河南螺旋管知识：复合钢管
关键词：自蔓延高温合成（SHS）概述丨SHS陶瓷内衬复合钢管丨不锈钢及耐蚀合金内衬复合钢管丨耐腐蚀聚合物内衬复合钢管丨 小口径陶瓷内衬复合弯管
自蔓延高温合成（SHS）概述
自蔓延高温合成（Self-propagating High-temperature Synthesis, 缩写SHS）是利用化学反应自身放热制备材料的新技术。目前已发展成为一个介于燃烧科学与材料科学之间的新学科，用自蔓延技术合成的材料达上千种，它的突出优点是设备简单、工序少、合成速度快、成本低，尤其适用于高温难熔材料的合成。将高温自蔓延合成技术和传统的离心铸造工艺有机结合起来，形成了独特的SHS-离心技术，开创了制备管状环形复合材料的新途径。目前，该技术已经成功地用于陶瓷内衬复合钢管的生产。
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SHS陶瓷内衬复合钢管
SHS-离心法与传统工艺（热喷涂法、等离子喷涂、热装法、爆炸法等）比较有明显的优点：成本低、内衬陶瓷层与钢管结合紧密、制备的复合钢管长度较长（可达5.5米）。SHS-离心法制备的陶瓷内衬复合钢由三层组成，里层为Al2O3陶瓷，中间过渡层为铁，最外层是普通碳钢。陶瓷层是在2000°C以上的高温下形成的，通过过渡层与钢管紧密结合。陶瓷内衬复合钢管综合了氧化铝陶瓷硬度高和化学稳定性好以及外层钢管强度高、塑性好等优点，具有优良的耐磨、耐蚀和良好的耐机械冲击性能。陶瓷层的显微硬度达到HV1100以上，陶瓷层与碳钢的结合强度约为15MPa。陶瓷内衬复合钢管作为耐磨钢管的使用寿命是普通无缝钢管的15-20倍。陶瓷内衬复合钢管已广泛应用于矿山尾矿输送，电厂煤粉和除灰管道等工业领域，并取得了良好的经济效益。
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不锈钢及耐蚀合金内衬复合钢管
SHS-离心法的优点之一是可制备超低碳不锈钢，避免钢中析出碳化物，因此可防止由于碳化物析出造成的晶界附近贫铬，从而提高不锈钢内衬层的抗晶间腐蚀性能。此外，这种方法制备的内衬层可与外层钢管实现牢固的冶金结合。不锈钢内衬复合钢管可代替整体不锈钢管，其成本是整体不锈钢管的1/3，在冶金、石油、化工等领域有广泛的应用前景。 18-8型不锈钢内衬层的成分、物理机械性能以及耐蚀性如表1、2、3所示。除了不锈钢内衬复合钢管外，本课题组还研制开发成功了SHS镍基耐蚀合金内衬复合钢管。镍基合金作为耐腐蚀材料，是在环境恶劣、不锈钢腐蚀速度太快而非金属材料由于磨蚀或其它损坏也不具有长期的使用寿命的情况下才使用的。除了优良的抗腐蚀性能外，镍基合金可焊性好。在抗氧化性方面，镍基合金比耐热钢优越得多。镍基合金还是优良的抗碳化、硫化、氮化和氯化材料，可用于高温腐蚀领域。此外，镍基耐蚀合金的热膨胀系数与碳钢相近，制备过程中内衬层中产生的热应力小，内衬层不容易产生裂纹。镍基合金的价格是不锈钢价格的3～5倍。SHS-离心法制备镍基合金内衬复合钢管的成本是传统工艺制备整体镍基合金管的1/6，这种复合钢管实现工业化规模生产后，将会创造可观的经济效益。
耐腐蚀聚合物内衬复合钢管
耐腐蚀聚合物内衬复合钢管是本课题组最近开发的一种新产品，该复合钢管由三层组成，最里层是聚合物，中间层是氧化铝陶瓷，最外层是碳钢。聚合物内衬层厚度为0.5~1.0mm，最高使用温度是120℃。由于聚合物内衬层与氧化铝陶瓷过渡层之间结合强度高以及内衬层表面光滑，因此该产品具有内衬层不易脱落和输送介质时阻力较小等优点。该产品具有优良的耐腐蚀和耐磨性能，与普通聚合物管相比，不易老化，可承受更高的压力，输送热水时不易结垢，可广泛用于石油、化工、食品、冶金和矿山等行业。例如，在化工行业用于高腐蚀性介质的输送，取代钢管和铸铁管用于输水管道，还可代替水泥管用于污水处理系统。
小口径陶瓷内衬复合弯管
小口径陶瓷内衬弯管用自蔓延重力法制备，该工艺弥补了离心法只适合制备直的规则形状管状样品的不足，即可制备等径的弯管，又可制备变径的直管和弯管。陶瓷内衬弯管的内衬层是Al2O3陶瓷、Al2O3-ZrO2、Al2O3-Cr2O3复合陶瓷，内衬陶瓷层具有优异的耐高温氧化、耐磨和耐高温腐蚀性能，在冶金、化工等工业领域有广泛的应用前景。图2所示的是自蔓延重力法制备的小口径内衬陶瓷复合钢管，这种复合钢管用作高炉喷煤枪已经在国内几家大型钢铁企业获得成功应用。
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