[发明专利]一种耐热蚀复合金属管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐热蚀复合金属管的制备方法。

背景技术

为了提高金属管的力学性能，特别是火炮炮管，人们开发了一系列的高强度、韧性钢铁材料，如：20世纪40年代的铬钢，50年代的中碳铬镍钼钢，60、70年代的铬镍钼钒钢等。近年来，铌也作为微量元素添加到金属管中，以提高其性能。制约金属管发展的主要问题是，金属管膛在使用过程中的热烧蚀和磨损引起其寿命偏低和不稳定。这种热烧蚀过程是化学反应、高温氧化、机械磨损等多种因素共同作用的结果。目前常用的中碳合金钢管材料在抗热烧蚀方面能力较差。同时，从使用过程来看，金属管膛的热烧蚀程度在整个使用长度范围内是不同的，在尾部约三分之一长度的一段，为其烧蚀最严重的部分，也是制约金属管使用寿命的主要位置。因此，如果能够提高金属管这一部分的抗热烧蚀能力，就能大大延长金属管的使用寿命。

复合材料是由不同成分、性能的两种或者多种组元材料构成，其性能也是各种组元材料的综合表现。金属复合管作为一种重要的金属复合材料，可以实现两种或者多种性能的统一，例如耐腐蚀性能和力学性能、耐磨性和韧性等。金属复合管已经被广泛应用于石油、化工、海水淡化、制盐、核工业、食品行业、水利设施建设等行业。国内外已见报道的复合管生产技术较多，主要涉及的制备方法有：焊接复合、轧制复合、电镀复合、粉末冶金法和浇铸复合法等。

另一方面，与现有的金属管所用钢材料相比，高温合金材料在高温下抗氧化、抗腐蚀和高温强度等方面具有很大的优势，在高温磨损环境下具有很高的使用寿命。将高温合金材料与金属管所用钢材料相结合，构成高温合金/金属管所用钢材局部复合管，既可以利用高温合金的耐热蚀特点，提高使用寿命，又可以利用金属管所用钢材料的高强度保证金属管的高力学性能。

发明内容

本发明的目的就是提供一种耐热蚀复合金属管的制备方法，用该方法制备的耐热蚀复合金属管在高温下抗氧化、抗磨损、抗腐蚀能力强，使用寿命长。

本发明的耐热蚀复合金属管的制备方法，以25Cr3Mo3NiNbZr或32Cr2Mo1VA金属钢管的管坯为基体，通过立式离心浇注工艺，在其内壁浇注一层GH605或GH4169合金层，浇注的合金层的高度为金属管的管坯高度的1/2-1/5，制成局部复合金属管坯料，将局部复合金属管坯料进行快锻或者热挤压成形，最终形成局部复合耐热蚀金属管。

本发明的耐热蚀复合金属管的制备方法，与传统的焊接复合、轧制复合和浇铸复合法等制备工艺相比，其不同材料间的界面接合性优良，内部组织致密，工艺操作性强，由该工艺制备的耐热蚀复合金属管，既可以利用高温合金的耐热蚀特点，提高使用寿命，又可以利用金属管所用钢材料的高强度保证金属管的高力学性能，可用于高速热蚀环境中，在高温下抗氧化、抗腐蚀和高温强度等方面具有很大的优势。

附图说明

图1为本发明的浇铸工艺后的半成品结构图；

图2为本发明的产品结构图。

具体实施方式

一种耐热蚀复合金属管的制备方法，包括以下步骤：

1、采用立式离心浇铸工艺，以25Cr3Mo3NiNbZr或32Cr2Mo1VA钢管作为外层金属管坯，管坯外径Do=350mm，内径Di=136mm，将其加热到200℃ （具体温度可以由内层金属的熔点和过热度进行计算），作为立式离心浇注时的管模，随离心机旋转，离心机转速为n。将合金GH605或GH4169熔化，在1400-1460℃浇注到外层金属管坯内。在离心力的作用下，浇注的合金将以近似于抛物线的截面形成一个环形浇注合金内层，浇注合金内层的高度h为外层管体的1/2-1/5。

根据浇注合金层的高度h，外层管的内径D_i，按照下式确定浇注时离心机的转速n：

 ，                     

其中g为9.8 N/kg。

外层金属管坯内层浇注上的合金质量m，按照下式计算： 

 ，                     

为浇注合金材料的密度，ω为浇注时离心机的角速度。

浇注时，离心机的转速一直维持在所确定的n值，直至合金冷却到500℃，之后关闭离心机，脱模之后将局部复合金属管坯料空冷至室温。

为了防止液态高温合金在浇注过程中发生氧化，浇注过程在氩气保护下进行。

将冷却至室温后的局部复合金属管坯料内壁上的氧化物进行切削打磨去除，以防止其在热变形过程中发生开裂。

2、热变形