本發(fā)明屬于復(fù)合管制備工藝，具體涉及一種具有耐燒蝕涂層的復(fù)合管及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著航空航天、軌道交通、石油化工等領(lǐng)域的快速發(fā)展，單一材料已難以滿足極端條件下的使用。高溫合金管材往往被用于高溫、高熱腐蝕應(yīng)力等極端環(huán)境中，但純高溫合金管往往因?yàn)樵靸r昂貴而被限制使用。實(shí)際服役過程中，只有內(nèi)表面金屬與服役環(huán)境接觸，合金管基體并沒有受到服役環(huán)境侵蝕。因此，以高性能的ni-cr基合金為內(nèi)襯，價格相對低廉的cr-ni-mo-v系低合金高強(qiáng)鋼作為管材基體形成復(fù)合管，在保證服役性能的同時能夠大大降低管材成本。

2、ni-cr基內(nèi)襯合金具有室溫和高溫強(qiáng)度高﹑抗氧化性能優(yōu)異﹑耐高溫?zé)g磨損等優(yōu)點(diǎn)，但由于合金化程度較高導(dǎo)致內(nèi)襯合金熔點(diǎn)較低，嚴(yán)苛的高溫服役環(huán)境使復(fù)合管內(nèi)襯容易過熱甚至過燒，導(dǎo)致合金內(nèi)襯耐燒蝕磨損效果較差，從而導(dǎo)致復(fù)合管的壽命降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種具有耐燒蝕涂層的復(fù)合管及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)合管內(nèi)襯耐燒蝕磨損效果差的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明提供一種具有耐燒蝕涂層的復(fù)合管的制備方法，包括以下步驟：

3、制備復(fù)合管：以ni-cr基合金為內(nèi)襯、cr-ni-mo-v系鋼為外層鋼管制備復(fù)合管；

4、滲鋁處理：對所述復(fù)合管的內(nèi)表面進(jìn)行滲鋁處理，得到具有耐燒蝕涂層的復(fù)合管。

5、進(jìn)一步的，在所述制備復(fù)合管的步驟中，包括：

6、熔煉制備ni-cr基合金管坯和cr-ni-mo-v系鋼管坯，將所述ni-cr基合金管坯和外層cr-ni-mo-v系鋼管坯裝配后進(jìn)行熱擠壓，得到擠壓復(fù)合管坯；對所述擠壓復(fù)合管坯進(jìn)行熱處理，獲得所述復(fù)合管。

7、進(jìn)一步的，在所述制備復(fù)合管的步驟中，按重量百分比計(jì)，ni-cr基合金的成分為：c≤0.1％，cr16.0～30.0％，co4～10％，w5～8％，mo3～6％，al2～5％，ti0.5～2.5％，ni余量。

8、進(jìn)一步的，在所述制備復(fù)合管的步驟中，按重量百分比計(jì)，cr-ni-mo-v系鋼的成分為：c0.26～0.33％，si0.17～0.37％，cr0.6～0.9％，ni2.0～2.50％，mo0.2～0.3％，v0.15～0.3％，fe余量。

9、進(jìn)一步的，在所述滲鋁處理步驟中，在滲鋁處理前對所述復(fù)合管的內(nèi)表面進(jìn)行表面處理；所述表面處理包括對復(fù)合管的內(nèi)表面進(jìn)行吹砂和除油。

10、進(jìn)一步的，在所述滲鋁處理步驟中，所述滲鋁處理包括：

11、在復(fù)合管的內(nèi)表面刷涂復(fù)合涂層，然后對復(fù)合管進(jìn)行熱擴(kuò)散處理，冷卻后獲得具有耐燒蝕涂層的復(fù)合管；

12、其中，所述復(fù)合涂層為磷酸鹽和鋁粉的混合物。

13、進(jìn)一步的，所述復(fù)合涂層的厚度至少為40μm；和/或

14、按照重量百分比計(jì)，復(fù)合涂層中鋁粉的含量為6％-10％；和/或

15、復(fù)合涂層中的磷酸鹽為磷酸鋁鉻溶膠。

16、進(jìn)一步的，所述熱擴(kuò)散處理在真空氣氛爐中進(jìn)行；

17、優(yōu)選的，熱擴(kuò)散處理的溫度為700～1000℃；熱擴(kuò)散處理的時間為1～3h。

18、另一方面，本發(fā)明還提供一種具有耐燒蝕涂層的復(fù)合管，所述耐燒蝕涂層包括外層、中間層和內(nèi)層；所述外層為nial層，nial層中彌散分布有富cr固溶體，且nial層的顯微硬度為926hv-940hv；所述中間層為富cr層；所述內(nèi)層為擴(kuò)散層，擴(kuò)散層為富cr層與基體之間的互擴(kuò)散通道；所述基體為復(fù)合管的內(nèi)襯ni-cr基合金。

19、進(jìn)一步的，所述具有耐燒蝕涂層的復(fù)合管采用上述任一項(xiàng)所述的制備方法得到。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有如下有益效果：

21、1.本發(fā)明提供一種具有耐燒蝕涂層的復(fù)合管的制備方法，采用ni-cr基合金管和cr-ni-mo-v系低合金高強(qiáng)鋼管制得復(fù)合管，通過對復(fù)合管的內(nèi)表面進(jìn)行滲鋁處理，在復(fù)合管的內(nèi)表面形成耐燒蝕涂層，提高復(fù)合管內(nèi)管的耐高溫?zé)g能力，從而提高復(fù)合管的使用壽命。

22、其中，耐燒蝕涂層包括nial層、富cr層和擴(kuò)散層；外層的nial層是由向內(nèi)擴(kuò)散的al元素與ni-cr基合金中向外擴(kuò)散的ni在高溫擴(kuò)散中形成，相比純ni-cr基合金，nial層的熔點(diǎn)和熱導(dǎo)率均大幅提高，可提高復(fù)合管的耐高溫?zé)g磨損能力；同時，nial層致密且連續(xù)，并彌散分布大量富cr固溶體，大量的富cr固溶體能夠起到固溶強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化作用，進(jìn)一步提升復(fù)合管的硬度與耐磨性能；再向內(nèi)，由于al元素急劇減少，cr元素含量因?yàn)榭拷黱i-cr基合金基體而迅速上升，形成富cr層，富cr層能夠阻礙外層al元素進(jìn)一步向內(nèi)擴(kuò)散，提高抗內(nèi)氧化能力；富cr層與基體之間存在擴(kuò)散層，作為ni-cr基合金基體元素向外和所滲元素向內(nèi)擴(kuò)散的通道，沒有明顯缺陷，且與基體具有化學(xué)相容性，因此與基體的結(jié)合力良好，進(jìn)一步確保復(fù)合管的耐高溫?zé)g磨損能力。

23、2.本發(fā)明在進(jìn)行滲鋁處理時，在復(fù)合管的內(nèi)表面刷涂復(fù)合涂層后進(jìn)行熱擴(kuò)散處理，其中的復(fù)合涂層為磷酸鋁鉻溶膠和鋁粉的混合物，cr元素的存在實(shí)現(xiàn)al和cr共滲，從而提高復(fù)合管內(nèi)表面的高溫?zé)岣g性，提高涂層致密性；同時，磷酸鋁鉻具有優(yōu)良的粘結(jié)性能，可作為粘結(jié)劑，進(jìn)而確保復(fù)合管的內(nèi)表面的熱穩(wěn)定性優(yōu)良。

24、3.進(jìn)一步地，本發(fā)明提供一種具有耐燒蝕涂層的復(fù)合管，其耐燒蝕涂層包括外層、中間層和內(nèi)層；外層為nial層，中間層為富cr層，內(nèi)層為擴(kuò)散層；其中，nial層相比純ni-cr基合金，nial層的熔點(diǎn)和熱導(dǎo)率均大幅提高，可提高復(fù)合管的耐高溫?zé)g磨損能力；同時，nial層致密且連續(xù)，并彌散分布大量富cr固溶體，大量的富cr固溶體能夠起到固溶強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化作用，進(jìn)一步提升復(fù)合管內(nèi)表面的硬度與耐磨性能；富cr層能夠阻礙外層al元素進(jìn)一步向內(nèi)擴(kuò)散，提高抗內(nèi)氧化能力；擴(kuò)散層與ni-cr合金基體具有化學(xué)相容性，因此與基體的結(jié)合力良好，進(jìn)一步確保復(fù)合管的耐高溫?zé)g磨損能力。

技術(shù)特征：

1.一種具有耐燒蝕涂層的復(fù)合管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有耐燒蝕涂層的復(fù)合管的制備方法，其特征在于，在所述制備復(fù)合管的步驟中，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有耐燒蝕涂層的復(fù)合管的制備方法，其特征在于，在所述制備復(fù)合管的步驟中，按重量百分比計(jì)，ni-cr基合金的成分為：c≤0.1％，cr16.0～30.0％，co4～10％，w5～8％，mo3～6％，al2～5％，ti0.5～2.5％，ni余量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有耐燒蝕涂層的復(fù)合管的制備方法，其特征在于，在所述制備復(fù)合管的步驟中，按重量百分比計(jì)，cr-ni-mo-v系鋼的成分為：c0.26～0.33％，si0.17～0.37％，cr0.6～0.9％，ni2.0～2.50％，mo0.2～0.3％，v0.15～0.3％，fe余量。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有耐燒蝕涂層的復(fù)合管的制備方法，其特征在于，在所述滲鋁處理步驟中，在滲鋁處理前對所述復(fù)合管的內(nèi)表面進(jìn)行表面處理；所述表面處理包括對復(fù)合管的內(nèi)表面進(jìn)行吹砂和除油。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有耐燒蝕涂層的復(fù)合管的制備方法，其特征在于，在所述滲鋁處理步驟中，所述滲鋁處理包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有耐燒蝕涂層的復(fù)合管的制備方法，其特征在于，所述復(fù)合涂層的厚度至少為40μm；和/或

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有耐燒蝕涂層的復(fù)合管的制備方法，其特征在于，所述熱擴(kuò)散處理在真空氣氛爐中進(jìn)行；

9.一種具有耐燒蝕涂層的復(fù)合管，其特征在于，所述耐燒蝕涂層包括外層、中間層和內(nèi)層；所述外層為nial層，nial層中彌散分布有富cr固溶體，且nial層的顯微硬度為926hv-940hv；所述中間層為富cr層；所述內(nèi)層為擴(kuò)散層，擴(kuò)散層為富cr層與基體之間的互擴(kuò)散通道；所述基體為復(fù)合管的內(nèi)襯ni-cr基合金。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的具有耐燒蝕涂層的復(fù)合管，其特征在于，所述具有耐燒蝕涂層的復(fù)合管采用權(quán)利要求1至8任一所述的制備方法得到。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種具有耐燒蝕涂層的復(fù)合管及其制備方法，涉及復(fù)合管制備工藝技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：制備復(fù)合管：以Ni?Cr基合金為內(nèi)襯、Cr?Ni?Mo?V系鋼為外層鋼管制備復(fù)合管；滲鋁處理：對復(fù)合管的內(nèi)表面進(jìn)行滲鋁處理，得到具有耐燒蝕涂層的復(fù)合管。采用Ni?Cr基合金管和Cr?Ni?Mo?V系低合金高強(qiáng)鋼管制得復(fù)合管，通過對復(fù)合管的內(nèi)表面進(jìn)行滲鋁處理，在復(fù)合管的內(nèi)表面形成耐燒蝕涂層，提高復(fù)合管內(nèi)管的耐高溫?zé)g能力，從而提高復(fù)合管的使用壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：孫明月,吳升清,王賀新,徐斌,劉生
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院金屬研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21