專利名稱：一種耐蝕、耐磨微晶玻璃內(nèi)襯復(fù)合鋼管制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐蝕、耐磨微晶玻璃內(nèi)襯復(fù)合鋼管制備方法，屬于無機(jī)涂層及合成石油、化工和冶金等部門的設(shè)備需要大量的耐蝕、耐磨的管道，現(xiàn)有的金屬管材難以滿足上述要求。例如，由于原油的高腐蝕性和其所含泥沙對(duì)管道的磨蝕，其輸送管道需要具有較高的耐蝕、耐磨性能。若選用耐蝕性能優(yōu)越的不銹鋼鋼管，其耐磨性能較差；若選用陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管，其耐磨性能優(yōu)異，但由于裂紋、連通氣孔等缺陷，以及陶瓷層中存在易腐蝕相致使其耐蝕性差，難以滿足使用要求。微晶玻璃具有很高的致密性和良好的耐蝕、耐磨性，制造微晶玻璃內(nèi)襯復(fù)合鋼管是提高產(chǎn)品壽命的有效方法。
1981年日本的Odawara等采用鋁熱-離心法制造陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管，并申請(qǐng)了一系列專利J58188591、J59218841、J59083983、J61079226、J61079777、J62086172、J63089680。其基本原理是Al、Mg等金屬元素與氧化鐵等氧化物發(fā)生劇烈反應(yīng)，在沒有外來熱源的情況下反應(yīng)自動(dòng)蔓延并得到熔融的氧化物陶瓷產(chǎn)物。由于產(chǎn)物的陶瓷相與金屬鐵的比重差異較大且二者互不相溶，在離心力的作用下陶瓷與金屬相互分離并在鋼管內(nèi)表面形成陶瓷層。但是由于難以消除內(nèi)襯層中的裂紋和連通氣孔以及易蝕相，該產(chǎn)品難以滿足耐蝕性能的要求。
本發(fā)明的基本目的是利用鋁熱劑的反應(yīng)產(chǎn)物和熱量，與外加的玻璃熔體一起形成高鋁玻璃熔體，在外界機(jī)械離心力的作用下，在鋼管內(nèi)壁形成致密的高鋁玻璃涂層，通過一定的熱處理，獲得耐蝕、耐磨的微晶玻璃內(nèi)襯復(fù)合鋼管。
本發(fā)明提出的高鋁微晶玻璃內(nèi)襯復(fù)合鋼管制備方法，包括以下步驟(1)將粉狀鋁熱劑(如Fe2O3+Al，CuO+Al等)裝入待涂覆的鋼管中，鋁熱劑加入量與隨后加入的玻璃熔體的重量比為1∶0.4-4，兩者的總加入量與鋼管重量之比為1∶2-4。
(2)將鋼管裝入離心機(jī)，開動(dòng)離心機(jī)并逐漸加速至1200-2000轉(zhuǎn)/分鐘，以使鋁熱劑粉料均勻的貼在鋼管內(nèi)壁。
(3)保持勻速旋轉(zhuǎn)并將玻璃熔體注入鋼管，點(diǎn)燃鋁熱劑，形成的液態(tài)Al2O3+金屬元素，Al2O3與玻璃熔體混溶。在離心力的作用下，金屬與玻璃分層。
(4)保持恒速10-15分鐘，然后逐漸減速。停機(jī)后使鋼管在400～800℃保溫25～50分鐘。冷卻至室溫，即為本發(fā)明制備的耐蝕、耐磨的微晶玻璃內(nèi)襯復(fù)合鋼管。
本發(fā)明制造的微晶玻璃內(nèi)襯復(fù)合鋼管具有良好的耐蝕、耐磨性能。產(chǎn)品耐外部沖擊性能高且易于連接，適于長距離管道輸送。復(fù)合鋼管壓潰強(qiáng)度為280-340MPa，微晶玻璃層的硬度不低于1100HV，最高可達(dá)1500HV，顯氣孔率低于5％。室溫下，在20％H2SO4中的腐蝕失重為0.00037mg/cm2.h～0.00065 mg/cm2.h，比不銹鋼低約4個(gè)數(shù)量級(jí)。
用本發(fā)明制備的復(fù)合鋼管具有鋼管+金屬中間層+微晶玻璃的三層結(jié)構(gòu)。隨鋁熱劑添加量的增加，外層鋼管與中間層由機(jī)械結(jié)合轉(zhuǎn)為冶金結(jié)合。中間層與內(nèi)襯微晶玻璃均為機(jī)械結(jié)合。
本發(fā)明所用鋁熱劑可以是任何高放熱的、能生成Al2O3的反應(yīng)劑(Al粉+氧化物粉)，所用玻璃熔體既可以是任何成分的普通玻璃，也可以是礦渣玻璃。根據(jù)對(duì)耐磨或耐蝕的不同要求，鋁熱劑的加入量與玻璃熔體的重量比可在0.40~4之間變化。
微晶玻璃層中無明顯裂紋，氣孔均為分散的封閉小孔，因而其耐蝕性優(yōu)良。
根據(jù)對(duì)耐蝕、耐磨的不同側(cè)重，可以選擇不同相對(duì)量的鋁熱劑和玻璃熔體，玻璃熔體的成分和種類也可適當(dāng)調(diào)整。
下面介紹本發(fā)明的實(shí)施例。
實(shí)施例1將400g鋁熱劑(Al粉+Fe2O3粉)按化學(xué)配比混合均勻后，裝入內(nèi)徑為φ148mm、長200mm，厚度為5mm的鋼管中。啟動(dòng)離心機(jī)至1700轉(zhuǎn)/分鐘，使鋁熱劑均勻分布于鋼管的內(nèi)壁，在高速旋轉(zhuǎn)的鋼管中用導(dǎo)管加入1200g的熔融鈉硅玻璃，鋁熱劑引燃并生成熔融的Al2O3。在離心力作用下熔融的Al2O3迅速溶入玻璃熔體中形成高鋁玻璃熔體。保持高速旋轉(zhuǎn)10分鐘，然后逐漸減速。停機(jī)后取下鋼管并在750℃保溫45分鐘，爐冷至室溫即可獲得高鋁微晶玻璃復(fù)合鋼管。在鋼管內(nèi)壁形成的微晶玻璃層厚度約7mm，表面光潔無裂紋，硬度為1200HV。微晶玻璃內(nèi)襯鋼管的壓潰強(qiáng)度為310MPa，室溫下在20％H2SO4中的腐蝕失重為0.00037mg/cm2.h。
實(shí)施例2將650g鋁熱劑(Al粉+Fe2O3粉)按化學(xué)配比混合均勻后，裝入內(nèi)徑為φ148mm、長200mm，厚度為5mm的20鋼管中，啟動(dòng)離心機(jī)至1700轉(zhuǎn)/分鐘，使鋁熱劑均勻分布于鋼管的內(nèi)壁，在高速旋轉(zhuǎn)的鋼管中外加300g的熔融鈉硅玻璃，鋁熱劑引燃并生成熔融的Al2O3。在離心力作用下，熔融的Al2O3迅速與玻璃熔體混合形成高鋁玻璃熔體。保持高速旋轉(zhuǎn)10分鐘，然后逐漸減速。停機(jī)后取下鋼管并在450℃保溫25分鐘，即可獲得陶瓷-高鋁微晶玻璃復(fù)合鋼管。在鋼管內(nèi)壁形成的微晶玻璃層以陶瓷相為主，厚度約4mm，表面光潔無裂紋，硬度達(dá)1400HV。用30％SiO2泥漿沖蝕80h，失重率為20鋼管的1/12。
實(shí)施例3將600g鋁熱劑(Al粉+Fe2O3粉)按化學(xué)配比混合均勻后，裝入內(nèi)徑為φ168mm、長200mm，厚度為5mm的20鋼管中，啟動(dòng)離心機(jī)使鋁熱劑均勻分布于鋼管的內(nèi)壁，在高速旋轉(zhuǎn)的鋼管中外加1000g的熔融尾礦玻璃，鋁熱劑引燃并生成熔融的Al2O3。在離心力作用下熔融的Al2O3迅速溶入玻璃熔體中形成高鋁玻璃熔體。保持高速旋轉(zhuǎn)10分鐘，然后逐漸減速。停機(jī)后取下鋼管并在550℃保溫30分鐘，即可獲得高鋁微晶玻璃復(fù)合鋼管。在鋼管內(nèi)壁形成的微晶玻璃層厚度約6mm，表面光潔無裂紋，硬度為1320HV。微晶玻璃內(nèi)襯鋼管的壓潰強(qiáng)度為325MPa，室溫下在30％SiO2泥漿中沖蝕80h，失重率為20鋼管的1/10。
權(quán)利要求
1.一種高鋁微晶玻璃內(nèi)襯復(fù)合鋼管制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)將粉狀鋁熱劑裝入待涂覆的鋼管中，鋁熱劑加入量與隨后加入的玻璃熔體的重量比為1∶0.4-4，兩者的總加入量與鋼管重量之比為1∶2-4；(2)將鋼管裝入離心機(jī)，開動(dòng)離心機(jī)并逐漸加速至1200-2000轉(zhuǎn)/分鐘，以使鋁熱劑粉料均勻的貼在鋼管內(nèi)壁；(3)保持勻速旋轉(zhuǎn)并將玻璃熔體注入鋼管，點(diǎn)燃鋁熱劑，形成的液態(tài)Al2O3+金屬元素，Al2O3與玻璃熔體混溶，在離心力的作用下，金屬與玻璃分層；(4)保持恒速10-15分鐘，然后逐漸減速，停機(jī)后使鋼管在400～800℃保溫25～50分鐘，冷卻至室溫，即為本發(fā)明制備的耐蝕、耐磨的微晶玻璃內(nèi)襯復(fù)合鋼管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高鋁微晶玻璃內(nèi)襯復(fù)合鋼管制備方法,首先將粉狀鋁熱劑裝入待涂覆的鋼管中,將鋼管裝入離心機(jī),開動(dòng)離心機(jī)并逐漸加速,以使鋁熱劑粉料均勻的貼在鋼管內(nèi)壁,保持勻速旋轉(zhuǎn)并將玻璃熔體注入鋼管,點(diǎn)燃鋁熱劑,保持恒速后逐漸減速,停機(jī)后使鋼管保溫后冷卻至室溫,即為本發(fā)明的復(fù)合鋼管。本發(fā)明的復(fù)合鋼管具有良好的耐蝕、耐磨性能。產(chǎn)品耐外部沖擊性能高且易于連接,適于長距離管道輸送。
文檔編號(hào)F16L58/02GK1288978SQ0012955
公開日2001年3月28日 申請(qǐng)日期2000年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月9日
發(fā)明者梁開明, 王雙喜, 張獻(xiàn)輝 申請(qǐng)人:清華大學(xué)