專利名稱：一種雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管及其生產(chǎn)方法，屬于金屬機(jī)械復(fù)合加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前應(yīng)用的耐磨鋼管材料主要分為以下幾種1)中高碳碳素結(jié)構(gòu)鋼材料(GB/T699-1999)；中高碳碳素結(jié)構(gòu)鋼主要有45、50、55、60、65、40Mn、45Mn、50Mn等材質(zhì)。中高碳碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼管經(jīng)內(nèi)孔超音頻或高頻感應(yīng)加熱淬火，內(nèi)表面淬硬層硬度可達(dá)HRC55-60，具有一定的耐磨性能，主要用于制造普通耐磨鋼管，在輸送混凝土、泥漿、礦渣等介質(zhì)時使用，但使用壽命短，安全性較差，以輸送混凝土為例使用壽命一般只有0. 8-1. 2萬方，性價比不高。2)中高碳合金結(jié)構(gòu)鋼材料(GB/T3077-1999)；中高碳合金結(jié)構(gòu)鋼材料主要有45Mn2、50Mn2、55Mn2、65Mn2等材質(zhì)，此類型材質(zhì)的耐磨鋼管是近幾年興起并逐漸推廣的較新型的耐磨鋼管材料，該類材料經(jīng)內(nèi)表面超音頻或高頻感應(yīng)加熱淬火，內(nèi)表面淬硬層硬度可達(dá)HRC55-HRC65，具有良好的耐磨性能，使用方向與中高碳碳素結(jié)構(gòu)鋼基本相同，使用壽命有較大的提高，以45Mn2材質(zhì)耐磨鋼管為例輸送混凝土?xí)r的使用壽命為2-3萬方，65Mn2材質(zhì)的耐磨鋼管使用壽命可達(dá)3_5萬方，性價比良好。3)高鉻鑄鐵材料；高鉻鑄鐵材料目前用于耐磨鋼管，主要以鑄態(tài)管型式使用，鑄態(tài)高鉻鑄鐵鋼管經(jīng)熱處理后硬度較高，表面硬度可達(dá)HRC50-HRC60，由于碳化物濃度高此類材質(zhì)的耐磨鋼管具有很好的耐磨性能，但由于材料沖擊性能較差，在普遍具有的壓力輸送工況下安全性能較差，限制了其使用范圍。4)陶瓷材料陶瓷材料用于耐磨鋼管領(lǐng)域一般通過熱噴涂或自漫延法獲得，通過上述方法使普通鋼管內(nèi)表面覆蓋一層堅(jiān)硬、耐磨的氧化物涂層，涂層硬度極高可達(dá)HV1000-HV2000，耐磨性能極好，但該涂層結(jié)合力不高，很容易脫落，至使其使用范圍造成很大局限。5)雙金屬復(fù)合鋼管雙金屬復(fù)合鋼管主要型式為機(jī)械復(fù)合，這種鋼管一般外層為普通低碳鋼，內(nèi)層為中高碳碳素結(jié)構(gòu)鋼或中高碳合金結(jié)構(gòu)鋼，這種結(jié)構(gòu)型式由于外層為普通低碳鋼，內(nèi)孔熱處理后不影響其沖擊韌性，外層作為支撐層的基本功能仍能很好保持，該型式基本解決了沖擊韌性的問題，從根本上解決了耐磨鋼管在壓力脈動工況下的安全性問題，但是由于復(fù)層 (耐磨層)的材質(zhì)原因其耐磨性能及耐腐蝕性能還存在一定的問題，以輸送混凝土為例使用壽命最高為3-5萬方，仍不理想。而且由于內(nèi)外層鋼管為機(jī)械復(fù)合，內(nèi)外層鋼管之間的配合是機(jī)械配合里的過度配合或過盈配合，兩層鋼管靠彈性變形力結(jié)合，當(dāng)復(fù)合鋼管的內(nèi)層在使用過程中磨損到一定程度后會失去彈性變形，兩層鋼管之間將失去結(jié)合力，這時內(nèi)層鋼管磨損后變的很薄，在輸送混凝土?xí)r很容易竄動、壓縮造成堵管。耐磨鋼管通常都在較高輸送壓力、較高的脈動沖擊壓力、嚴(yán)重的磨粒磨損條件及易腐蝕環(huán)境工況下運(yùn)行，因此，要求耐磨鋼管材料須具備下述特點(diǎn)1)必須可以充分淬硬，具有較高的硬度和耐磨性；2)必須具有較高的疲勞強(qiáng)度、特別是工作面具有較高的疲勞強(qiáng)度；3)在承受沖擊載荷情況下耐磨鋼管具備較大的抗沖擊能力；4)耐磨鋼管具備較好的耐腐蝕性能對提高其使用壽命極為有利；但是，對于同一種材料而言，硬度、耐磨性和韌性、抗沖擊能力是相互矛盾的，要求足夠高的硬度、強(qiáng)度和耐磨性必然會以降低材料的韌性和抗沖擊性能為代價。雖然用超音頻或高頻感應(yīng)加熱淬火能控制淬硬層厚度，讓未完全淬硬部分保持一定的韌性，能使材料的整體性能有所改善；用普通機(jī)械復(fù)合的方法讓外層普通低碳鋼材料作為支撐層，解決了壓力、壓力脈動工況下的安全性問題；但仍達(dá)不到耐磨鋼管的理想要求。如何保證在足夠的硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度下不降低材料的沖擊韌性，同時又保證工作面具有較高耐腐蝕性能，正是目前迫待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管材料及其生產(chǎn)工藝。其特點(diǎn)在于用低碳鋼或低碳合金鋼鋼管作為外層，用(化學(xué)成分碳含量> 0. 70)的高碳鋼或高碳合金鋼材料鋼管作為內(nèi)層，內(nèi)外層鋼管之間涂高溫膠、釬焊料或局部焊接，通過冷拔、熱拔(溫拔)、冷軋、旋壓、熱裝、冷裝、頂壓等手段使內(nèi)外層鋼管緊密貼合，然后整體加熱淬火或內(nèi)孔感應(yīng)加熱淬火，從而得到一種耐磨性能優(yōu)良、抗沖擊載荷能力較強(qiáng)、具有一定耐腐蝕性能、在壓力脈動工況下安全性能很高的雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管材料。本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管包括外層和內(nèi)層，外層(1)為基層，內(nèi)層( 為復(fù)層；基層與復(fù)層之間涂高溫膠、釬焊料或局部焊接后采用機(jī)械復(fù)合。復(fù)層為化學(xué)成分1% 碳含量> 0. 70的高碳鋼或高碳合金鋼，基層為低碳鋼或低碳合金鋼。復(fù)層為無縫鋼管或焊接鋼管，基層為無縫鋼管或焊接鋼管?；鶎优c復(fù)層之間在機(jī)械復(fù)合前后用高溫膠、局部焊接或釬焊的方法將內(nèi)外層鋼管之間牢固接合。雙金屬機(jī)械復(fù)合為冷拔、熱拔、冷軋、旋壓、熱裝、冷裝和頂壓中的至少一種。雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管的生產(chǎn)方法包括以下步驟；(1)選材根據(jù)使用條件或者用戶需求選擇復(fù)層材料為化學(xué)成分碳含量> 0. 70的高碳鋼或高碳合金鋼材料；根據(jù)強(qiáng)度和復(fù)層的性能選擇相應(yīng)的基層材料為低碳鋼或低碳合金鋼材料；(2)管坯準(zhǔn)備A.將外層鋼管坯料通過焊接、冷拔、冷軋方式加工成設(shè)計(jì)要求的規(guī)格尺寸；
B.將球化退火后的內(nèi)層鋼管坯料通過焊接、冷拔、冷軋方式加工成設(shè)計(jì)要求的規(guī)格尺寸，內(nèi)層鋼管的外徑略小于、等于外層鋼管的內(nèi)徑或略大于外層鋼管內(nèi)徑，以便裝入外層鋼管；(3)機(jī)械復(fù)合C.對內(nèi)層鋼管外徑小于外層鋼管內(nèi)徑的鋼管將內(nèi)管裝入外管后兩管間局部焊接或?qū)?nèi)管外表面或外管內(nèi)表面涂高溫膠、釬焊料后裝入外管，然后通過冷拔、熱拔、冷軋和旋壓方式機(jī)械加工成緊密貼合的復(fù)合鋼管；D.對內(nèi)層鋼管外徑略大于或等于外層鋼管內(nèi)徑的鋼管將外層鋼管內(nèi)表面或內(nèi)層鋼管外表面涂高溫膠或釬焊料后直接通過加熱外層鋼管熱裝、冷凍內(nèi)層鋼管冷裝或直接頂壓方法，將內(nèi)層鋼管裝入外層鋼管后機(jī)械加工成緊密貼合的復(fù)合鋼管；上述工藝步驟C、D獲得成品管材經(jīng)常規(guī)耐磨鋼管生產(chǎn)工藝+內(nèi)孔中頻、超音頻、高頻感應(yīng)加熱淬火或整體加熱淬火處理后淬硬層硬度HRC60-HRC68，從而獲得雙金屬復(fù)合耐磨鋼管。性能測試采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB 228-87, GB/T230-1991, GB/T12444-2006對上述方法獲得的雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管進(jìn)行測試，詳見表1所示，結(jié)果表明耐磨性能、抗疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性、耐腐蝕性能均有較大提高。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.生產(chǎn)工藝簡單、制造成本低，市場容量大，節(jié)能環(huán)保。2.耐磨性能好、抗疲勞強(qiáng)度高、沖擊韌性好、耐腐蝕性能較好、安全性好、使用壽命長。3.在使用過程中內(nèi)層嚴(yán)重磨損失去彈性變形的情況下，由于內(nèi)外層之間進(jìn)行了粘結(jié)或焊接所以內(nèi)管不會竄動、壓縮造成堵管事故；同時內(nèi)管可以磨盡延長了使用壽命。


圖1為雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管結(jié)構(gòu)示意圖1，外層2，內(nèi)層
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。實(shí)施例1(1)選材外層1選用低碳鋼熱軋無縫鋼管，鋼號20規(guī)格(mm) Φ 133 X 4. 5長度(mm) 4700 ； 內(nèi)層2選用高碳鉻軸承鋼GCrl5熱軋無縫鋼管并球化退火，規(guī)格(mm) :Φ127Χ4.5長度 (mm) 5700 ；20 鋼成分C 0. 17 0. 24 %, Si 0. 17 0. 37 %, Mn 0. 35 0. 65 %, P 彡 0. 025%, S 彡 0. 025% ；
GCr 15 成分C 0. 95 1. 05 %, Si 0. 15 0. 35 %, Mn 0. 25 0. 45 %, P 彡 0. 025%, S 彡 0. 025%, Crl. 4-1. 65% (2)坯管準(zhǔn)備A.上車床將外層20鋼熱軋無縫鋼管切削加工夾持工藝頭，然后進(jìn)行表面處理(酸洗-磷化-皂化)，經(jīng)過兩道次冷拔至設(shè)計(jì)尺寸(mm) Φ 131. 5 X 2-10000 ；B.上車床將內(nèi)層GCrl5熱軋無縫鋼管切削加工夾持工藝頭，然后進(jìn)行表面處理 (酸洗-磷化-皂化)，再經(jīng)過兩道次循環(huán)冷拔至設(shè)計(jì)尺寸(mm) : Φ IMX 2. 5-10000并軟化退火；C.將拔制好的內(nèi)、外層鋼管分別進(jìn)行較直，將內(nèi)管裝入外管并對齊；(3)機(jī)械復(fù)合(冷拔)D.對步驟C所得的套裝好的坯管用Φ124內(nèi)模冷擴(kuò)拔后得到規(guī)格尺寸為 Φ 133X4. 5-10000mm的雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管；E.對步驟D所得的雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管進(jìn)行較直后用帶鋸床下料至設(shè)計(jì)尺寸3m/3件、lm/1件，然后將鋼管兩端距端口 150mm范圍內(nèi)局部點(diǎn)焊各8點(diǎn)；(4)焊制接頭F.對步驟E獲得的復(fù)合鋼管兩端分別焊上加工好的標(biāo)準(zhǔn)接頭；(5)熱處理G.對步驟F獲得的雙金屬復(fù)合管材經(jīng)內(nèi)孔超音頻感應(yīng)加熱淬火處理后其性能見表1 ；實(shí)施例2(1)選材外層1選用低碳碳素結(jié)構(gòu)鋼高頻焊鋼管，鋼號Q235B規(guī)格(mm) :Φ140Χ6長度(mm) 7700;內(nèi)層2選用高碳鉻軸承鋼GCrl5熱軋無縫鋼管并球化退火，規(guī)格(mm) Φ 127X4. 5 長度(mm) :7000 ；Q235B 成分C 0. 12 0. 20 %, Si 0. 10 0. 30 %, Mn 0. 30 0. 70 %, P 彡 0. 045%, S 彡 0. 045% ；GCr 15 成分C 0. 95 1. 05 %, Si 0. 15 0. 35 %, Mn 0. 25 0. 45 %, P 彡 0. 025%, S 彡 0. 025%, Crl. 4-1. 65% (2)坯管準(zhǔn)備A.上車床將外層Q235B高頻焊管切削加工夾持工藝頭，然后進(jìn)行表面處理(酸洗-磷化-皂化)，經(jīng)過一道次冷拔至設(shè)計(jì)尺寸(mm) Φ 138. 5 X 4. 5-10000 ；B.上車床將內(nèi)層GCrl5熱軋無縫鋼管切削加工夾持工藝頭，然后進(jìn)行表面處理 (酸洗-磷化-皂化)，再經(jīng)過兩道次循環(huán)冷拔至設(shè)計(jì)尺寸(mm) : Φ 127. 5 X 3-10000并軟化退火；C.將拔制好的內(nèi)、外層鋼管分別進(jìn)行較直，然后將外管外表面均勻涂上水基石墨潤滑劑，用中頻加熱爐將外管加熱至520°C迅速將外表面涂了 0. 05mm厚釬焊料Cu93P的內(nèi)管裝入外管并對齊；(3)機(jī)械復(fù)合(溫拔)D.對步驟C所得的套裝好的坯管在外管溫度> 200°C時用Φ 125內(nèi)模擴(kuò)拔，待外管冷卻后得到規(guī)格尺寸為Φ 140 X 7. 5-10000mm的雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管；E.對步驟D所得的雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管進(jìn)行較直后用帶鋸床下料至設(shè)計(jì)尺寸3m/3 件、lm/1 件；(4)焊制接頭F.對步驟E獲得的復(fù)合鋼管兩端分別焊上加工好的標(biāo)準(zhǔn)接頭；(5)熱處理G.對步驟F獲得的雙金屬復(fù)合管材經(jīng)內(nèi)孔超音頻感應(yīng)加熱淬火處理后其性能見表1 ；實(shí)施例3(1)選材外層1選用低合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋無縫鋼管，鋼號Q345B規(guī)格(mm) Φ219X 12長度 (mm) 8300 ；內(nèi)層2選用高碳鉻軸承鋼GCrl5熱軋無縫鋼管并球化退火，規(guī)格(mm) Φ 194X 7 長度(mm) 6900 ；Q345B 成分C 0. 15 0. 20%, Si 0. 35 0. 55%,Mn 1. 00 1. 60%, V 0. 02 0. 15%, P 彡 0. 025%, S 彡 0. 025% ；GCr 15 成分C 0. 95 1. 05 %, Si 0. 15 0. 35 %, Mn 0. 25 0. 45 %, P 彡 0. 025%, S 彡 0. 025%, Crl. 4-1. 65% (2)坯管準(zhǔn)備A.上車床將外層Q345B熱軋無縫鋼管切削加工夾持工藝頭，然后進(jìn)行表面處理 (酸洗-磷化-皂化)，經(jīng)過一道次冷拔至設(shè)計(jì)尺寸(mm) Φ 219 X 9. 5-10000、內(nèi)徑200二;B.上車床將內(nèi)層GCrl5熱軋無縫鋼管切削加工夾持工藝頭，然后進(jìn)行表面處理 (酸洗-磷化-皂化)，再經(jīng)過兩道次循環(huán)冷拔至設(shè)計(jì)尺寸(mm) :Φ200Χ4. 5-10000、外徑 2OO:=并去應(yīng)力退火；C.將拔制好的內(nèi)、外層鋼管分別進(jìn)行矯直，彎曲度按0. 25mm/m控制，然后將矯直后的鋼管用鋸床下料至設(shè)計(jì)長度尺寸3m/3件、lm/1件；(3)機(jī)械復(fù)合(熱裝)D.把步驟C所得的鋸好的內(nèi)、外層鋼管用砂輪機(jī)或車床將鋸口兩端內(nèi)、外圓分別加工成1X45°倒角；E.對步驟D所得的鋼管分別選取長度: 的內(nèi)、外層鋼管組對或長度Im的內(nèi)、外層鋼管組對，將組對好的鋼管的外層鋼管用中頻加熱爐加熱至520°C后裝夾在專用的液壓頂裝設(shè)備上，然后迅速將外表面涂了 0. 05mm厚CPS氧化銅膠的內(nèi)層鋼管壓入外層鋼管并對齊，待外層鋼管冷卻后即得到雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管Φ219Χ 14-3000 (mm)/3件、 Φ 219 X 14-1000 (mm)/1 件；(4)焊制接頭F.對步驟E獲得的復(fù)合鋼管兩端分別焊上加工好的標(biāo)準(zhǔn)接頭；(5)熱處理G.對步驟F獲得的雙金屬復(fù)合管材經(jīng)內(nèi)孔超音頻感應(yīng)加熱淬火處理后其性能見表1 ；經(jīng)過上述A-G的工藝處理，即可獲得內(nèi)、外層結(jié)合緊密，耐磨性能、耐腐蝕性能、抗
7沖擊性能、安全性能均優(yōu)良的雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管成品。
表1為雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管的性能
權(quán)利要求
1.一種雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管，包括外層和內(nèi)層，其特征在于該雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管的外層(1)為基層，內(nèi)層O)為復(fù)層；基層與復(fù)層之間涂高溫膠、釬焊料或局部焊接后采用機(jī)械復(fù)合。
2.按照權(quán)利要求1所述雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管，其特征在于復(fù)層為化學(xué)成分1% 碳含量> 0. 70的高碳鋼或高碳合金鋼，基層為低碳鋼或低碳合金鋼。
3.按照權(quán)利要求1所述雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管，其特征在于復(fù)層為無縫鋼管或焊接鋼管，基層為無縫鋼管或焊接鋼管。
4.按照權(quán)利要求1所述雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管，其特征在于基層與復(fù)層之間在機(jī)械復(fù)合前后用高溫膠、局部焊接或釬焊的方法將內(nèi)外層鋼管之間牢固接合。
5.按照權(quán)利要求1所述雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管，其特征在于該雙金屬機(jī)械復(fù)合為冷拔、熱拔、冷軋、旋壓、熱裝、冷裝和頂壓中的至少一種。
6.按照權(quán)利要求1 5之一所述雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管的生產(chǎn)方法，其特征在于該方法包括以下步驟；(1)選材根據(jù)使用條件或者用戶需求選擇復(fù)層材料為化學(xué)成分碳含量> 0. 70的高碳鋼或高碳合金鋼材料；根據(jù)強(qiáng)度和復(fù)層的性能選擇相應(yīng)的基層材料為低碳鋼或低碳合金鋼材料；(2)管坯準(zhǔn)備A.將外層鋼管坯料通過焊接、冷拔、冷軋方式加工成設(shè)計(jì)要求的規(guī)格尺寸；B.將球化退火后的內(nèi)層鋼管坯料通過焊接、冷拔、冷軋方式加工成設(shè)計(jì)要求的規(guī)格尺寸，內(nèi)層鋼管的外徑略小于、等于外層鋼管的內(nèi)徑或略大于外層鋼管內(nèi)徑，以便裝入外層鋼管；(3)機(jī)械復(fù)合C.對內(nèi)層鋼管外徑小于外層鋼管內(nèi)徑的鋼管將內(nèi)管裝入外管后兩管間局部焊接或?qū)?nèi)管外表面或外管內(nèi)表面涂高溫膠、釬焊料后裝入外管，然后通過冷拔、熱拔、冷軋和旋壓方式機(jī)械加工成緊密貼合的復(fù)合鋼管；D.對內(nèi)層鋼管外徑略大于或等于外層鋼管內(nèi)徑的鋼管將外層鋼管內(nèi)表面或內(nèi)層鋼管外表面涂高溫膠或釬焊料后直接通過加熱外層鋼管熱裝、冷凍內(nèi)層鋼管冷裝或直接頂壓方法，將內(nèi)層鋼管裝入外層鋼管后機(jī)械加工成緊密貼合的復(fù)合鋼管；上述工藝步驟C、D獲得成品管材經(jīng)常規(guī)耐磨鋼管生產(chǎn)工藝+內(nèi)孔中頻、超音頻、高頻感應(yīng)加熱淬火或整體加熱淬火處理后淬硬層硬度HRC60-HRC68，從而獲得雙金屬復(fù)合耐磨鋼管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管及其生產(chǎn)方法，其特點(diǎn)是該耐磨鋼管的外層(1)為基層，內(nèi)層(2)為復(fù)層；基層與復(fù)層之間涂高溫膠、釬焊料或局部焊接后采用機(jī)械復(fù)合。復(fù)層為化學(xué)成分/％碳含量＞0.70的高碳鋼或高碳合金鋼，基層為低碳鋼或低碳合金鋼。復(fù)層為無縫鋼管或焊接鋼管，基層為無縫鋼管或焊接鋼管。雙金屬機(jī)械復(fù)合為冷拔、熱拔、冷軋、旋壓、熱裝、冷裝和頂壓手段使內(nèi)、外層鋼管緊密貼合。復(fù)合后的雙金屬鋼管經(jīng)過整體加熱淬火或感應(yīng)加熱淬火處理后得到一種耐磨性能優(yōu)良、抗沖擊載荷能力強(qiáng)、耐腐蝕性能好、使用壽命長，在壓力脈動工況下安全性能很高的雙金屬機(jī)械復(fù)合耐磨鋼管。
文檔編號F16L9/02GK102506236SQ20111032417
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者唐勇 申請人:唐勇