一種三層雙金屬離心澆鑄耐磨管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及鋼管制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三層雙金屬離心澆鑄耐磨管及其制 備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙金屬離心澆鑄復(fù)合管是近年快速發(fā)展的一種工程管道，在船舶、疏浚、采礦、水 泥等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。通常情況下，雙金屬離心澆鑄復(fù)合管的內(nèi)層由耐磨性和耐腐蝕 性較高的高鉻鑄鐵組成，而外層則由強(qiáng)韌性較大的合金鋼或低碳鋼組成。相比傳統(tǒng)的單金 屬管材，雙金屬離心澆鑄復(fù)合管因?yàn)榧婢吡藦?qiáng)韌性大、耐磨性高和耐腐蝕性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)而具 有更長的服役壽命。
[0003] 然而，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)雙金屬離心澆鑄復(fù)合管的外層管 在一些特殊服役環(huán)境下仍具有較低的服役壽命。例如，當(dāng)雙金屬復(fù)合管的外層管為不銹鋼 材質(zhì)時，因?yàn)椴讳P鋼具有較低的耐磨性使得不銹鋼外層管在粉料沖擊和流體沖刷下易于發(fā) 生磨損失效;而當(dāng)外層管為低碳鋼或低合金鋼時，因其具有較低的耐腐蝕性使得外層管在 濕熱氣氛下易于發(fā)生腐蝕失效。為了克服上述問題，在實(shí)際生產(chǎn)中常用的方法為增加外層 管的厚度，而這無疑增加了管材的制造成本。因此，在保證雙金屬復(fù)合管強(qiáng)韌性及耐磨性的 前提下，盡可能的提高復(fù)合管外層金屬的耐磨性及耐腐蝕性是提高復(fù)合管服役壽命的一個 重要發(fā)展方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有雙金屬離心澆鑄復(fù)合管外層易磨損、易腐蝕的問題， 提供一種三層雙金屬離心澆鑄耐磨管及其制備方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] -種三層雙金屬離心澆鑄耐磨管，包括內(nèi)層、中間層和外層，所述內(nèi)外層均為高鉻 鑄鐵材質(zhì)，中間層為低碳鋼或不銹鋼或低合金鋼材質(zhì)。
[0007] 如前所述三層雙金屬離心澆鑄耐磨管的制備方法，包括以下步驟:a分別將高鉻鑄 鐵、低碳鋼或不銹鋼或低合金鋼熔煉成金屬液，依次進(jìn)行去渣、脫氧處理并在預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行 保溫，b在模筒內(nèi)壁噴涂防護(hù)層并預(yù)熱，c將低碳鋼或不銹鋼或低合金鋼金屬液倒入旋轉(zhuǎn)的 模筒內(nèi)離心澆鑄中間層，d將高鉻鑄鐵金屬液倒入旋轉(zhuǎn)的模筒內(nèi)離心澆鑄內(nèi)層和外層，e逐 步降低模筒轉(zhuǎn)速完成澆鑄。
[0008] 優(yōu)選的，步驟a所述預(yù)設(shè)溫度為1500-1700°c。
[0009]優(yōu)選的，步驟b噴涂防護(hù)層前先將模筒加熱至300°C并保持300轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速，所述 防護(hù)層為鋯英砂隔離層，噴涂完成后停止轉(zhuǎn)動模筒并將其置于500°C下保溫lh。
[0010] 優(yōu)選的，步驟c、d離心澆注時模筒的轉(zhuǎn)速為343-437轉(zhuǎn)/min。
[0011] 優(yōu)選的，步驟d離心澆鑄內(nèi)層和外層前需將中間層冷卻至特定溫度T，所述特定溫 度T由下式?jīng)Q定
[0012]
[0013] 式中To-一低碳鋼或不銹鋼或低合金鋼的熔點(diǎn)；
[0014] d一一耐磨管高鉻鑄鐵外層的厚度；
[0015] Do--模筒內(nèi)徑，Do不小于400mm;
[0016] a一一低碳鋼或不銹鋼或低合金鋼的線膨脹系數(shù)；
[0017] η一一修正系數(shù)，η的值在〇. 8-1.3之間。
[0018]優(yōu)選的，步驟d中高鉻鑄鐵金屬液從模筒另一端倒入，澆鑄完成5min后調(diào)節(jié)模筒轉(zhuǎn) 速至250轉(zhuǎn)/min并保持5min。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：1.采用雙液雙金屬離心澆鑄實(shí)現(xiàn)了 三層復(fù)合耐磨管的制備，工藝簡單、成材率高、實(shí)用性強(qiáng);2.高鉻鑄鐵在氧化性腐蝕氣氛中， 其表面能生成一層很薄且附著致密的氧化膜，從而使制備的耐磨管具有很高的耐腐蝕性 能；3.高鉻耐蝕鑄鐵屬于白口鑄鐵，其硬度較高，而且耐熱性也很好。因此三層雙金屬離心 澆鑄耐磨管的外表面由高鉻鑄鐵金屬層包覆時，管材不但耐腐蝕性好，還有優(yōu)異的抗固液 兩相流沖蝕磨損性能。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明三層雙金屬離心澆鑄耐磨管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的三層雙金屬離心澆鑄耐磨管實(shí)物剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施 例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā) 明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023]本發(fā)明耐磨管中間層材料可以為低碳鋼、不銹鋼、低合金鋼中的一種以及其他性 質(zhì)類似鋼材。模筒尺寸Do可依據(jù)實(shí)際情況確定，其內(nèi)徑一般不低于400mm，計算特定溫度T的 修正系數(shù)在0.8-1.3范圍內(nèi)，其具體數(shù)值由實(shí)驗(yàn)確定。
[0024] 實(shí)施例1
[0025] a熔煉金屬液及前處理。將高鉻鑄鐵和低碳鋼廢料分別置于兩個電爐中單獨(dú)熔煉， 待高鉻鑄鐵和低碳鋼金屬完全熔化后對金屬液分別進(jìn)行去渣和脫氧處理，隨后調(diào)整電爐加 熱功率將高鉻鑄鐵和低碳鋼金屬液的溫度分別控制在1540 °C和1640 °C
[0026] b模筒噴涂及預(yù)熱。將內(nèi)壁清理干凈的模筒置于電阻爐中加熱，待模筒溫度達(dá)到 300 °C時將模筒吊至離心機(jī)滾輪上。開啟電機(jī)使模筒的轉(zhuǎn)速保持在300轉(zhuǎn)/分鐘，隨后向模筒 內(nèi)噴涂鋯英砂隔離層。噴涂結(jié)束后關(guān)停模筒驅(qū)動電機(jī)，將模筒吊裝至電阻爐中于500°C保溫 一小時進(jìn)行烘烤處理。
[0027] c離心澆鑄中間層。在熔煉金屬以及預(yù)熱模筒的同時，對澆包也進(jìn)行烘烤預(yù)熱處 理。將預(yù)熱好的模筒從電阻爐中吊至離心機(jī)滾輪上，開啟電機(jī)使模筒的轉(zhuǎn)速保持在343轉(zhuǎn)/ 分鐘，隨后將電爐中的低碳鋼金屬液倒入預(yù)熱好的澆包中，通過電子稱控制倒入澆包中的 金屬液質(zhì)量為875公斤。最后將澆包中的低碳鋼金屬液倒入旋轉(zhuǎn)的模筒內(nèi)，完成低碳鋼中間 層1的離心澆鑄。
[0028] d離心澆鑄內(nèi)層和外層。通過紅外測溫儀測量轉(zhuǎn)動模筒內(nèi)低碳鋼中間層的溫度，待 低碳鋼中間層溫度降至IlOOtC時，將電爐內(nèi)的高鉻鑄鐵金屬液倒入澆包中，倒入的質(zhì)量為 470公斤。待模筒內(nèi)的低碳鋼中間層溫度降至特定溫度T = 730 °C時，將澆包內(nèi)的高鉻鑄鐵金 屬液倒入旋轉(zhuǎn)的模筒內(nèi)。此時高鉻鑄鐵金屬液將完全覆蓋低碳鋼中間層的內(nèi)表面，并反滲 入低碳鋼中間層和模筒之間的間隙，實(shí)現(xiàn)對低碳鋼中間層外表面進(jìn)行包覆。高鉻鑄鐵金屬 液澆鑄結(jié)束后等待5分鐘，隨后調(diào)低模筒轉(zhuǎn)速至250轉(zhuǎn)/每分鐘并保持5分鐘，接下來逐步調(diào) 低模筒轉(zhuǎn)速，完成耐磨管高鉻鑄鐵內(nèi)層2、外層3的離心澆鑄。
[0029]此處，低碳鋼熔點(diǎn)To= 1450°C，耐磨管高鉻鑄鐵外層的厚度δ = 4mm，模筒內(nèi)徑D0 = 704mm，低碳鋼線膨脹系數(shù)α = 15 X 10-6/°C，修正系數(shù)n = 〇.95,由此計算得到特定溫度T為 730。。。
[0030] 圖1為本發(fā)明制備的三層雙金屬離心澆鑄耐磨管結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明實(shí)施例 1制備的三層雙金屬離心澆鑄耐磨管實(shí)物局部剖面圖。該三層耐磨管的外徑為700mm，長 3500mm，低碳鋼中間層厚度大約為15mm，高絡(luò)鑄鐵內(nèi)層和外層的厚度約為4-4.5mm，高絡(luò)鑄 鐵外層均勻的包覆在低碳鋼中間層的表面，這將極大地改善復(fù)合管外表面的耐磨性及耐腐 蝕性。
[0031] 實(shí)施例2
[0032] a熔煉金屬液及前處理。將高鉻鑄鐵和低碳鋼廢料分別置于兩個電爐中單獨(dú)熔煉， 待高鉻鑄鐵和低碳鋼金屬完全熔化后對金屬液分別進(jìn)行去渣和脫氧處理，隨后調(diào)整電爐加 熱功率將高鉻鑄鐵和低碳鋼金屬液的溫度分別控制在1560°C和1670°C
[0033] b模筒噴涂及預(yù)熱。將內(nèi)壁清理干凈的模筒置于電阻爐中加熱，待模筒溫度達(dá)到 300 °C時將模筒吊至離心機(jī)滾輪上。開啟電機(jī)使模筒的轉(zhuǎn)速保持在300轉(zhuǎn)/分鐘，隨后向模筒 內(nèi)噴涂鋯英砂隔離層。噴涂結(jié)束后關(guān)停模筒驅(qū)動電機(jī)，將模筒吊裝至電阻爐中于500°C保溫 一小時進(jìn)行烘烤處理。
[0034] c離心澆鑄中間層。在熔煉金屬以及預(yù)熱模筒的同時，對澆包也進(jìn)行烘烤預(yù)熱處 理。將預(yù)熱好的模筒從電阻爐中吊至離心機(jī)滾輪上，開啟電機(jī)使模筒的轉(zhuǎn)速保持在385轉(zhuǎn)/ 分鐘，隨后將電爐中的低碳鋼金屬液倒入預(yù)熱好的澆包中，通過電子稱控制倒入澆包中的 金屬液質(zhì)量為860公斤。最后將澆包中的低碳鋼金屬液倒入旋轉(zhuǎn)的模筒內(nèi)，完成低碳鋼中間 層1的離心澆鑄。
[0035] d離心澆鑄內(nèi)層和外層。通過紅外測溫儀測量轉(zhuǎn)動模筒內(nèi)低碳鋼中間層的溫度，待 低碳鋼中間層溫度降至ll〇〇°C時，將電爐內(nèi)的高鉻鑄鐵金屬液倒入澆包中，倒入的質(zhì)量為 555公斤。待模筒內(nèi)的低碳鋼中間層溫度降至特定溫度T = 850 °C時，將澆包內(nèi)的高鉻鑄鐵金 屬液倒入旋轉(zhuǎn)的模筒內(nèi)。此時