离心SHS制备陶瓷不锈钢双层内衬钢管的研究

摘要

钢管在输送物料时，容易受到物料的磨损和腐蚀。在钢管内涂敷耐磨、耐腐蚀的内衬层，如陶瓷内衬钢管，可以提高其使用寿命。为了进一步加强内衬钢管的耐腐蚀性能，本文进行陶瓷不锈钢双层内衬钢管的研究。 本文首先用重力SHS实验研究了铝热反应受体系条件的影响以及铝热剂中各组元与Al反应的活性，在此基础上，进行离心SHS试验，成功制备出内径为ф43mm的陶瓷不锈钢双层内衬钢管。 重力SHS实验得出：在密实填充、填充密度1.3g/cm3、Cr2O3/CrO3=0.75条件下，铝热反应较为平稳，溅射较少，Cr2O3转化较高；在Cr2O3不能完全反应的体系中，不能得到含有Ti的不锈钢层；SiO2与Al有一定反应，因而造成不锈钢层中Si成分较高；陶瓷层中残余Cr2O3含量随铝的过量率增大而减小。 离心SHS试验得出：取Cr2O3/CrO3=0.75组成，加入添加剂，可减少溅射程度；消除钢管与离心机轴差，可以避免内衬层的偏心；铝热剂中SiO2在2％以下，CaF2在4％以上时，陶瓷质量较好；不锈钢层中Al残余量在铝的加入量接近化学计算量时最小。 运用光学显微镜、XRD、SEM和能谱等分析了陶瓷不锈钢双层内衬钢管的组成、微观结构。不锈钢层组织为铁素体和奥氏体；Al含量越大不锈钢层容易越开裂；陶瓷层主要为Al2O3，不含FeAl2O4相。 本文还研究了不锈钢层和陶瓷层的耐腐蚀性能。不锈钢层在0.5mol/LH2SO4溶液中得到的极化曲线，钝化区宽度为1.190V，钝化电流低于1.25×10-4A/cm2，有一定的耐电化学腐蚀性能。全面腐蚀试验发现不锈钢层的耐腐蚀性能不低于1Crl8Ni9。陶瓷层因为不含耐腐蚀性能差的FeAl2O4，具有很高的耐腐蚀性能。 本文使用ANSYS软件对内衬钢管进行热模拟。试算法推导出绝热温度大于2945K。通过热模拟，得出不锈钢层与钢管实现冶金结合的条件，并对试验过程的钢管熔穿问题进行了分析。