兰，所述耐磨连接法兰设置于所述保护外管和所述分段式异质耐磨内管所组成的嵌套双层管的两端。

在另一种优选实现方式中，所述保护外管为焊接钢管，所述焊接钢管沿纵轴方向焊接在一起。

在另一种优选实现方式中，所述耐磨连接法兰的内部设置有耐磨套。

在另一种优选实现方式中，所述的保护外管可以为无缝钢管。

在另一种优选实现方式中，所述耐磨内管包括入口处耐磨内管段、一个或多个中部耐磨内管段、出口处耐磨内管段，所述方法包括制备高碳高铬铸造管用作入口处和出口处耐磨内管段，制备高碳高铬锻压弯制管作为中部耐磨内管段。每个所述入口处耐磨内管段和每个所述出口处耐磨内管段的长度为20mm-45mm，每个中部耐磨内管段的长度为200mm-500mm。优选小于300mm。

如上面所提到的，目前钢厂均难以生产出宽度能够达到400mm的高碳高铬钢(比如，轴承钢GCr15)的板材，或者若需要生产出这样的板材，需要投入数十亿资金进行改造升级。

所以，本发明中，利用宽度小于300mm的板材，通过裁切，裁切长度为380-400mm的钢板，对裁切后的钢板的方向进行调整，将裁切后的长度方向作为圆周，以板材的宽度作为管的长度，利用弯管机将其弯曲成管状。既保证了高碳高铬合金钢管道的制备，又不需要对设备进行改造。

本发明另辟蹊径，解决了目前人们在耐磨管道制备过程中，只能采用铸造高碳高铬钢管的问题，实现了高碳高铬钢在耐磨管道中的有效应用。

本发明为了实现耐磨双层直管便于与其它部件顺畅连接的功能，设有耐磨连接法兰；它由法兰与耐磨套组成；耐磨套安装在法兰内部。

由于采用了以上技术方案，本发明较好的实现了其目的，本发明的分段式高耐磨双层直管虽然主要用于混凝土输送，但不排除其可以用于电力、冶金、煤炭、石油、化工、建材、机械等行业输送流体状态物料的输送连接直管结构。

本发明把耐磨层设计为多段式结构，并且在优选实现方式中，将端部的耐磨管设计成铸造管，而中间的耐磨管设计成高碳高铬管，既降低了成本，又有效延长了管道的使用寿命，既消除了耐磨内管在铸造过程中受铸造长度条件的影响，又能给耐磨内管的安装带来诸多便利，同时也不影响直管的使用寿命，特别是异质的设计，通过设置更佳耐磨性能的端管，解决了直管进口处易磨损的问题。

附图说明

图1是本发明的双层耐磨直管制备方法的示意性流程图；

图2是本发明方法所制备的耐磨直管一个实例的整体结构示意图。

图3是内层耐磨管制备过程中，高碳高铬钢板弯管后的结构示意图。

图4是内层耐磨管组合在一起后的结构示意图，其中端部两端部采用20-50mm的铸管，中间采用200-500mm的高碳高铬钢管。

图5是耐磨连接法兰2的剖面结构示意图。

图6是本发明的耐磨直管的横截面结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明进行详细说明，但并不因此将本发明的保护范围限制在实施例描述的范围之中。

实施例1：

如图1所示，本实施例的方法包括下述步骤：

步骤S1、制备外层保护管。

本发明为了保护分段式异质耐磨内管不会在直管运输、安装及使用过程中受外力碰撞、击打变形，以及受到内部物料冲击力而导致变形甚至损坏，设有保护外管，保护外管可以采用焊接钢管或无缝钢管。保护外管可以由低合金钢或中低碳钢材料制成。

步骤S2、制备内层耐磨管。

这是本发明的核心步骤，内管的制备过程又包括如下详细步骤：

制备或获取高碳高铬钢的板材。

钢锭生产出来之后要想加工成目标工件，需要对钢锭进行进一步加工，通常采用的加工方式主要有铸造、锻造、轧制等方式。

铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。

锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。

在钢材的生产过程中，铸造的成本是锻造的两倍左右，但是，高碳高铬钢，比如GCr15，硬度高、锻造难度大，目前钢厂仅能生产出300mm宽度以下的钢板，一旦宽度超过300mm就会出现废品率高、锻造开裂等质量问题。

基于这种现状，目前尚没有任何厂家能够将高碳高铬钢的锻造板应用到管道的制备当中。现有耐磨管道中采用的高碳高铬钢管，比如GCr15钢管，都是通过铸造的方式铸造成型的，成本过高。

而本申请的发明人在对高碳高铬钢的板材进行不断实验过程中发现，高碳高铬钢板并非完全不可弯制成管，而是需要采用特殊的方式进行弯制，并且弯制前要进行热处理，弯制后要采用热熔焊进行焊接。

首先，可以从钢厂购买已经锻造好的钢板，然后将钢板进行热处理，热处理采用球代退火的方式进行，球化退火的温度在750-800摄氏度。

通过球化退火后，板材的性能已经可以满足弯管机弯管，热处理后的钢板沿其长度方向进行截取，每段长度为380-400mm之间，每段长度相同，接下来对裁切后的板材以其长边为管道的圆周，以其短边为管道的长度，利用弯管机将其弯曲成管状。

然后，将弯成管状的钢管进行加热，使其两端达到熔融状态，以对两端进行热熔焊，将两个端部焊接在一起，作为一段内层耐磨管，重复该步骤，制备多段内层耐磨管。本实施例中，焊接的方式采用氩弧焊或者激光焊等焊接方法。

接下来，进行步骤S3、将多段内层耐磨管安装于所述外层保护管内。优选地，所述外层保护管的管壁厚度为1.6-2.2mm，所述内层耐磨管的管壁厚度为2.4-3.5mm。

本实施例中，安装时，将外层保护管竖直放置，将多段内层耐磨管依次从所述外层保护管的一端压入所述外层保护管内。

再将内层耐磨管安装到外层保护管内之后，在外层保护管两端分别安装耐磨法兰，所述耐磨法兰包括外层保护法兰和内层耐磨层。

本实施例中，外层保护管和所述内层耐磨管的管壁厚度之和小于等于5.5mm，优选小于等于4.5mm。

耐磨实验

本发明方法所制备的耐磨管道的耐磨性能远超过现有的管道。

下表中申请人通过耐磨实验对耐磨管道的耐磨性能进行说明。

耐磨实验是通过将耐磨管道安装到混凝土输送泵车上，并以预定压力进行混凝土泵送来进行的。

从上面的实验可以看出，本发明的方法能够提高1倍的直管使用寿命。这是耐磨直管领域的颠覆性改进。

对比例

实际上在实验的过程中，由于高碳高铬钢的硬度高、脆性大，其弯管的过程困难重重，最主要的问题在于，高碳高铬合金钢在弯管的过程中，容易出现开裂，在焊接的过程中，容易出现崩口的现象。这些主要发生在内管的制备过程中，因此，这里仅着重描述内管的制备过程作为对比。

通过锻造、机加工，获取长度为1000mm、宽度为390mm的高碳高铬管钢板。

在750-800摄氏度的条件下，对高碳高铬合金钢板进行球化退火。

对退火后的高碳高铬钢板通过弯管机弯管沿其宽度方向进行弯管，完成直径为124mm的环形。

然后，将弯成管状的钢板进行焊接加热，使其两端达到熔融状态，以对两端进行热熔焊，将两端焊接在一起，作为一段内层耐磨管。本实施例中，焊接的方式采用氩弧焊或激光焊。

本实施例中的制造方法与实施例1完全相同，但是，所获得的耐磨管道的成品率却极低，主要的缺陷包括两种，一种是在弯管过程中，钢板自身出现开裂，另一种是焊接后焊缝处出现崩口和焊缝开裂。

但是，申请人发现，随着将高碳高铬的钢板的长度减小，当高碳高铬铸铁的钢板长度短于400mm之后，成品率会显著上升，而当将长度缩短至300mm时，成品率可以达到90％以上，也就是说，降低弯管的长度能够显著降低高碳高铬钢板弯管的成功率。

由于高碳高铬的钢板(GCr15)目前尚无法生产出宽度大于300mm的板料，随后，申请人采用高碳高铬的钢板进行300mm以下部分的实验。发现高碳高铬的板材285mm采用本发明的方法进行弯管时，成品率也可以达到90％以上。

虽然上面结合本发明的优选实施例对其原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于高碳高铬钢的耐磨管道制备方法，其特征在于，所述方法包括将所述耐磨管道制成双层构造，其中内层管道由两段或更多段耐磨短管顺序相接而成，所述耐磨管道制备方法包括下述步骤：

步骤S1、制备外层保护管；

步骤S2、制备内层耐磨管，

其中，制备内层耐磨管的步骤S2包括：

步骤S2.1、制备或获取高碳高铬钢的钢板，所述高碳高铬钢包括含碳量高于0.8％并且铬含量高于1.0％的高铬钢，所述高碳高铬钢为高碳高铬轴承钢GCr15，钢板宽度为285-350mm；

步骤S2.2、对所述高碳高铬钢的钢板进行热处理，热处理采用球代退火的方式进行，球化退火的温度在750-800摄氏度；

步骤S2.3、热处理后的钢板沿其长度方向进行截取，每段长度为380-400mm之间，每段长度相同；

步骤S2.4、对裁切后的钢板以其长边为管道的圆周，以其短边为管道的长度，利用弯管机将其弯曲成管状；

步骤S2.5、将弯成管状的钢板的两端焊接在一起，作为一段内层耐磨管，重复步骤S2.1-S2.5，制备多段内层耐磨管，

步骤S3、将多段内层耐磨管安装于所述外层保护管内，

其中，所述方法还包括对于左端部内管段和右端部内管段，利用整体铸造方式铸造出长度在20-50mm范围内的高碳高铬钢管，对于中部内管段，采用上述方式利用板材弯制并焊接形成长度为285-350mm范围内的高碳高铬钢管。

2.根据权利要求1所述的基于高碳高铬钢的耐磨管道制备方法，其特征在于，所述耐磨管道制备方法还包括下述步骤：

步骤S4、在所述外层保护管两端分别安装耐磨法兰，所述耐磨法兰包括外层保护法兰和内层耐磨套。

3.根据权利要求1所述的基于高碳高铬钢的耐磨管道制备方法，其特征在于，所述外层保护管和所述内层耐磨管的管壁厚度之和小于等于5.5mm。

4.根据权利要求1所述的基于高碳高铬钢的耐磨管道制备方法，其特征在于，所述外层保护管和所述内层耐磨管的管壁厚度之和小于等于4.5mm。

5.根据权利要求4所述的基于高碳高铬钢的耐磨管道制备方法，其特征在于，所述外层保护管的管壁厚度为1.6-2.2mm，所述内层耐磨管的管壁厚度为2.4-3.5mm。

6.根据权利要求1所述的基于高碳高铬钢的耐磨管道制备方法，其特征在于，所述耐磨管道制备方法中的步骤S3包括将多段内层耐磨管依次从所述外层保护管的一端压入所述外层保护管内。

7.根据权利要求1所述的基于高碳高铬钢的耐磨管道制备方法，其特征在于，所述耐磨管道制备方法中的步骤S3包括在将多段内层耐磨管依次从所述外层保护管的一端压入所述外层保护管内之前，对所述内层耐磨管进行预处理。

8.一种采用权利要求1-7中任意一项所述方法制备的基于高碳高铬钢的耐磨管道。

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