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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φ43mm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1Cr18Ni9。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。