专利名称：一种耐蚀、耐磨微晶玻璃内衬复合钢管制备方法
技术领域：
本发明涉及一种耐蚀、耐磨微晶玻璃内衬复合钢管制备方法，属于无机涂层及合成石油、化工和冶金等部门的设备需要大量的耐蚀、耐磨的管道，现有的金属管材难以满足上述要求。例如，由于原油的高腐蚀性和其所含泥沙对管道的磨蚀，其输送管道需要具有较高的耐蚀、耐磨性能。若选用耐蚀性能优越的不锈钢钢管，其耐磨性能较差；若选用陶瓷内衬复合钢管，其耐磨性能优异，但由于裂纹、连通气孔等缺陷，以及陶瓷层中存在易腐蚀相致使其耐蚀性差，难以满足使用要求。微晶玻璃具有很高的致密性和良好的耐蚀、耐磨性，制造微晶玻璃内衬复合钢管是提高产品寿命的有效方法。
1981年日本的Odawara等采用铝热-离心法制造陶瓷内衬复合钢管，并申请了一系列专利J58188591、J59218841、J59083983、J61079226、J61079777、J62086172、J63089680。其基本原理是Al、Mg等金属元素与氧化铁等氧化物发生剧烈反应，在没有外来热源的情况下反应自动蔓延并得到熔融的氧化物陶瓷产物。由于产物的陶瓷相与金属铁的比重差异较大且二者互不相溶，在离心力的作用下陶瓷与金属相互分离并在钢管内表面形成陶瓷层。但是由于难以消除内衬层中的裂纹和连通气孔以及易蚀相，该产品难以满足耐蚀性能的要求。
本发明的基本目的是利用铝热剂的反应产物和热量，与外加的玻璃熔体一起形成高铝玻璃熔体，在外界机械离心力的作用下，在钢管内壁形成致密的高铝玻璃涂层，通过一定的热处理，获得耐蚀、耐磨的微晶玻璃内衬复合钢管。
本发明提出的高铝微晶玻璃内衬复合钢管制备方法，包括以下步骤(1)将粉状铝热剂(如Fe2O3+Al，CuO+Al等)装入待涂覆的钢管中，铝热剂加入量与随后加入的玻璃熔体的重量比为1∶0.4-4，两者的总加入量与钢管重量之比为1∶2-4。
(2)将钢管装入离心机，开动离心机并逐渐加速至1200-2000转/分钟，以使铝热剂粉料均匀的贴在钢管内壁。
(3)保持匀速旋转并将玻璃熔体注入钢管，点燃铝热剂，形成的液态Al2O3+金属元素，Al2O3与玻璃熔体混溶。在离心力的作用下，金属与玻璃分层。
(4)保持恒速10-15分钟，然后逐渐减速。停机后使钢管在400～800℃保温25～50分钟。冷却至室温，即为本发明制备的耐蚀、耐磨的微晶玻璃内衬复合钢管。
本发明制造的微晶玻璃内衬复合钢管具有良好的耐蚀、耐磨性能。产品耐外部冲击性能高且易于连接，适于长距离管道输送。复合钢管压溃强度为280-340MPa，微晶玻璃层的硬度不低于1100HV，最高可达1500HV，显气孔率低于5％。室温下，在20％H2SO4中的腐蚀失重为0.00037mg/cm2.h～0.00065 mg/cm2.h，比不锈钢低约4个数量级。
用本发明制备的复合钢管具有钢管+金属中间层+微晶玻璃的三层结构。随铝热剂添加量的增加，外层钢管与中间层由机械结合转为冶金结合。中间层与内衬微晶玻璃均为机械结合。
本发明所用铝热剂可以是任何高放热的、能生成Al2O3的反应剂(Al粉+氧化物粉)，所用玻璃熔体既可以是任何成分的普通玻璃，也可以是矿渣玻璃。根据对耐磨或耐蚀的不同要求，铝热剂的加入量与玻璃熔体的重量比可在0.40~4之间变化。
微晶玻璃层中无明显裂纹，气孔均为分散的封闭小孔，因而其耐蚀性优良。
根据对耐蚀、耐磨的不同侧重，可以选择不同相对量的铝热剂和玻璃熔体，玻璃熔体的成分和种类也可适当调整。
下面介绍本发明的实施例。
实施例1将400g铝热剂(Al粉+Fe2O3粉)按化学配比混合均匀后，装入内径为φ148mm、长200mm，厚度为5mm的钢管中。启动离心机至1700转/分钟，使铝热剂均匀分布于钢管的内壁，在高速旋转的钢管中用导管加入1200g的熔融钠硅玻璃，铝热剂引燃并生成熔融的Al2O3。在离心力作用下熔融的Al2O3迅速溶入玻璃熔体中形成高铝玻璃熔体。保持高速旋转10分钟，然后逐渐减速。停机后取下钢管并在750℃保温45分钟，炉冷至室温即可获得高铝微晶玻璃复合钢管。在钢管内壁形成的微晶玻璃层厚度约7mm，表面光洁无裂纹，硬度为1200HV。微晶玻璃内衬钢管的压溃强度为310MPa，室温下在20％H2SO4中的腐蚀失重为0.00037mg/cm2.h。
实施例2将650g铝热剂(Al粉+Fe2O3粉)按化学配比混合均匀后，装入内径为φ148mm、长200mm，厚度为5mm的20钢管中，启动离心机至1700转/分钟，使铝热剂均匀分布于钢管的内壁，在高速旋转的钢管中外加300g的熔融钠硅玻璃，铝热剂引燃并生成熔融的Al2O3。在离心力作用下，熔融的Al2O3迅速与玻璃熔体混合形成高铝玻璃熔体。保持高速旋转10分钟，然后逐渐减速。停机后取下钢管并在450℃保温25分钟，即可获得陶瓷-高铝微晶玻璃复合钢管。在钢管内壁形成的微晶玻璃层以陶瓷相为主，厚度约4mm，表面光洁无裂纹，硬度达1400HV。用30％SiO2泥浆冲蚀80h，失重率为20钢管的1/12。
实施例3将600g铝热剂(Al粉+Fe2O3粉)按化学配比混合均匀后，装入内径为φ168mm、长200mm，厚度为5mm的20钢管中，启动离心机使铝热剂均匀分布于钢管的内壁，在高速旋转的钢管中外加1000g的熔融尾矿玻璃，铝热剂引燃并生成熔融的Al2O3。在离心力作用下熔融的Al2O3迅速溶入玻璃熔体中形成高铝玻璃熔体。保持高速旋转10分钟，然后逐渐减速。停机后取下钢管并在550℃保温30分钟，即可获得高铝微晶玻璃复合钢管。在钢管内壁形成的微晶玻璃层厚度约6mm，表面光洁无裂纹，硬度为1320HV。微晶玻璃内衬钢管的压溃强度为325MPa，室温下在30％SiO2泥浆中冲蚀80h，失重率为20钢管的1/10。
权利要求
1.一种高铝微晶玻璃内衬复合钢管制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)将粉状铝热剂装入待涂覆的钢管中，铝热剂加入量与随后加入的玻璃熔体的重量比为1∶0.4-4，两者的总加入量与钢管重量之比为1∶2-4；(2)将钢管装入离心机，开动离心机并逐渐加速至1200-2000转/分钟，以使铝热剂粉料均匀的贴在钢管内壁；(3)保持匀速旋转并将玻璃熔体注入钢管，点燃铝热剂，形成的液态Al2O3+金属元素，Al2O3与玻璃熔体混溶，在离心力的作用下，金属与玻璃分层；(4)保持恒速10-15分钟，然后逐渐减速，停机后使钢管在400～800℃保温25～50分钟，冷却至室温，即为本发明制备的耐蚀、耐磨的微晶玻璃内衬复合钢管。
全文摘要
本发明涉及一种高铝微晶玻璃内衬复合钢管制备方法,首先将粉状铝热剂装入待涂覆的钢管中,将钢管装入离心机,开动离心机并逐渐加速,以使铝热剂粉料均匀的贴在钢管内壁,保持匀速旋转并将玻璃熔体注入钢管,点燃铝热剂,保持恒速后逐渐减速,停机后使钢管保温后冷却至室温,即为本发明的复合钢管。本发明的复合钢管具有良好的耐蚀、耐磨性能。产品耐外部冲击性能高且易于连接,适于长距离管道输送。
文档编号F16L58/02GK1288978SQ0012955
公开日2001年3月28日 申请日期2000年10月9日 优先权日2000年10月9日
发明者梁开明, 王双喜, 张献辉 申请人:清华大学