SHS-自蔓燃剛玉陶瓷復(fù)合鋼管性能及特點(diǎn)
國家“863”高科技計(jì)劃項(xiàng)目(863-715-21-03-01)、國家“九五”重點(diǎn)支持和推廣的高技術(shù)新材料產(chǎn)品 - 自蔓燃陶瓷復(fù)合鋼管，是采用高技術(shù)生產(chǎn)工藝 - 自蔓燃高溫離心合成法制造。該管從內(nèi)到外分別由鋼玉陶瓷、過渡層、鋼三層組成，陶瓷層是在2200℃以上高溫形成致密剛玉瓷(AL2O3)，通過過渡層同鋼管形成牢固的結(jié)合。復(fù)合管因充分發(fā)揮了鋼管強(qiáng)度高、韌性好、耐沖擊、焊接性能好以及剛玉瓷高硬度、高耐磨、耐蝕、耐熱性好，克服了鋼管硬度低、耐磨性差以及陶瓷韌性差的特點(diǎn)。因此，復(fù)合管具有良好的耐磨、耐熱、耐蝕及抗機(jī)械沖擊與熱沖擊、可焊性好等綜合性能。是輸送顆粒物料、磨削、腐蝕性介質(zhì)等理想的耐磨、耐蝕管道。
該產(chǎn)品于九三年通過了冶金部的成果鑒定，并通過了電力工業(yè)部，冶金工業(yè)部聯(lián)合主持的“大直徑長直管SHS陶瓷復(fù)合鋼管”產(chǎn)品鑒定會(huì)(冶科成鑒定[2003]第053號(hào))。專家一致認(rèn)為：我公司SHS陶瓷復(fù)合鋼管產(chǎn)品具有地位，達(dá)到同類產(chǎn)品國際九十年代水平。是國家“九五”重點(diǎn)推廣的一種新型復(fù)合材料。
公司同冶金部鋼鐵研究總院共同合作，在研究開發(fā)大直徑長直管復(fù)合管產(chǎn)品基礎(chǔ)上，又研究開發(fā)了耐蝕、耐磨、耐熱SHS鋼-瓷復(fù)合板、環(huán)等系列異形產(chǎn)品?？蓮V泛用于冶金、礦山、電力、煤炭、石油化工等行業(yè)，是目前理想的耐磨、耐蝕、耐熱復(fù)合新材料。
一、SHS復(fù)合管機(jī)械性能
AL2O3陶瓷層含AL2O3 ≧ 90 % ，因此耐酸度≧96% ，其耐蝕性比1 Cr18Ni9ti不銹鋼高10倍以上。耐磨性相當(dāng)于司太立合金，比鋼高10倍以上。性能指標(biāo)詳見表1、表2、表3、表4.
l SHS復(fù)合管機(jī)械性能
表一
| 項(xiàng)目材料 | 硬度HV Kg/mm2 | 壓潰 強(qiáng)度 MPa | 表面 質(zhì)量 | 陶瓷層密度 g/c m2 | 抗壓剪切強(qiáng)度(層間結(jié)合強(qiáng)度) | 抗機(jī)械沖擊(機(jī)械能50J點(diǎn)接觸管本,陶瓷層產(chǎn)生裂紋時(shí)沖擊次數(shù))次 | 抗熱震性(加熱淬水三次,陶瓷層出現(xiàn)裂方的溫度)℃ | 清水阻力系數(shù) |
| 碳素 鋼管 | 149 | 411 | ||||||
| SHS 復(fù)合管 | 1100- 1400 | 300-650 | 光滑 | 3.85-3.95 | 15-30 | 15 | 900 | 0.0193 |
l SHS復(fù)合管耐磨腐蝕性(按不銹鋼測(cè)試標(biāo)準(zhǔn))溫度20℃
表二
| 材料 | 10% HCL (g/ m2 · h) | 10%H2SO4 (g/ m2·h) | 30%醋酸 (g/ m2·h) | 30% NaOH (g/ m2.·h) |
| 不銹鋼 | 0.1-1 | 3-4 | 0.1 | 0.1 |
| 復(fù)合管 | 0.08-0.1 | 0.147 | 0.028 | 0 |
l SHS復(fù)合管耐酸度(按耐酸陶瓷標(biāo)準(zhǔn)ZBG94C03-86)
表三
| 材料 | 10% HCL+10% H2SO4+10%HZO3在90℃加熱5小時(shí) |
| 耐酸陶瓷 | 80% |
| SHS 復(fù)合管 | 96-98% |
l SHS復(fù)合管耐酸性能
表四
| 噴砂比試驗(yàn) | 30 % SiO2 泥漿沖刷對(duì)比試驗(yàn) | ||
| 材料 | 體積各減少cm3 | 材料 | 體積損失cm3 |
| 97%氧化鋁管 | 0.0025 | 45# | 25 |
| SHS復(fù)合管 | 0.0022 | SHS復(fù)合管 | 3 |
二、SHS自蔓燃陶瓷復(fù)合管的應(yīng)用
由于該管具有高耐磨、耐蝕、耐熱性能，因此可廣泛應(yīng)用于電力、冶金、礦山、煤炭、化工等行業(yè)作為輸送砂、石、煤粉、灰渣、鋁液等磨削性顆粒物料和腐蝕性介質(zhì)，是一種理想的耐磨蝕管道。
1. 冶金、電力行業(yè)中的應(yīng)用
冶金、電力行業(yè)輸送煤粉、灰渣、泥漿等每年需要消耗大量的金屬管道。采用陶瓷復(fù)合管取代其它管道，具有高耐磨、壽命長、安裝方便、經(jīng)濟(jì)效益顯著之特點(diǎn)。經(jīng)金川有色金屬總公司、攀枝花鋼鐵公司、唐鋼礦業(yè)公司、鞍鋼礦業(yè)公司、電廠、山東聊城電廠、山西陽城電廠、貴州安順電廠、華能重慶珞璜電廠、西柏坡電廠等工業(yè)運(yùn)行，其運(yùn)行壽命鋼管的十幾倍甚至幾十倍以上。
2. 礦山、煤炭行業(yè)中的應(yīng)用
1) 礦山：礦山充填、精礦粉和尾礦運(yùn)送對(duì)管道的磨損嚴(yán)重，以往采用的礦粉輸送管道如攀枝花、大冶礦等使用壽命不到一年，改用該管可使壽命提高5倍左右。
2) 煤炭：選煤及長距離管道輸煤普遍采用濕法輸送，要求輸送管既耐磨又耐蝕，采用該管可做為長壽輸送管，經(jīng)濟(jì)效益可觀。
3. 其它
1) 該管不污染和不粘聯(lián)熔融鋁液。制造對(duì)鐵質(zhì)污染敏感，且使用后需要繁重勞動(dòng)進(jìn)行清理和維修的熔鋁設(shè)備、鋁液輸送管、升液管等是目前理想的材料。
2) 該管由于耐磨性能好且耐熱蝕。適用于輸送含有固體顆粒腐蝕性物料以及高溫腐蝕性氣體、含硫地?zé)崴雀g性介質(zhì)。
三、 SHS-自蔓燃陶瓷復(fù)合管特點(diǎn)
1. 耐磨性好
陶瓷復(fù)合管由于內(nèi)襯層為剛玉陶瓷(a- AL2O3)，莫氏硬度可達(dá)9.0相當(dāng)于HRC90以上。因此對(duì)冶金、電力、礦山、煤炭等行業(yè)所輸送的磨削性介質(zhì)均具有高耐磨性。經(jīng)工業(yè)運(yùn)行證實(shí); 其耐磨壽命是淬水火鋼的十倍甚至幾十倍。
2. 運(yùn)行阻力小
SHS陶瓷復(fù)合管由于內(nèi)表面光滑、且銹蝕，也不像無縫鋼管內(nèi)表面有凸?fàn)盥菪€存在。經(jīng)有關(guān)檢測(cè)單位對(duì)內(nèi)表粗糙度及清水阻力特性測(cè)試，其內(nèi)表面光滑度優(yōu)于任何金屬管道，清阻力系數(shù)為0.0193，比無縫管稍低。因此該管具有運(yùn)行阻力小等特點(diǎn)，可減少運(yùn)行費(fèi)用。
3. 耐腐蝕、防結(jié)垢
由于該鋼陶瓷層為(a- AL2O3)，屬中性特質(zhì)。因此具有耐酸堿和耐海水腐蝕，并同時(shí)具有防垢等特性。
4. 耐溫性能與耐熱沖擊性能好
由于該剛玉陶瓷(a- AL2O3)，為單一穩(wěn)定的晶態(tài)組織。因此復(fù)合管可以-50 ~ 700℃溫度范圍內(nèi)長期正常運(yùn)行。材料線膨脹系數(shù)6-8×10-6/℃,約主為鋼管的1/2左右。材料具有良好的熱穩(wěn)定性。
5.
6. 工程造價(jià)低
陶瓷復(fù)合管重量輕，價(jià)格適宜。比同內(nèi)徑的鑄石管重量輕50% ; 比耐磨合金管重量輕20~30%，且耐磨、耐蝕性好，因?yàn)槭褂脡勖L，從耐支吊架費(fèi)用、搬運(yùn)費(fèi)、安裝費(fèi)以及運(yùn)行費(fèi)用降低。經(jīng)有關(guān)設(shè)計(jì)院和施工單位工程預(yù)算和工程實(shí)際比較，該管工程造價(jià)與鑄石相當(dāng)，與耐磨合金管相比，工程造價(jià)下降20%左右。
7. 安裝施工方便
由于該管重量輕，且焊接性能好。因此可采用焊接、法蘭、快速聯(lián)結(jié)等方式，施工安裝方便，且可減少安裝費(fèi)用。
8. SHS陶瓷復(fù)合鋼管與耐磨合金管、鑄石管性能對(duì)比：見表5
SHS-自蔓鋼燃陶瓷復(fù)合鋼管與耐磨合金管、鑄石管性能比較 見表5
表五
| 序號(hào) | 項(xiàng)目 | 陶瓷復(fù)合鋼管 | 耐磨合金管 | 鑄石管 |
| 1 | 化學(xué)成分 | 陶瓷層 a- AL2O3＞90%鋼管：10#-20# | C:＞0.3% Cr:＞0.5% Si :＞0.6% Ni :＞0.2% Mn:＞0.6% Mo:＞0.3% S: ＜0.1% Re:＞0.4% P:＜0.1% | SiO2 ：47-49% AL2O3 + TiO2 ：16-21% Fe2O3+FeO：14-17% Ca O ：8-11% MgO ：6-8% K2O + Na2O ：2-4% |
| 2 | 密度 g/ cm3 | 陶瓷層3.8-3.95 鋼管：7.85 | 7.8-8.0 | 2.9-3 |
| 3 | 硬度 | 陶瓷層HV1100-1400Kkg/ mm2相當(dāng)于莫氏>9 HRC>90 | HRC>40 | 莫氏：7-8 |
| 4 | 強(qiáng)度 | 壓潰強(qiáng)度： >300-600 MPa 抗剪切強(qiáng)度 >15-30 MPa | 抗拉強(qiáng)度： > 700 MPa | 抗拉強(qiáng)度：600 MPa 抗彎強(qiáng)度：60 MPa |
| 5 | 沖擊韌度 | 機(jī)械能50J點(diǎn)接觸鋼管體陶瓷產(chǎn)生裂紋時(shí)沖擊次數(shù)：15 | < 6 J/ cm2 | 0.14-0.2 J/ cm2 |
| 6 | 抗熱沖擊性能 | 加熱淬水三次，陶瓷層出現(xiàn)裂紋的溫度900℃：好 | 加熱淬水一次，出現(xiàn)裂紋溫度 < 980 ℃：差 | 水浴次數(shù)一次耐溫差20-70 K,破損率，塊數(shù)/破損率：50/14， 差 |
| 7 | 線膨脹系數(shù)10-6/℃ | 0-500 ℃：6-8 | 0-600 ℃：13-14 | 0-500 ℃：7.5-8.0 |
| 8 | 使用溫度 | < 900 ℃ | < 450 ℃ | < 250 ℃ |
| 9 | 壁厚 | 陶瓷層2-6 mm 鋼管 8-18 mm 總厚度 10-25 mm | 12-30 | 鑄石管20-40 mm 填充層>10 mm 鋼管 6-10 mm 總厚度>40 mm |
| 10 | 內(nèi)表面光滑程度 | 光滑 | 差 | 光滑 |
| 11 | 焊接性能 | 優(yōu) | 差 | 較差 |
| 12 | 安裝 | 靈活方便 | 較差 | 差 |
| 注：參考資料 1.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》機(jī)械工業(yè)出版社1991年 2.《輝綠石鑄石制品簡介》企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：Q/SDH1003-2003 3.《耐磨合金管道》山東電力機(jī)械技術(shù)公司 4.《SHS陶瓷復(fù)合鋼管》Q/SDH1001-2003 | ||||
四、SHS陶瓷復(fù)合鋼管運(yùn)輸及安裝注意事項(xiàng)
1. 陶瓷復(fù)合鋼管其硬度高，韌性好。但在搬運(yùn)、安裝過程中，仍需輕搬輕放，避免嚴(yán)重碰撞，特別避免金屬器械直接接觸，或撞擊端面陶瓷。
2. 陶瓷復(fù)合鋼管在安裝過程中需切割時(shí)，可采用碳化硅砂輪片或等離子切割機(jī)切割，不得使用氣割方式進(jìn)行切割。
3. 安裝彎管及異型管件時(shí)，注意管件表面箭頭指示方向，須與輸送介質(zhì)流動(dòng)方向一致，通常情況下，其管件較長一端為出口方向。
4. 管道在安裝時(shí)，管道與管道中心線要對(duì)正，確保兩端面對(duì)接準(zhǔn)確，兩端面錯(cuò)位量要控制在1.0mm以內(nèi)。
5. 選用管道閥門時(shí)，其閥門出口直徑不得大于管道內(nèi)徑。否則，要增設(shè)護(hù)圈以避免介質(zhì)直接沖刷復(fù)合管外部金屬部分。
6. 采用柔性管接套連接安裝管道時(shí)，柔性管道套內(nèi)雙端插入長度調(diào)整對(duì)稱。由于復(fù)合管熱脹系數(shù)為鋼管的1/2，因此伸縮間隙可減少3-5mm。
7. 采用法蘭連接時(shí)，其法蘭端面須與復(fù)合管端面平齊，以確保聯(lián)結(jié)方式的可靠性。如下圖所示
8. 由于復(fù)合管焊接性能優(yōu)良，因此管道聯(lián)結(jié)
9. 方式可采用焊接方式進(jìn)行。但在焊接時(shí)，其坡口采用60°- 90°“V”型坡口，鈍邊P為2-4 mm，不留間隙，宜采用小電焊接。如下圖所示
五、內(nèi)襯耐磨陶瓷復(fù)合鋼管規(guī)格
六、定貨須知
1. 直管定貨時(shí)須提供復(fù)合管的內(nèi)徑、外徑、壁厚、長度。
2. 彎管定貨時(shí)須提供內(nèi)徑、外徑、壁厚、角度、彎曲半徑及兩端加長尺寸。
3. 各種非標(biāo)彎管、大小頭定貨時(shí)須提供圖紙及尺寸。
4. 陶瓷是由離心技術(shù)自蔓燃而形成陶瓷厚度精確值±1mm。
