CN110117751B - 一种耐磨耐腐蚀双金属复合管材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐磨耐腐蚀双金属复合管材料及其制备方法，该双金属复合管内壁采用含碳化物马氏体耐磨球墨铸铁，外壁使用低合金耐磨钢。制作时，先浇注管内壁，内壁外表面有数个凸起，冷却至低温或常温后，将内壁放入铸型，熔炼外壁钢液，然后浇注管外壁，靠数个凸起，将管内外壁牢牢联合在一起；双金属管毛坯浇注完成后，进行清理、打磨，然后整体进行热处理。制备的双金属复合管克服了现有技术制作的双金属复合管的不足，具有成本低、良好的耐磨性、耐腐蚀性等特点。

Description

一种耐磨耐腐蚀双金属复合管材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种双金属复合管材料及其制备方法，属于金属材料及加工技术领域。
背景技术
输送管道在石油、化工、核电等行业流体运输过程中起着举足轻重的作用，随着现代工业的快速发展，输送的流体物种越来越繁多、使用工况和环境介质越来越复杂等因素，对输送管道产品的综合性能也提出了越来越高的要求，传统的材料已不能满足使用工况，单一材质的输送管道正在被逐渐淘汰，从而，双金属复合管材料及其生产技术得到快速发展，双金属管道被越来越多应用。
双金属管道常规的设计原则是管道外表面满足管道设计许用压力和应力，管道内表面(内壁)耐腐蚀、耐磨损、耐流体的冲刷力等。双金属复合管兼具有外表面和内壁材料的所有特点，相对整体碳钢管或合金管而言，双金属复合管使用安全性、可靠性、使用寿命都较单一材质管道有较大提高。
近年来，关于提高双金属复合管耐腐蚀、耐磨损和使用寿命及性能方面科研工作者进行了大量研究，国内开发了几种双金属复合管材料和结构。目前，双金属管道主要有以下技术：
专利CN104328334A公开了一种“双金属复合管用高耐磨高铬铸铁及其制备方法”，该发明中铬(Cr)元素含量高达9.0％～14.0％，显著增加了成本，还添加少量的V、Ti元素，又增加了原材料成本。且该发明的材料力学性能为：HRC：40～50，冲击韧性仅为：3～5j/cm2，力学性能指标显然不高。
专利CN101774010A公开了“双金属冶金复合耐磨管坯的生产方法”，该专利采用先浇注外层金属液后浇注内层金属液的方法，制备了一种双金属管。该发明外层为普碳钢或低合金高强度钢材料，内层为高铬白口铸铁材料。因两者材料成分不同，合金含量差别大，收缩系数必然不一致。所以，两者达到完全冶金熔合很困难，两者冷却后，两者之间必然存在一定的缝隙。另外，这种工艺在实际生产中，不易控制。该发明，外层为普碳钢或低合金高强度钢材料，内层为高铬白口铸铁材料。其中，高铬白口铸铁材料为Cr26、Cr15，合金成本也很高。
专利CN201680072U公开了一种“耐磨耐热耐腐蚀复合管道”，该复合管道通过真空负压铸渗工艺将高铬铸铁合金与多孔SiC陶瓷高温复合于碳钢管道内表面。该专利所用高铬铸铁中铬(Cr)含量高达28～30％，且生产中需要提前采用细钉把多孔SiC陶瓷固定在内壁上，浇注时，铁水冲击力很大，SiC陶瓷有被冲走的可能。
专利CN101603613A公开了“一种双金属耐磨复合管”，该发明外壁采用钢管，内壁使用合金，且两者为冶金结合。首先该内壁合金使用了镍(镍：0.85～1.12％)、钼(钼：1.33～1.66％)等贵重金属，增加了原材料成本，该发明中没有揭示使用该发明所能达到的力学性能、金相组织形貌等相关指标。
综上所述，目前双金属管普遍采用外壁为碳钢或合金钢，内壁为高铬白口铸铁或高铬白口铸铁镶嵌陶瓷颗粒等类型，制备的双金属管存在以下几种缺陷和不足：首先，内壁采用高铬白口铸铁，原材料制造成本高，双金属管采用液-液复合或一种浇注完之后冷却到一定温度再浇注另外一种金属，两者很难达到冶金组合，两者之间存在一定的间隙，在使用过程中安全性得不到保证。为此，急切需要开发一种低成本、性能优异，安全性有保障的双金属复合管。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足而提供一种耐磨耐腐蚀双金属复合管材料及其制备方法，该双金属复合管具有成本低、良好的耐磨性、耐腐蚀性等特点，在石油、化工、海洋、核电等行业应用前景广阔。
本发明采取的技术方案为：
一种耐磨耐腐蚀双金属复合管材料，管内壁采用含碳化物马氏体耐磨球墨铸铁，化学成分重量百分比：C：3.5～3.8％，Si:1.9～2.3％，Mn:1～1.5％，Cr:0.1～0.3％，B：0.02～0.25％，V:0.1～0.28％，Mo:0.8～1％，Ni:0.6～0.8％，Cu:0.8～1.0％，Nb:0.1～0.3％，N:0.05～0.2％，Ce:0.02～0.03％，Mg:0.03～0.05，Re:0.03～0.05％，S、P≤0.03％，余量为Fe及杂质，且杂质的总量≤0.06％；
外表面采用低合金耐磨钢，化学成分重量百分比：C：0.15～0.35％，Si:0.3～0.6％，Mn:0.8～1.0％，Cr:0.6～1.6％，Mo:0.8～1％，Ni:1～1.5％，Cu:0.8～1.9％，Nb:0.1～0.3％，N:0.1～0.3％，Re:0.1～0.3％,S、P≤0.03％，余量为Fe及杂质，且杂质的总量≤0.05％。
上述耐磨耐腐蚀双金属复合管材料的制备方法，包括步骤如下：
(1)先浇注内壁：
a.首先根据要求设计内壁厚度和内壁外表面，内壁外表面设计数个凸起；
b.按上述元素的质量百分比配置原材料，称取所需重量的原材料：生铁、废钢、硅铁、锰铁、铬铁、硼铁、钒铁、镍、铜、铌铁、球化剂、氮化锰、稀土硅铁、铈碳化硅；
c.原料熔炼，选择合理的顺序和适宜的时间加入除关键合金和球化剂外的材料熔炼，当铁液熔炼温度达到1500～1550℃时，出铁到球化处理包内；
d.关键合金的加入与球化孕育处理，为保证稀有元素的收得率，将铬铁、硼铁、钒铁、铌铁、氮化锰、铈碳化硅砸成3～5mm的小块，烘干后放入浇包中，浇包最底部放球化剂，铬铁、硼铁、钒铁、铌铁、氮化锰、铈碳化硅和孕育剂放在球化剂上部，最上面覆盖占铁水质量1％的铁片，以防止过早进行球化反应，将熔化好的铁液冲入球化处理包中，待铁液反应完毕后打渣，静置；
e.浇注成型，将球化孕育好的铁水浇注铸型中，当铁液冷却凝固后,获得铸态球墨铸铁管，清理，抛光；
(2)将内壁放入铸型，熔炼外壁钢液，然后浇注外壁，靠数个凸起，将内外管壁牢牢联合在一起：
a.根据整体造型，熔炼低合金钢，将制备好的内壁放入铸型中，浇注低合金钢钢液，热的外钢液将数个凸起包裹，根据热胀冷缩的原理，待外钢液冷却后，会将凸起包裹的更紧密实现无缝连接，冷却成型后，制备好双金属管毛坯；清理打磨；
b.对双金属管进行整体热处理，先升温保温，保温时间达到后，进行淬火，然后进行回火处理；
c.抛丸、检测尺寸与性能，入库。
上述制备方法中，步骤(1)c所述的加料顺序为：生铁－废钢，部分铁合金－废钢，熔清废钢后进行炉前分析再加入中间合金，然后调整钢液成分；所述的关键合金为铬铁、硼铁和钒铁、铌铁、氮化锰、铈碳化硅。
步骤(2)b所述的升温保温为600℃以下每小时升温速度控制在80～100℃，并分别在300℃和600℃进行保温1小时，600℃后，快速升温至880～920℃进行保温，保温时间根据双金属壁厚进行计算，一般每25mm保温1小时。所述的淬火液选用8～10％NaCl水溶液或者淬火液或者淬火油。所述的回火温度为200～245℃。
本发明的有益效果是：
(1)本发明双金属复合管内壁采用的是一种碳化物的马氏体球墨铸铁材料。该复合管内壁材料，在制作过程中，通过加入铬、钒、硼、铈、氮、铌等元素，对材料进行微合金化处理，并且经过大量正交实验，得到这些元素的加入量(重量百分比)最佳范围：Mn:1～1.5％，Cr:0.1～0.3％，B：0.02～0.25％，V:0.1～0.28％，Mo:0.8～1％，Ni:0.6～0.8％，Cu:0.8～1.0％，Nb:0.1～0.3％，N:0.05～0.2％，Ce:0.02～0.03％，当这些元素加入量在此范围时，材料热处理后金相组织中含有马氏体基体和块状、颗粒状弥散分布的碳化物，这样的组织结构对于提高材料的耐磨性、耐腐蚀性起到了有力促进作用。同时，相对普通高铬铸铁(一般Cr大于15％)而言，合金成本大幅降低，因此该材料具有很高的性价比。
组织决定使用性能，该双金属复合管内壁的材料的金相组织中含有一定数量的独立分布(弥散分布)的颗粒状、块状碳化物，该碳化物具有很高的硬度(HV2400～2600)，使得管内壁具有良好的耐磨性。由于组织中碳化物呈现独立分布(有的碳化物呈现弥散分布)，降低了割裂基体的作用，所以使得材料具有良好的韧性。经检测，热处理后，管内壁力学性能指标：HRC59～61，冲击韧性：8～12j/cm2。硬度与高铬铸铁相当，冲击韧性是高铬铸铁的2～3倍。宏观硬度和碳化物本身硬度有利于提高材料的耐磨性和腐蚀性，韧性有利的保证了材料在使用过程中出现破碎或开裂的可能，从而提高了使用可靠性。
另外：内壁金属管经过热处理后为一种含有碳化物的马氏体球墨铸铁材料，这种金相组织中，含有石墨球、马氏体基体上分布一定数量的弥散分布的颗粒状、块状碳化物，使得材料不仅具有优异的耐磨性，本发明内壁金属管还具有良好的耐腐蚀特性。
(2)制备方法采用先浇注完内壁，内壁外表面有数个凸起，冷却至(300℃以下)低温或常温后，将内壁放入铸型，熔炼外壁钢液，然后浇注外壁，靠数个凸起，将内外管壁牢牢联合在一起。热的外钢液将数个凸起包裹，根据热胀冷缩的原理，待外钢液冷却后，会将凸起包裹的更紧密，所以不会出现任何缝隙，这也是优越于离心铸造双金属管的优点之一。
(3)双金属管毛坯浇注完成后，进行清理，然后整体进行热处理，本发明管内壁为合金化球墨铸铁，外壁为低合金钢，经过测试两者的热处理曲线，可以得出两者淬火和回火的温度范围是基本一致的，因此两者在淬火过程中相变的温度点是基本一致的，在同一个温度点进行热处理，不会在热处理过程中出现开裂或者裂纹的可能，且本发明的更为方便的是：热处理过程采用8％～10％NaCl水溶液或者淬火液或者淬火油三者中任意一个均可，均可以达到最终的目的，热处理过程更为简单和节约能源。
另外：本发明选用三种淬火介质均是液体，即保温时间达到之后，直接将铸件放入液体淬火介质中，这对于保证淬火的均匀性和一致性是有利的，可以使得淬火后铸件各个部位的力学性能指标一致。从而保证了双金属管在使用过程的安全和可靠。
热处理后双金属管内壁力学性能指标：HRC59～61，冲击韧性：8～12j/cm2；外壁力学性能指标：HRC49～51，冲击韧性：68～80j/cm2。
(4)本发明所述的一种耐磨耐腐蚀双金属复合管材料的制备方法，管内壁制备的含碳化物马氏体球墨铸铁热处理后最终的金相组织为：马氏体+碳化物+石墨球+少量残余奥氏体。其中：碳化物为独立分布，呈现块状、弥散颗粒状，碳化物具有很高的硬度(HV2400～2600)。
本发明的双金属管，不仅具有良好的耐磨性，还具有优异的耐腐蚀性能，与现有技术中金属管性能测试比较结果如下表。表1为几种介质综合使用统计的结果。表中涉及的几种对比管道厚度一致。
表1
Figure BDA0002097825890000051
附图说明
图1为本发明双金属复合管内壁外表面(单个)凸起结构示意图；
图2为本发明制得的双金属复合管内壁金属材料组织形貌图。
具体实施方式
本发明具体实施方式中耐磨耐腐蚀双金属复合管材料外壁均采用低合金耐磨钢，化学成分重量百分比：C：0.15～0.35％，Si:0.3～0.6％，Mn:0.8～1.0％，Cr:0.6～1.6％，Mo:0.8～1％，Ni:1～1.5％，Cu:0.8～1.9％，Nb:0.1～0.3％，N:0.1～0.3％，Re:0.1～0.3％,S、P≤0.03％，余量为Fe及杂质，且杂质的总量≤0.05％。下面结合具体实施例进一步说明。
实施例1
耐磨耐腐蚀双金属复合管材料的制备方法，包括步骤如下：
(一)、制备内壁：
⑴第一步，造型。首先根据双金属管的图纸要求，设计内壁厚度和内壁外表面，内壁外表面设计数个凸起，这些凸起当外壁金属液浇注时，会被外表面金属液体包围，根据热胀冷缩原理，随着外表面金属液体温度的不断降低，这些凸起会被包裹越紧实，然后造型。
⑵第二步，配置原材料。称取所需重量的原材料：生铁、废钢、硅铁、锰铁、铬铁、硼铁、钒铁、镍、铜、铌铁、球化剂、氮化锰、稀土硅铁、铈碳化硅。
⑶第三步，原料的熔炼。根据材质成分要求，各种炉料均应干净且不含杂质。金属炉料要选择合理的顺序和适宜的时间加入。加料顺序为：生铁－废钢，部分铁合金－废钢，熔清废钢后进行炉前分析再加入中间合金，然后调整钢液成分。当铁液熔炼温度达到1550℃时，出铁到球化处理包内。
⑷第四步，关键合金加入与球化孕育处理。为了保证铬、硼、钒、铌、氮、铈的吸收，将铬铁、硼铁、钒铁、铌铁、氮化锰、铈碳化硅砸成3～5mm的小块，烘干后放入浇包中，浇包最底部放球化剂，铬铁、硼铁、钒铁、铌铁、氮化锰、铈碳化硅和孕育剂放在球化剂上部，最上面覆盖占铁水质量1％的铁片，以防止过早进行球化反应。将第三步熔化好的铁液冲入球化处理包中，待铁液反应完毕后打渣，静置，然后浇注。
⑸第五步，浇注成型。将球化孕育好的铁水浇注铸型中，铸型是覆膜砂铸型或消失模铸型或水玻璃铸型等。当铁液冷却凝固后，获得铸态球墨铸铁管。
⑹第六步，清理，抛光。将第五步制备的球墨铸铁管进行清理打磨和抛光，待用。
(二)将内壁放入铸型，熔炼外壁钢液，然后浇注外壁：
⑺第七步，根据图纸，整体造型，熔炼低合金钢铁水，将第六步制备好的内壁放入铸型中，浇注低合金钢钢液，冷却成型后，制备好双金属管毛坯。
⑻第八步，清理打磨。
⑼第九步，热处理。对双金属管进行热处理，600℃以下每小时升温速度控制在80～100℃，并分别在300℃和600℃进行保温1小时，600℃后，快速升温至～900℃进行保温，保温时间根据双金属壁厚进行计算，一般每25mm保温1小时。保温时间达到后，进行淬火，淬火液选用8％NaCl水溶液。淬火完毕后一般立即进行回火，回火温度235℃，回火时间3小时。
⑽第十步，抛丸、检测尺寸与性能，入库。
利用光谱仪分析双金属管内壁的重量百分比含量为：C：3.8％，Si:2.3％，Mn:1.5％，Cr:0.3％，B：0.25％，V:0.28％，Mo:1％，Ni:0.8％，Cu:1.0％，Nb:0.3％，N:0.2％，Ce:0.03％，Mg:0.05，Re:0.05％，S、P0.02％，余量为Fe及杂质。热处理后双金属管内壁力学性能指标：HRC61，冲击韧性：12j/cm2。
实施例2
耐磨耐腐蚀双金属复合管材料的制备方法，包括步骤如下：
(一)、制备内壁：
⑴第一步，造型。首先根据双金属管的图纸要求，设计内壁厚度和内壁外表面，内壁外表面设计数个凸起，这些凸起当外壁金属液浇注时，会被外表面金属液体包围，根据热胀冷缩原理，随着外表面金属液体温度的不断降低，这些凸起会被包裹越紧实，然后造型。
⑵第二步，配置原材料。称取所需重量的原材料：生铁、废钢、硅铁、锰铁、铬铁、硼铁、钒铁、镍、铜、铌铁、球化剂、氮化锰、稀土硅铁、铈碳化硅。
⑶第三步，原料的熔炼。根据材质成分要求，各种炉料均应干净且不含杂质。金属炉料要选择合理的顺序和适宜的时间加入。加料顺序为：生铁－废钢，部分铁合金－废钢，熔清废钢后进行炉前分析再加入中间合金，然后调整钢液成分。当铁液熔炼温度达到1530℃时，出铁到球化处理包内。
⑷第四步，关键合金加入与球化孕育处理。为了保证铬、硼、钒、铌、氮、铈的吸收，将铬铁、硼铁、钒铁、铌铁、氮化锰、铈碳化硅砸成3～5mm的小块，烘干后放入浇包中，浇包最底部放球化剂，铬铁、硼铁、钒铁、铌铁、氮化锰、铈碳化硅和孕育剂放在球化剂上部，最上面覆盖占铁水质量1％的铁片，以防止过早进行球化反应。将第三步熔化好的铁液冲入球化处理包中，待铁液反应完毕后打渣，静置，然后浇注。
⑸第五步，浇注成型。将球化孕育好的铁水浇注铸型中，铸型是覆膜砂铸型或消失模铸型或水玻璃铸型等。当铁液冷却凝固后，获得铸态球墨铸铁管。
⑹第六步，清理，抛光。将第五步制备的球墨铸铁管进行清理打磨和抛光，待用。
(二)将内壁放入铸型，熔炼外壁钢液，然后浇注外壁：
⑺第七步，根据图纸，整体造型，熔炼低合金钢铁水，将第六步制备好的内壁放入铸型中，浇注低合金钢钢液，冷却成型后，制备好双金属管毛坯。
⑻第八步，清理打磨。
⑼第九步，热处理。对双金属管进行热处理，600℃以下每小时升温速度控制在80～100℃，并分别在300℃和600℃进行保温1小时，600℃后，快速升温至890℃进行保温，保温时间根据双金属壁厚进行计算，一般每25mm保温1小时。保温时间达到后，进行淬火，淬火液选用淬火液。淬火完毕后一般立即进行回火，回火温度225℃，回火时间2.5小时。
⑽第十步，抛丸、检测尺寸与性能，入库。
利用光谱仪分析双金属管内壁的重量百分比含量为：C：3.7％，Si:2.2％，Mn:1.3％，Cr:0.25％，B：0.23％，V:0.25％，Mo:0.9％，Ni:0.8％，Cu:1.0％，Nb:0.3％，N:0.2％，Ce:0.03％，Mg:0.04％，Re:0.04％，S：0.03％，P：0.03％，余量为Fe及杂质。热处理后双金属管内壁力学性能指标：HRC60，冲击韧性：11j/cm2。
实施例3
耐磨耐腐蚀双金属复合管材料的制备方法，包括步骤如下：
(一)、制备内壁：
⑴第一步，造型。首先根据双金属管的图纸要求，设计内壁厚度和内壁外表面，内壁外表面设计数个凸起，这些凸起当外壁金属液浇注时，会被外表面金属液体包围，根据热胀冷缩原理，随着外表面金属液体温度的不断降低，这些凸起会被包裹越紧实，然后造型。
⑵第二步，配置原材料。按原料元素的质量百分比：C：3.5～3.8％，Si:1.9～2.3％，Mn:1～1.5％，Cr:0.1～0.3％，B：0.02～0.25％，V:0.1～0.28％，Mo:0.8～1％，Ni:0.6～0.8％，Cu:0.8～1.0％，Nb:0.1～0.3％，N:0.05～0.2％，Ce:0.02～0.03％，Mg:0.03～0.05，Re:0.03～0.05％，S、P≤0.03％，余量为Fe及杂质。称取所需重量的原材料：生铁、废钢、硅铁、锰铁、铬铁、硼铁、钒铁、镍、铜、铌铁、球化剂、氮化锰、稀土硅铁、铈碳化硅。
⑶第三步，原料的熔炼。根据材质成分要求，各种炉料均应干净且不含杂质。金属炉料要选择合理的顺序和适宜的时间加入。加料顺序为：生铁－废钢，部分铁合金－废钢，熔清废钢后进行炉前分析再加入中间合金，然后调整钢液成分。当铁液熔炼温度达到1500℃时，出铁到球化处理包内。
⑷第四步，关键合金加入与球化孕育处理。为了保证铬、硼、钒、铌、氮、铈的吸收，将铬铁、硼铁、钒铁、铌铁、氮化锰、铈碳化硅砸成3～5mm的小块，烘干后放入浇包中，浇包最底部放球化剂，铬铁、硼铁、钒铁、铌铁、氮化锰、铈碳化硅和孕育剂放在球化剂上部，最上面覆盖占铁水质量1％的铁片，以防止过早进行球化反应。将第三步熔化好的铁液冲入球化处理包中，待铁液反应完毕后打渣，静置，然后浇注。
⑸第五步，浇注成型。将球化孕育好的铁水浇注铸型中，铸型是覆膜砂铸型或消失模铸型或水玻璃铸型等。当铁液冷却凝固后，获得铸态球墨铸铁管。
⑹第六步，清理，抛光。将第五步制备的球墨铸铁管进行清理打磨和抛光，待用。
(二)将内壁放入铸型，熔炼外壁钢液，然后浇注外壁：
⑺第七步，根据图纸，整体造型，熔炼低合金钢铁水，将第六步制备好的内壁放入铸型中，浇注低合金钢钢液，冷却成型后，制备好双金属管毛坯。
⑻第八步，清理打磨。
⑼第九步，热处理。对双金属管进行热处理，600℃以下每小时升温速度控制在80～100℃，并分别在300℃和600℃进行保温1小时，600℃后，快速升温至920℃进行保温，保温时间根据双金属壁厚进行计算，一般每25mm保温1小时。保温时间达到后，进行淬火，淬火液选用10％NaCl水溶液。淬火完毕后一般立即进行回火，回火温度245℃，回火时间2小时。
⑽第十步，抛丸、检测尺寸与性能，入库。
利用光谱仪分析双金属管内壁的重量百分比含量为：C：3.6％，Si:2.1％，Mn:1.0％，Cr:0.26％，B：0.22％，V:0.26％，Mo:0.88％，Ni:0.76％，Cu:0.96％，Nb:0.26％，N:0.18％，Ce:0.03％，Mg:0.04％，Re:0.04％，S：0.025％，P：0.026％，余量为Fe及杂质。热处理后双金属管内壁力学性能指标：HRC61，冲击韧性：10j/cm2。
实施例4
耐磨耐腐蚀双金属复合管材料的制备方法，包括步骤如下：
(一)、制备内壁：
⑴第一步，造型。首先根据双金属管的图纸要求，设计内壁厚度和内壁外表面，内壁外表面设计数个凸起，这些凸起当外壁金属液浇注时，会被外表面金属液体包围，根据热胀冷缩原理，随着外表面金属液体温度的不断降低，这些凸起会被包裹越紧实，然后造型。
⑵第二步，配置原材料。称取所需重量的原材料：生铁、废钢、硅铁、锰铁、铬铁、硼铁、钒铁、镍、铜、铌铁、球化剂、氮化锰、稀土硅铁、铈碳化硅。
⑶第三步，原料的熔炼。根据材质成分要求，各种炉料均应干净且不含杂质。金属炉料要选择合理的顺序和适宜的时间加入。加料顺序为：生铁－废钢，部分铁合金－废钢，熔清废钢后进行炉前分析再加入中间合金，然后调整钢液成分。当铁液熔炼温度达到1530℃时，出铁到球化处理包内。
⑷第四步，关键合金加入与球化孕育处理。为了保证铬、硼、钒、铌、氮、铈的吸收，将铬铁、硼铁、钒铁、铌铁、氮化锰、铈碳化硅砸成3～5mm的小块，烘干后放入浇包中，浇包最底部放球化剂，铬铁、硼铁、钒铁、铌铁、氮化锰、铈碳化硅和孕育剂放在球化剂上部，最上面覆盖占铁水质量1％的铁片，以防止过早进行球化反应。将第三步熔化好的铁液冲入球化处理包中，待铁液反应完毕后打渣，静置，然后浇注。
⑸第五步，浇注成型。将球化孕育好的铁水浇注铸型中，铸型是覆膜砂铸型或消失模铸型或水玻璃铸型等。当铁液冷却凝固后，获得铸态球墨铸铁管。
⑹第六步，清理，抛光。将第五步制备的球墨铸铁管进行清理打磨和抛光，待用。
(二)将内壁放入铸型，熔炼外壁钢液，然后浇注外壁：
⑺第七步，根据图纸，整体造型，熔炼低合金钢铁水，将第六步制备好的内壁放入铸型中，浇注低合金钢钢液，冷却成型后，制备好双金属管毛坯。
⑻第八步，清理打磨。
⑼第九步，热处理。对双金属管进行热处理，600℃以下每小时升温速度控制在80～100℃，并分别在300℃和600℃进行保温1小时，600℃后，快速升温至880℃进行保温，保温时间根据双金属壁厚进行计算，一般每25mm保温1小时。保温时间达到后，进行淬火，淬火液选用淬火油。淬火完毕后一般立即进行回火，回火温度245℃，回火时间3小时。
⑽第十步，抛丸、检测尺寸与性能，入库。
利用光谱仪分析双金属管内壁的重量百分比含量为：C：3.61％，Si:2.21％，Mn:1.3％，Cr:0.27％，B：0.23％，V:0.26％，Mo:0.98％，Ni:0.75％，Cu:0.96％，Nb:0.24％，N:0.18％，Ce:0.03％，Mg:0.04％，Re:0.04％，S：0.021％，P：0.023％，余量为Fe及杂质。热处理后双金属管内壁力学性能指标：HRC60，冲击韧性：11j/cm2。
以上优选实例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种耐磨耐腐蚀双金属复合管材料，其特征是，管内壁采用含碳化物马氏体耐磨球墨铸铁，这种材料金相组织中，含有马氏体基体和块状、颗粒状弥散分布的碳化物，化学成分重量百分比：C：3.5～3.8%，Si:1.9～2.3%，Mn:1～1.5%，Cr:0.1～0.3%，B：0.02～0.25%，V:0.1～0.28%，Mo: 0.8～1%，Ni:0.6～0.8%，Cu: 0.8～1.0%，Nb:0.1～0.3%，N:0.05～0.2%，Ce:0.02～0.03%，Mg:0.03～0.05，Re:0.03～0.05%，S、P≤0.03%，余量为 Fe 及杂质，且杂质的总量≤0.06%；
外表面采用低合金耐磨钢；化学成分重量百分比：C：0.15～0.35%，Si:0.3～0.6%，Mn:0.8～1.0%，Cr:0.6～1.6%，Mo: 0.8～1%，Ni:1～1.5%，Cu: 0.8～1.9%，Nb:0.1～0.3%，N:0.1～0.3%，Re:0.1～0.3%,S、P≤0.03%，余量为 Fe 及杂质，且杂质的总量≤0.05%。
2.权利要求 1 所述的一种耐磨耐腐蚀双金属复合管材料的制备方法，其特征是，包括步骤如下：
（1） 先浇注内壁：
a.首先根据要求设计内壁厚度和内壁外表面，内壁外表面设计数个凸起；
b.按上述元素的质量百分比配置原材料，称取所需重量的原材料：生铁、废钢、硅铁、锰铁、铬铁、硼铁、钒铁、镍、铜、铌铁、球化剂、氮化锰、稀土硅铁、铈碳化硅；
c.原料熔炼，选择合理的顺序和适宜的时间加入除关键合金和球化剂外的材料熔炼，当铁液熔炼温度达到 1500～1550℃时，出铁到球化处理包内；
d.关键合金的加入与球化孕育处理，将铬铁、硼铁、钒铁、铌铁、氮化锰、铈碳化硅砸成3～5mm 的小块，烘干后放入浇包中，浇包最底部放球化剂，铬铁、硼铁、钒铁、铌铁、氮化锰、铈碳化硅和孕育剂放在球化剂上部，最上面覆盖占铁水质量 1%的铁片，以防止过早进行球化反应，将熔化好的铁液冲入球化处理包中，待铁液反应完毕后打渣，静置；
e.浇注成型，将球化孕育好的铁水浇注铸型中，当铁液冷却凝固后，获得铸态球墨铸铁管，清理，抛光；
（2） 将内壁放入铸型，熔炼外壁钢液，然后浇注外壁，靠数个凸起，将内外管壁牢牢联合在一起：
a.根据整体造型，熔炼低合金钢，将制备好的内壁放入铸型中，浇注低合金钢钢液，热的外钢液将数个凸起包裹，根据热胀冷缩的原理，待外钢液冷却后，外壁钢合金会将凸起包裹的更紧密从而实现无缝连接，冷却成型后，制备好双金属管毛坯；清理打磨；
b.对双金属管整体进行热处理，先升温保温，保温时间达到后，进行淬火，然后进行回火处理；所述的升温保温为 600℃以下每小时升温速度控制在 80～100℃，并分别在 300℃和600℃进行保温 1 小时，600℃后，快速升温至 880～920℃进行保温，保温时间根据双金属壁厚进行计算，每 25mm 保温 1 小时；
c.抛丸、检测尺寸与性能，入库。
3.根据权利要求 2 所述的一种耐磨耐腐蚀双金属复合管材料的制备方法，其特征是，步骤（1）c 所述的加料顺序为：生铁－废钢，部分铁合金－废钢，熔清废钢后进行炉前分析再加入中间合金，然后调整钢液成分；所述的关键合金为铬铁、硼铁和钒铁、铌铁、氮化锰、铈碳化硅。
4.根据权利要求 2 所述的一种耐磨耐腐蚀双金属复合管材料的制备方法，其特征是，所述的淬火液选用 8～10%NaCl 水溶液或者淬火油。
5.根据权利要求 2 所述的一种耐磨耐腐蚀双金属复合管材料的制备方法，其特征是，所述的回火温度为 200～245℃。
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