一种高强度不锈钢三通管及其加工工艺的制作方法

本发明涉及三通管，更具体地说，本发明涉及一种高强度不锈钢三通管及其加工工艺。

背景技术：

1、三通管顾名思义，有三个开口的管接头叫三通管。三通管广泛用于输送液体、气体的管网中。因输送介质不同，三通管的材质分为：铸铁、铸钢、铸铜、铸铝、塑料、玻璃等，三通管是石化、电力、机械、建筑以及轻工业等部门广泛应用的一种基础元件，一是作为管道中间加设分支管道时使用；二是为了使埋在地下的陶水管道里面透气性能好，因而在管道中间相隔一定距离加设一节三通管，使丁字形管口向上，并在管口上盖一河卵石或陶罐加以保护，目前一般采用充液冷挤压胀形和热压成型两种工艺进行加工。

2、在实际工程应用中，管件是管路系统的重要组成部分。不锈钢三通管是一类特殊的管件,在管道系统的关键部位发挥着重要作用。但是现有的不锈钢三通管在使用过程中强度不足，而且若长期在化工车间使用时容易被腐蚀，导致不锈钢三通管的使用寿命较低。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种高强度不锈钢三通管及其加工工艺。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高强度不锈钢三通管，包括不锈钢管料和包覆料，所述不锈钢管料由以下成分按照重量百分比组成：碳0.05-0.15％、硅0.15-0.25％、锰0.25-0.55％、镍0.3-0.8％、钒0.05-0.15％、铌0.1-0.2％、稀土钙镁铝合金0.5-0.8％，余量为铁和不可避免的杂质；所述包覆料按照重量百分比计算包括以下原料：纳米钇粉5.5-12.5％、纳米铝粉3.2-4.8％、聚酰亚胺6.6-10.2％、碳化物4.6-5.8％、纳米二氧化硅3.5-4.5％、防锈剂4-6％，其余为去离子水。

3、在一种优选的实施方式中，所述不锈钢管料由以下成分按照重量百分比组成：碳0.08-0.12％、硅0.18-0.22％、锰0.35-0.45％、镍0.5-0.6％、钒0.08-0.12％、铌0.13-0.17％、稀土钙镁铝合金0.6-0.7％，余量为铁和不可避免的杂质；所述包覆料按照重量百分比计算包括以下原料：纳米钇粉7-11％、纳米铝粉3.8-4.2％、聚酰亚胺8-9％、碳化物4.8-5.5％、纳米二氧化硅3.8-4.2％、防锈剂4.5-5.5％，其余为去离子水。

4、在一种优选的实施方式中，所述不锈钢管料由以下成分按照重量百分比组成：碳0.1％、硅0.2％、锰0.4％、镍0.55％、钒0.1％、铌0.15％、稀土钙镁铝合金0.65％，余量为铁和不可避免的杂质；所述包覆料按照重量百分比计算包括以下原料：纳米钇粉9％、纳米铝粉4％、聚酰亚胺8.5％、碳化物5.2％、纳米二氧化硅4％、防锈剂5％，其余为去离子水。

5、在一种优选的实施方式中，所述稀土钙镁铝合金按照重量百分比计算包括：镧2.6-4.2％、钙1.4-2.8％、镁6.2-9.6％，其余为铝，所述碳化物为碳化钽、碳化钨和碳化铌的混合物，且所述碳化钽、碳化钨和碳化铌的质量比为1：(1.2-1.6)：(1.5-2)。

6、在一种优选的实施方式中，所述防锈剂为马来酸-丙烯酸共聚物、聚乙烯醇、苯甲酸钠和抗氧剂，且所述马来酸-丙烯酸共聚物、聚乙烯醇、苯甲酸钠和抗氧剂的质量比为1：(0.6-0.8)：(0.3-0.6)：(0.1-0.3)，所述抗氧剂为叔丁基对苯二酚。

7、本发明还提供一种高强度不锈钢三通管的加工工艺，具体制备步骤如下：

8、步骤一：称取上述重量份称取不锈钢管料和包覆料的原料，并将不锈钢管料中的碳、硅、锰、镍、钒、铌和铁进行真空熔炼处理，然后加入称取的稀土钙镁铝合金熔融共混，熔融共混完成后进行脱氧处理得到混合浇注液；

9、步骤二：将步骤一中的混合浇注液注入到三通管制模具中浇注、冷却成型，脱模得到三通管预制件；

10、步骤三：对步骤二中得到的三通管预制件进行去应力退火处理，退火处理完成后进行均质化处理和清洗处理；

11、步骤四：将步骤一中称取的包覆料中的纳米钇粉、纳米铝粉、碳化物、纳米二氧化硅混合均匀，然后加入聚酰亚胺、防锈剂和去离子水，在超声辅助作用下搅拌混合得到包覆料分散液；

12、步骤五：将步骤四中得到的包覆料分散液置于喷雾枪中，利用喷雾枪将包覆料分散液均匀的涂覆在步骤三中清洗后的三通管预制件上，涂覆完成后经过固化和等离子氧化处理得到耐腐蚀涂层，即得到高强度不锈钢三通管。

13、在一种优选的实施方式中，所述步骤一中真空熔炼时真空度为5.8-6.4×10-2pa，真空熔炼温度1420-1650℃，所述步骤一中脱氧处理时加入碳化钙脱氧剂，通入惰性气体除去混合浇注液中的氧气。

14、在一种优选的实施方式中，所述步骤二中冷却成型时冷却温度为8-12℃，冷却至室温，浇注前先对三通管制模具涂抹脱模剂，然后进行预热处理，预热温度为70-90℃。

15、在一种优选的实施方式中，所述步骤三中去应力退火处理时温度为800-900℃，保温时间为3-5h，均质化处理时温度为480-550℃，均质化处理的时间为3-4h，清洗时采用去离子水和8％的盐酸混合液进行冲洗，冲洗过程中利用30khz的超声波辅助清洗。

16、在一种优选的实施方式中，所述步骤五中固化温度为130-150℃，固化时间为4-6h，所述等离子氧化温度为600℃。

17、本发明的技术效果和优点：

18、1、采用本发明的原料配方所制备出的高强度不锈钢三通管，通过添加锰、镍、钒、铌、稀土钙镁铝合金，锰和镍能够提高不锈钢三通管的强度，而钒、铌能够细化不锈钢材料内部晶粒，使得不锈钢材料力学性能增加，而稀土钙镁铝合金材料中的钙和稀土的微合金化孕育处理促成较细的晶粒和均匀的组织，钙能够使合金组织细化，提高材料的蠕变性能，能够改变稀土对合金的压缩蠕变性能，产生骨骼状的al2ca相，能够提高不锈钢材料的强度；

19、2、本发明通过在不锈钢三通管的外侧涂覆有耐腐蚀包覆层，能够有效提高不锈钢三通管的耐候性，包覆层中包覆料添加有纳米钇粉、纳米铝粉、聚酰亚胺、碳化物、纳米二氧化硅和防锈剂，纳米金属单质和碳化物不仅具有耐腐蚀性能，而且硬度较高，使得包覆层耐磨性能较好，而聚酰亚胺使得涂料具有较好的粘附性能，防锈剂使得包覆层的耐盐雾、耐腐蚀性能。

技术特征：

1.一种高强度不锈钢三通管，其特征在于：包括不锈钢管料和包覆料，所述不锈钢管料由以下成分按照重量百分比组成：碳0.05-0.15％、硅0.15-0.25％、锰0.25-0.55％、镍0.3-0.8％、钒0.05-0.15％、铌0.1-0.2％、稀土钙镁铝合金0.5-0.8％，余量为铁和不可避免的杂质；所述包覆料按照重量百分比计算包括以下原料：纳米钇粉5.5-12.5％、纳米铝粉3.2-4.8％、聚酰亚胺6.6-10.2％、碳化物4.6-5.8％、纳米二氧化硅3.5-4.5％、防锈剂4-6％，其余为去离子水。

2.根据权利要求1所述的一种高强度不锈钢三通管，其特征在于：所述不锈钢管料由以下成分按照重量百分比组成：碳0.08-0.12％、硅0.18-0.22％、锰0.35-0.45％、镍0.5-0.6％、钒0.08-0.12％、铌0.13-0.17％、稀土钙镁铝合金0.6-0.7％，余量为铁和不可避免的杂质；所述包覆料按照重量百分比计算包括以下原料：纳米钇粉7-11％、纳米铝粉3.8-4.2％、聚酰亚胺8-9％、碳化物4.8-5.5％、纳米二氧化硅3.8-4.2％、防锈剂4.5-5.5％，其余为去离子水。

3.根据权利要求1所述的一种高强度不锈钢三通管，其特征在于：所述不锈钢管料由以下成分按照重量百分比组成：碳0.1％、硅0.2％、锰0.4％、镍0.55％、钒0.1％、铌0.15％、稀土钙镁铝合金0.65％，余量为铁和不可避免的杂质；所述包覆料按照重量百分比计算包括以下原料：纳米钇粉9％、纳米铝粉4％、聚酰亚胺8.5％、碳化物5.2％、纳米二氧化硅4％、防锈剂5％，其余为去离子水。

4.根据权利要求1所述的一种高强度不锈钢三通管，其特征在于：所述稀土钙镁铝合金按照重量百分比计算包括：镧2.6-4.2％、钙1.4-2.8％、镁6.2-9.6％，其余为铝，所述碳化物为碳化钽、碳化钨和碳化铌的混合物，且所述碳化钽、碳化钨和碳化铌的质量比为1：(1.2-1.6)：(1.5-2)。

5.根据权利要求1所述的一种高强度不锈钢三通管，其特征在于：所述防锈剂为马来酸-丙烯酸共聚物、聚乙烯醇、苯甲酸钠和抗氧剂，且所述马来酸-丙烯酸共聚物、聚乙烯醇、苯甲酸钠和抗氧剂的质量比为1：(0.6-0.8)：(0.3-0.6)：(0.1-0.3)，所述抗氧剂为叔丁基对苯二酚。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种高强度不锈钢三通管的加工工艺，其特征在于：具体制备步骤如下：

7.根据权利要求6所述的一种高强度不锈钢三通管的加工工艺，其特征在于：所述步骤一中真空熔炼时真空度为5.8-6.4×10-2pa，真空熔炼温度1420-1650℃，所述步骤一中脱氧处理时加入碳化钙脱氧剂，通入惰性气体除去混合浇注液中的氧气。

8.根据权利要求6所述的一种高强度不锈钢三通管的加工工艺，其特征在于：所述步骤二中冷却成型时冷却温度为8-12℃，冷却至室温，浇注前先对三通管制模具涂抹脱模剂，然后进行预热处理，预热温度为70-90℃。

9.根据权利要求6所述的一种高强度不锈钢三通管的加工工艺，其特征在于：所述步骤三中去应力退火处理时温度为800-900℃，保温时间为3-5h，均质化处理时温度为480-550℃，均质化处理的时间为3-4h，清洗时采用去离子水和8％的盐酸混合液进行冲洗，冲洗过程中利用30khz的超声波辅助清洗。

10.根据权利要求6所述的一种高强度不锈钢三通管的加工工艺，其特征在于：所述步骤五中固化温度为130-150℃，固化时间为4-6h，所述等离子氧化温度为600℃。

技术总结
本发明公开了一种高强度不锈钢三通管，具体涉及三通管技术领域，包括不锈钢管料和包覆料，所述不锈钢管料由以下成分组成：碳、硅、锰、镍、钒、铌、稀土钙镁铝合金，余量为铁和不可避免的杂质；所述包覆料包括以下原料：纳米钇粉、纳米铝粉、聚酰亚胺、碳化物、纳米二氧化硅、防锈剂，其余为去离子水。本发明稀土钙镁铝合金材料中的钙和稀土的微合金化孕育处理促成较细的晶粒和均匀的组织，钙能够使合金组织细化，提高材料的蠕变性能，能够改变稀土对合金的压缩蠕变性能，产生骨骼状的Al2Ca相，能够提高不锈钢材料的强度，通过在不锈钢三通管的外侧涂覆有耐腐蚀包覆层，能够有效提高不锈钢三通管的耐候性。

技术研发人员：孟扣生
受保护的技术使用者：江阴市东泰管件有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17