离心铸造钢铜合金管的优点和应用

作者：张馨予

离心铸造钢铜合金管的优点和应用

1、离心铸造钢铜合金管的优点：

1）内外层金属结合强度高。其一，两层金属之间形成良好的过渡层，过渡层的厚度为50~130μm，成为良好的成分梯度过渡区，从而使不同金属因温度变化产生的热应力大幅度下降。其二，内外层金属过渡层剪切强度非常高，是爆炸复合管的3~5倍。通过车削加工下来的钢屑可以看出，两层金属没有出现任何分离和开裂现象，仍然保持一个整体，如同加工单金属一样。

（2）便于制作各种管件。由于两层金属具有良好的过渡层，因此可与单金属钢管相同进行任意冷加工，可以采用传统的单金属管件制作工艺（如液压成型制作三通、四通，模具推制弯头等），直接利用管材制作管件。此外，也可以现场热煨制作小角度弯曲管件。

（3）可以实现内外层金属强韧性互补。由于良好的冶金结合，内外层金属机械性能可以有效互补。如当外层金属采用高强度合金钢时，管材虽可承受更高工作压力，但高强度钢塑性往往偏低；而内层金属采用抗腐蚀的不锈钢，其高塑性则可有效地弥补整体塑性，从而提高管材高压使用条件下的安全性，防止管线脆性破裂。

（4）易于连接和修复。离心铸造的冶金复合管可以任意锯切，可以在管线的任意位置开孔接支线或仪表。即使发生因点蚀带来局部腐蚀渗漏，也不会发生沿结合层的大面积腐蚀，可同常规单金属一样，采用局部焊补修复即可。

（5）可以避免应力集中。由于内外层的材质不同，热膨胀系数也就不同，内外层金属必然产生不同的收缩（或膨胀）。冶金复合管管线焊接后，因其内外层冶金结合，结合强度即为金属本体强度，其应力分散在管段无穷点上，不会发生应力集中。

（6）提高了管线安全性能。当管线发生爆裂时，冶金复合管因其结合方式为冶金结合，内层不锈钢或镍基合金的高韧性会对裂口产生很好的止裂效果，从而避免管线的长距离破坏。

（7）可以用作铸态耐磨复合管。特别是难以热变形的内层耐磨覆层，如热电厂、矿山的煤粉、矿粉、油砂等高磨蚀材料输送使用的耐磨管线，采用外层普通碳钢（易于常规焊接连接）、内层Cr26等高铬耐磨铸铁的双金属复合管。

（8）相对其他各种方法生产的冶金熔合复合管，离心铸造工艺成本低，成材率高。

（9）可以广泛应用于各种行业。这种具有良好冶金结合的复合管，可广泛用于特种锅炉、高腐蚀性油气田、化工行业等腐蚀环境和热电厂、矿山等高磨蚀环境。

2、创新性

（1）过渡层完全冶金熔合，冶金结合强度高。双金属复合钢管的冶金熔合技术，其主要技术原理是利用离心铸造技术，分层浇铸不同合金成分的钢水，使内外层金属熔合控制在一定厚度范围内，形成完全的冶金熔合，其冶金熔合层结合强度明显高于传统爆炸焊接与过盈配合的结合强度。

（2）铁基合金与镍基合金复合在国内尚属首次。虽然离心铸造双金属复合管坯在国内外已有个别钢种报道，但研究都集中在离心浇铸双金属铸态耐磨钢管上，对铁基和镍基合金系统规模化试验甚少。据了解，外10钢/内304、外10钢/内GH600、外12CrMo/内1Cr18Ni9Ti、外20Cr/内1Cr18Ni9Ti、外20Cr/内304、外35CrMo/内0Cr13Mo、外35CrMo/内0Cr13Ni5Mo、外10钢/内60Si2Mn、外10钢/内55CrMnMo等双金属复合管坯的生产试验在国内尚属首次。离心浇铸具有冶金熔合层的双金属复合无缝钢管的制造方法，完全揭示出离心浇铸双金属管坯的熔合本质，因而合格率能达到95%以上。

（3）内外层两种不同材质的双金属复合管坯对于冶金熔合技术要求更为苛刻。目前国内外双金属管的生产工艺大部分采用过盈配合、挤压熔合、爆炸焊接或消失模铸造等工艺，虽然也有利用离心铸造技术生产双金属管的工艺技术，但有关外层材质为碳钢和低合金钢、内层为镍基合金的双金属复合管坯的文献很少。

3、新型复合管的应用范围以及研究前沿

3.1、应用范围

（1）耐腐蚀管线管。高含H2S/CO2油气田的腐蚀环境恶劣，地面管线腐蚀严重，X52NS/2205或者X60/825双金属复合管的使用，提供了一种解决地面管线腐蚀问题的有效途径，无论是技术上还是经济上都优势明显。

（2）耐磨输送管。水泥输送管和钻井泵缸套在要求高耐磨的同时，必须具备良好的强韧性，同时还可进行管段之间的组焊，对整个管道起支撑作用。采用外承压内耐磨的双金属冶金复合管材（外45钢/内Cr26），既能发挥两种材料的性能潜力、提高综合性能，又能降低生产成本、提高经济效益。