D0I:10.13374/j.issnl001053x.1994.04.007 第16卷第4期 北京科技大学学报 Vol.16 No.4 1994年8月 Joural of University of Science and Technology Beijing Ag.1994 陶瓷内衬钢管的研究 殷声叶宏煜 郭志猛王绪 赖和怡 北京科技大学材料科学与工程系，北京100083 摘要采用SHS-离心法制备陶瓷内村钢管时，离心力对FO,和A1的然烧过程及其 产物的相分高和组织有重要影响，陶瓷内衬钢管具有良好的机械性能和耐蚀性·计算表明，复合 钢管中，陶瓷层受压应力，金属管受张应力，这种残余应力分布使复合管具有良好的抗机械冲击 和抗热冲击性， 关續调陶瓷，钢管，高心力/自蔓燃烧高温合成 中图分类号TQ147,75816 An Investigation on Ceramic Lined Steel Pipe Yin Sheng Ye Hongyu Guo Zhimeng Wang Xu Lai Heyi Department of Materials Science and Engineering.USTB.Beijing 100083.PRC ABSTRACT Ceramic lined steel pipe was produced by centrifugal-SHS process.Centrigugal force effects on the combustion process,the phase separation and microstructure of SHS products.Mechanical properties and corrosion resistance of the ceramic lined steel pipe are good enough for practical purposes.The calculation of residual stress shows that ceramic layer is compressed by the outer metal pipe and outer metal pipe is in tension.This type of distribution of residual stress gives high resistance against thermal and mechanical shock. KEY WORDS ceramic,steel pipe,centrifugal force/self-propagating high-temperature synthesis 铝热~离心法，或称SHS-离心法，是近十几年发展起来的制造陶瓷内衬钢管的新技 术，Merzhanov A G对离心力场下自蔓然高温合成(Self-Propagating High一temperature Synthesi,简称SHS)做了许多基础工作)，小田原修采用铝热-离心法制造出长5.5m的陶 瓷内村钢管，并实用于铝液和高温腐蚀气体的输运()，陶瓷内村钢管具有良好耐蚀、耐磨 以及抗热震、抗机械冲击性能，有广阔应用前景， 本文讨论离心力的作用，复合钢管的性能和应力分布， 1993-03-20收精第-一作者男55岁副授 ◆国家自然科学基金资助项目
第 16 卷 第 4 期 1 9 94 年 8 月 北 京 科 技 大 学 学 报 oJ um a l o f U n i v e巧 iyt o f S d en ce a n d T eC h n o l o gy eB ij ign V o l . 16 N o . 4 A昭 . 19 94 陶瓷 内衬钢 管的研究 ’ 殷 声 叶宏 煌 郭志猛 王 绪 赖和怡 北京科技大学材料 科学与 工 程系 . 北京 1仪川犯 摘要 采 用 S SH 一 离 心 法 制 备 陶 瓷 内 衬 钢 管 时 . 离 心 力 对 残。 ,和 月的 姗 烧 过 程 及 其 产物的相分离和组织有重要影 响 . 陶瓷 内衬钢 管具有 良好的机械性 能和 耐蚀性 . 计 算表明 , 复合 钢管 中 . 陶瓷层受压应力 . 金属管受张应力 . 这种残余应力分布使复合管具有 良好的抗机械冲击 和抗热冲击性 . 关扭询 陶瓷 . 钢管 . 离心力 / 自芡姗烧高 温合成 中圈分类号 I Q 147 . 758 16 A n I n 明蕊 t ig a t i o n o n C e ar 而 e L i n ed s et l P ipe iY ” S人翻9 eY H训酬u 翻 。 Z h如烈9 Wa 叩 Xu 切i H 即i D e P a r tm e n t o f M a t e r i a l s S c i e n ce a n d E n g i n e ier n g , U S T B , B e ij i n g 10 0 8 3 . P R C A B SRT A CT C池aI 而 e li n de s喊 P IPe aws P or d u 喇 b y cen t ir fu g a l 一 S SH Por 澎 . C e n itr g u g a l of 心 e fe tCS o n ht e co m b us it o n Por 吩 , ht e Ph a se se P a m it o n a n d 而如 s trU tC 眠 o f S SH Por d u tCS . M eC h a n ica l Por Pe rtj O a dn co mr s i o n 心is at cen o f ht e c e r a而e iln ed s阁 P IP e a m g o o d en o ug h fo r P ar ict ca l P u rp o s es . T五e ca l例血 it o n o f 心 id ual s t理5 s h o 钻 hat t ce r a而 c la y er 15 co m P 心s ed b y ht e o u et r n 坦 at l PIP e a n d o u etr r 坦 at l PIPe 15 i n t en s i o n . hT is t y Pe o f dis itr b u it o n o f 心id ual s t代5 9 1馏 h ig h 心is at n沈 a ga isn t ht e n 怎以 1 a dn n 笼( h a in 因 s h o ck . KE Y W O R DS ce ar 而e , s州 P IPe , 勃州九g a l fo 心 / s e】f 一 Por Pa g a it n g h堪h 一 记m P aer t眠 s yn ht es is 铝热 一 离心法 , 或称 S SH 一 离心 法 , 是 近 十 几 年 发展 起 来 的制造陶瓷 内 衬 钢管 的 新 技 术 . M erz ha n o v A G 对离心 力场下 自英燃 高温 合 成 s( 心一 P苗p ag a 血g H 运h 一 记m p ear t眠 S yn ht o is , 简称 S SH ) 做 了许多 荃础 工 作 【’ ! . 小田 原修采用铝 热 一 离心 法制造 出长 5 . 5 m 的陶 瓷内衬钢管 . 并实用于 铝液 和高温 腐蚀气体的输运 【2】 . 陶 瓷 内衬钢管具 有 良好耐蚀 、 耐 磨 以及 抗热展 、 抗机械冲击性 能 , 有广阔应用前景 . 本文 讨论离心 力的作用 , 复合钢管的性 能和 应力分 布 . 1卯3一 03 一 为 收稿 第一 作者 男 5 岁 副教授 国 家 自然科学墓金 资助 项 目 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1994. 04. 007
.336 北京科技大学学报 1994年No.4 1实验方法 实验在小型自制离心机上进行，调速范围500~3000r/min,碳钢钢管的内径76mm, 外径84mm,长120mm.物料Fe,0,粉-200目，铝粉100~200目，混均后装人钢管内. 带有试料的钢管装夹在离心机上，旋转到一定转速后，用氧一乙炔火焰点燃物料.铝和氧 化铁发生放热反应： Fe,O3+2Al=2Fe+Al,O,+836 kJ 依靠反应放热，反应可自我维持并迅速在钢管内蔓延，燃烧温度高达2453K,使反应 产物A1,O,和Fe瞬时熔化.在离心力作用下，密度较小的A1,O,分布在钢管内壁，密度较大的Fe 处于钢和和陶瓷层之间，形成复合钢管·采用光纤红外高温计测温·用抗压剪切强度表征陶 瓷与金属管的结合强度， 2结果和讨论 2.1离心力的作用 在离心力场下，Fe,O,+Al→Al,O,+Fe的SHS过程可大致描述为：反应物料被点燃 后，A1熔化并在离心力作用下迅速渗人物料孔隙中，导致反应的刷烈进行，熔融的产物 A1O,和Fe,在离心力作用下发生相分离，A1,O,处于内壁，Fe处于A1,O,与钢管之间.反应 结束后，陶瓷层先凝固，F后凝固，最后，产物和钢管一起冷却下来.在反应的剧烈阶段， 气相产物从液相中溢出，产生烟气喷射现象.温度随着反应的进行，迅速提高.在F,O,+A1 系温度最高达2453K.在添加5%Si的F,03+A1系中，温度为2398K,反应持续5~6s. 离心力对于燃烧过程、相分离和产物组织产生重要的影响·业已查明，对于无离心力作 用的SHS反应体系，例如Ti+C→TiC,存在扩散和毛细管铺展两种燃烧模式，燃烧模式是 指反应物发生接触和燃烧反应的行为方式，毛细管铺展燃烧模式是液相在毛细管力作用下沿 物料的孔隙漫流，使反应物接触并发生反应.显然，在离心力场下，FO+A1→ A1,O,+F的燃烧模式不同于以上模式，A1液是在离心力作用下，沿钢管径向渗人物料孔隙中， 增加反应物的接触并发生反应，离心力可加快热交换和物质交换过程，大大提高燃烧速度四 由于产物A1O,和F的密度不同，在离心力作用下，产生相分离.在较小的离心力下， AlO和Fe完全不分离.在离心力为380N时，Al,O,和Fe开始分离，Fe颗粒分散在Al,O, 基体上并呈梯度分布，即靠近钢管处Fe颗粒较多，远离钢管处Fe颗粒较少，当离心力达106ON 时，F层和Al,O,层完全分离.图1是陶瓷内衬钢管未浸蚀的金相照片，上部为A1,O,陶瓷，下 部为钢管，中间白亮部分是铁层· 离心力可加速气体的逸出，减少陶瓷层的孔隙度，提高陶瓷的致密度.图2是离心力对陶 瓷层孔隙度的影响.图3是离心力作用下，陶瓷中的孔隙沿钢管径向拉长的情况. 在反应过程中，钢管的温度从内壁到外表面逐渐下降.外表面温度达700~800℃.钢 管内壁同产物的接触部分局部熔化，同铁层结合在一起，图4是铁层凝固时沿钢管径向结晶 形成的树枝状组织
3 3 6 北 京 科 技 大 学 学 报 1卯4 年 N o . 4 1 实验方 法 实验 在 小 型 自制离 心 机 上 进 行 , 调 速 范 围 50 一 3 0 0 r /~ . 碳 钢钢 管 的 内 径 76 m m , 外 径 84 m l n , 长 120 ~ . 物 料 F e p 3 粉 一 2 0 目 , 铝 粉 10 一 2 0 目 , 混 均 后 装 人 钢 管 内 . 带有试料 的钢 管装夹在 离心 机上 , 旋转 到一 定 转 速 后 , 用 氧 一 乙 炔 火 焰 点燃 物 料 . 铝 和 氧 化铁发生 放热 反应 : F e夕 3+ 2月 = Z F e + iA p 3 + 8 3 6 k J 依靠反应 放热 , 反 应可 自我 维持并 迅速 在钢 管 内蔓 延 . 燃烧 温度 高 达 2 4 5 3 K , 使反 应 产物 1A 2O 3 和 F e 瞬时熔化 . 在 离心力 作用下 , 密度 较小 的 lA 户 , 分布在钢管 内壁 , 密度较大的 F e 处于 钢和 和陶瓷层 之 间 , 形 成复合钢管 . 采用光 纤 红外 高温 计测温 . 用 抗压 剪切 强度 表征 陶 瓷 与金属 管的结合强度 . 结果和 讨论 离心 力的作用 在 离 心 力 场 下 , F e ZO 3+ lA ~ 1A 2 0 3 + F e 的 S SH 过 程 可 大 致 描 述 为 : 反 应 物 料 被 点 燃 后 , 用 熔化 并 在 离心 力 作 用 下 迅 速 渗 人 物 料 孔 隙 中 , 导 致 反 应 的 剧 烈 进 行 . 熔 融 的 产 物 越户 3 和 eF , 在 离心 力作用下 发 生相 分 离 , lA 夕 3 处于 内壁 , eF 处 于 lA p 3 与钢 管之 间 . 反 应 结束后 , 陶瓷 层先 凝 固 , F e 后 凝 固 , 最后 , 产物 和钢 管一 起冷 却下 来 . 在反 应 的剧 烈 阶段 , 气相 产物 从液相 中溢 出 , 产生 烟气喷射 现象 . 温度 随着 反应 的进行 , 迅速提高 . 在 F动 3 + 超 系 温度最 高达 2 4 5 3 K . 在添 加 5% is 的 F e户 3 + lA 系 中 , 温 度 为 2 3 98 K , 反 应持 续 5 一 6 5 . 离 心力 对于 燃烧 过程 、 相 分 离和产 物组 织 产生重要 的影 响 . 业 已 查 明 , 对于无 离心力 作 用 的 S H S 反 应体系 , 例如 iT + C ~ T CI , 存在 扩散 和 毛细管铺展 两种 燃烧 模式 . 燃烧模式 是 指反 应 物发 生接 触和 燃烧 反应 的行 为 方式 . 毛 细 管铺展 燃烧 模式 是液相 在 毛细 管力 作用 下沿 物 料的 孔 隙漫 流 , 使 反 应 物 接 触 并 发 生 反 应 . 显 然 , 在 离 心 力 场 下 , F e户 3 + iA ~ 川户 3 + eF 的燃烧模式不 同于 以上模 式 . AI 液是在离心力作用下 , 沿钢管径 向渗人物料孔 隙中 , 增 加反 应物的接 触并 发生 反应 . 离 心 力 可 加 快 热 交换 和物质交换 过程 , 大 大提高燃 烧 速度 .l[] 由于 产物 iA 户 3 和 F e 的密度 不 同 , 在离心力作用 下 , 产 生 相 分离 . 在较 小 的离心力下 , iA 夕 3 和 F e 完全 不分 离 . 在 离 心 力 为 3 80 N 时 , lA p 3 和 F e 开 始 分 离 , F e 颗 粒 分 散 在 lA 户 3 基 体上并 呈梯度分布 , 即靠近钢管处 F e 颗粒 较多 , 远离钢管处 F e 颗粒较少 . 当离自力达 1 O60 N 时 , F e 层和 iA 户 3 层完 全分 离 . 图 1 是陶瓷 内衬钢管未浸蚀 的金相照 片 . 上部 为 lA 户 3 陶瓷 , 下 部 为钢 管 , 中 间 白亮 部分 是铁层 . 离心 力可 加 速气体的逸 出 , 减 少陶瓷 层 的孔 隙度 , 提高 陶瓷 的致密度 . 图 2 是离心力对陶 瓷 层孔 隙度 的影 响 . 图 3 是 离 心力作 用下 , 陶 瓷 中的孔 隙沿 钢管 径 向拉 长的情 况 . 在 反应过程 中 , 钢 管 的温度 从内壁到 外表 面 逐渐 下 降 . 外 表 面温度 达 70 一 80 ℃ . 钢 管 内壁 同产物 的接 触部分 局部 熔 化 , 同铁层结合在一 起 . 图 4 是 铁层 凝 固时沿 钢管 径 向结 晶 形 成 的树枝 状组 织
Vol.16 No.4 般声等：陶瓷内衬钢管的研究 337. 24 AlO, 20 6 Fe 2 8 10.on 0 400 600 8001200 离心力/N 图】陶瓷内村钢管金相照片 图2离心力对陶瓷层孔隙度的影响 Fig.1 Metallograph of ceramic lined pipe Fig.2 Influence of centrifugal force on the porosity m 图3陶瓷层的显微组织 图4铁层的显微组织 Fig.3 Microstructure of ceramic layer Fig.4 Microstructure of iron layer 22复合钢管的性能 表1和表2分别列出不同反应物料制成的陶瓷内衬复合钢管的机械性能和耐蚀性能，为 了提高陶瓷层密度，反应物料中加人少量Si或SiO,). 由表2可见，陶瓷内衬钢管具有良好的耐酸性，其耐酸性优于不锈钢，尽管陶瓷层仍有 百分之几的孔隙度，但是，如图3所示，孔隙是孤立、不连通的，这种无渗透性的陶瓷层使 复合钢管具有良好的抗蚀性· 表1的数据表明，陶瓷层的硬度比普通碳钢管高约10倍.对于耐磨场合的应用，陶瓷 内衬钢管的寿命有可能比普通耐磨钢管高得多，复合钢管的压遗强度略低于碳钢管的屈服强 度，但是，已足够满足其实际应用，在复合钢管的制备过程中，钢管形成陶瓷层、F层和钢
Vo l . 16 N o . 4 殷 声等: 陶瓷 内衬钢管的 研究 芝 暮 岸 10l an 图 l O 喇力 日刀 8印 1 2的 离心力 / N 陶瓷 内村钢管金相 照 片 圈 2 离心力对陶瓷层孔隙度的影响 iF .g 1 M e at ll鲍口户 of 侄 ~ ic 11 1长月 iP伴 ’F .2 eI 己.I 日 x 犯 of . l tr 饭咧 匆成笼 曰 触 脚侧勿 图 3 陶瓷层的显微 组织 图 4 铁层 的显徽组织 珑 .3 M 泊嵌力uC ot 代 of c e n . 田 c h yer 瑰 .4 入肠 , 璐勿以匆晓 成 扮. . h yer 2 . 2 复合钢 管的性能 表 1 和 表 2 分 别列 出不伺反 应 物料 制成 的陶瓷 内衬 复合 钢管 的机 械性 能和 耐蚀 性 能 . 为 了提 高陶 瓷层 密度 , 反 应物 料 中加人 少量 is 或 5 10 2 【’ 〕 . 由表 2 可 见 , 陶 瓷 内衬钢 管具 有 良好 的 耐酸 性 , 其耐 酸性 优于不锈 钢 . 尽管 陶瓷 层 仍 有 百分之几 的孔 隙度 , 但 是 , 如 图 3 所示 , 孔 隙是 孤立 、 不 连通 的 . 这种 无渗透性 的 陶瓷层使 复合钢管具 有 良好 的抗 蚀性 . 表 1 的数据表 明 , 陶 瓷层 的硬 度 比普 通碳 钢 管高 约 10 倍 . 对 于 耐 磨 场 合 的 应 用 , 陶 瓷 内衬钢 管 的寿命有 可能 比普 通耐 磨钢 管 高得 多 . 复 合钢 管 的压溃 强度 略低 于碳 钢管 的屈服强 度 , 但 是 , 已足 够满 足 其 实际应 用 . 在 复合 钢 管 的制备 过程 中 , 钢管形 成陶瓷层 、 F e 层 和钢
338 北京科技大学学报 1994年No.4 表1陶瓷内村钢管的机械性能 Table 1 Mechanical properties of ceramic lined steel pipe 反应物料 陶瓷层密度 陶瓷层孔隙度 (陶瓷层)硬度 复合管压渍强度 复合管抗压剪切强度 /g.cm-3 /% /Hv /MPa /MPa 钢 管 149±2 411 FeO,+A1/钢管 3.71 9.8 1656±107 346 19.5 Fe,O,+Al+ 3.98 5.8 1192±183 343 19.7 5Si钢管 表2陶瓷内村钢管的耐烛性能(10%HC,25℃) 管的3层结构，Fe层和钢管已烧结 Table 2 Corosion resistance of cermic lined plpe 成整体，它们之间具有良好的结合 强度.由于Fe对A1,O,的润湿性差， 陶瓷层孔隙度耐蚀性(30)耐蚀性(100d) 反应物料 /% /g.m2.h /g.m2.hi Fe层与Al,O层间缺乏冶金结合，主 要靠机械结合，这2层间的结合力 1Cr18Ni9Ti 一 0.1 最弱.但是，从表1可见，复合管 Fe,O,+Al+ 3.5 0.163 0.078 5%Si/钢管 抗压剪切强度还是较高的，这同陶 瓷复合管中的残余应力分布有关， FeO,+Al+ 0.081 5S02/钢管 4.5 0.166 2.3陶瓷内村钢管中的径向应力分布 在复合钢管的冷却过程中，由于金属的热膨胀系数比陶瓷大，形成了金属对陶瓷的压应 力和陶瓷对金属的张应力，铁层同钢管已形成冶金结合，两者热膨胀系数相近，为简化起见， 在计算应力场时将复合管视为2层结构，并只考虑弹性力学问题，复合管的轴向尺寸远大于径 向，故视为轴对称平面应变问题.陶瓷的弹性棋量很大，复合管可看作一不发生应变的硬质管， 边界条件： 位移边界条件：4，(r=r)=6 应力边界条件：r=2时，0，=日g=0 式中，δ为金属层因受陶瓷层的阻碍未能收缩的量，，为复合管外径，”为陶瓷层外径， 对于轴对称平面应变，应力函数可视为： Φ=Φ(r) (1) 代入双调和方程： (2) 可以推导出应力场分布的表达式： =A(片-月) (3) =-4(六+方) (4)
北 京 科 技 大 学 学 报 3 3 8 b N 塑 年 4 ) 1 . 4 衰 陶 瓷 内 衬 钢 管 的 机 械性 能 1 b 油 晚 M“ 如舰血川 声甲时I 油 成 1 。日 , 刀” ` 恤搜d , 目 禅碑 反应物料 陶瓷层密度 / .g 。 一 ’ 陶瓷层孔 隙度 /% (陶瓷层 ) 硬度 / H v 复合管压溃强度 ZM几 复合管抗压剪切强度 /M F协 哎é,了 .9 曰且. 月. ` , 二尹. 呼甘月飞门j 内Oj 1 192 土 1 83 l798 内j工,, 钢 管 残0 3+ 月 /钢管 e2F 0 3 + lA + 5嗯0S/ i 钢管 149 士 2 16 56 士 107 管的 3 层结构 . F e 层 和 钢管 已烧结 成整体 , 它们之 间具有 良好的结合 强度 . 由于 F e 对 iA p 3 的润 湿性 差 , eF 层 与 超夕 3层 间缺乏 冶金 结合 , 主 要 靠机械结合 . 这 2 层 间的结 合力 最弱 . 但是 , 从表 1 可 见 , 复合管 抗压 剪切强度还 是较高的 , 这 同陶 瓷复合管中的残余应力分布有关 . 衰 2 陶瓷 内衬钢管的附蚀性能 l( O0/ ` H O , 乃 ℃ ) 1恤翻睡 Z C 倪俄目. , 花幽翻口戈 of o 日胭目血 】b 目 脚碑 陶瓷层孔 隙度 耐蚀性 (义U ) 耐蚀性 (l 的 d) 反 应物料 /% g/ . -m 2 · h- , / .g -m 2 · h- , IC r l 8N I盯i 残0 3 + 川 + 5今沼 i/ 钢管 0 . 163 0 . 078 粼式儡 .45 0 . 1肠 .0 08 1 2 . 3 陶浇内村钢管 中的径向应力分布 在复合钢管的冷却过程 中 , 由于金 属 的热膨胀系数比陶瓷大 , 形成了金 属对陶瓷的压 应 力和 陶瓷对金 属 的张应力 . 铁层 同钢管已形成冶 金结合 , 两者热膨胀 系数相近 , 为简化起 见 , 在计算应力场时将复合管视 为 2 层结构 , 并只 考虑 弹性 力学 问题 . 复合管 的轴向尺寸远大于径 向 , 故视为轴对称平面 应变问题 . 陶瓷的弹性模t 很大 , 复合管可看作一不发生应变的硬质管 , 边界 条件: 位移边界 条件: 拜 , ( ; = r , ) = 占 应力边界 条件: , = 几 时 , 口 , , = 0 , 。 = 0 、 、 产` , 产 l `, 口. . J 、了龟. 、 式中 , 占为金 属 层 因受陶瓷 层的 阻碍 未 能收 缩的t , 对于 轴对称平面 应变 . 应力函数可视 为: O = 巾( ; ) r : 为复合管外径 . r : 为陶瓷层 外径 . 代人 双调 和 方程 : / d , . l d \ l ~ , 一 , 尸 十 — - 二尸- ! \ d r ` r d r / 中 = O 可 以推导出应力场分布的表 达式 : 、 . 7 ` . , 产 丹ú月峥呜 J ` 、矛 ` a, 、 一 , (告 一 翻 一 ` (告 · 青)
Vol.16 No.4 股声等：陶瓷内衬钢管的研究 339. A=- rrEδ (1+v)[r+1-2)r】 (5) 内壁 250 外壁 式中，E和ν分别是钢的弹性模量和泊松比， 对于径向应力，在r=”,处的应力就是钢管 对陶瓷层的压应力和陶瓷层对钢管的张应力： 150 (6) 测得6≈0.1mm,1=38.5cm,代入钢的 38.5 E=2.10×10MPa、v=0.3数据，得到： 39 40 4142 r/min 0,(r=r)=-251.3MPa 式中负号表示压应力，计算结果同文献[2] 的实验结果相一致，根据式(6)可画出陶瓷 图5复合钢管的残余应力分布 内村钢管的径向应力分布图（图5），残余应力 Fig5 Schematic of the distribution of 的这种分布状况使复合钢管具有良好的抗 residual stress in composite pipe 热冲击性，陶瓷层不易分离，有利于实际应用·还可以计算出，当使用温度不超过400℃ 时，复合钢管内部应力场不会消失，不会出现陶瓷层同钢管分离的现象， 3结论 (1)离心力影响燃烧过程、相分离和产物的组织. (2)陶瓷内衬钢管具有良好的机械性能和耐蚀性， (3)复合钢管中的残余应力分布有利于陶瓷层与钢管的结合和抗热冲击性， 参加本工作还有穗颗、葛京品和缪曙履.另外，本工作得到成都无缝钢管厂的支持，在此表示感谢， 参考文献 1 Merzhanov A G.Yukhvid V I.Self-Propagating High-temperature Synthesis.In:Procecdings of the First US-Japanese Workshop on Combustion Synthesis.1990.1-31 2 Odawara O.Long Ceramic-Lined Pipes Produced by a Centrifugd-thermate Process.J Am Ceram Soc, 1990,73(3):629 3 Yin Sheng.Liu Mu,Guo Zhimeng.Additives in Ceramic Composite Pipes Made by a Centrifugal-SHS Process.International Journal of SHS,1993.2(1):69~74
V匕1 . 16 N b . 4 殷声等 : 陶瓷 内衬钢管的研究 ( 1+ v) 【 r ; + ( l 一 Z v ) r {』 ( 5 ) r : r弓E 占 」 二 一 “ f 气 、 式 中 , E 和 , 分别 是 钢 的弹性 模量 和泊松 比 . 对于径 向应 力 , 在 ; = r , 处的应 力就 是 钢管 对陶瓷层 的压应 力和 陶 瓷层 对钢 管 的张应 力 : 气 ` -, , 、 一 “ (粤 一 \ r 1 功r Z / 测 得 占念 0 . 1 n u n , r , = 38 .5 an ( 6 ) E = 2 . 10 x 10 , M Pa 、 v = 0 . 3 数据 , 口 , , ( r = r , ) = 一 2 5 1 . 3 M aP 代 人 钢 的 得到 : 式 中负号 表示 压 应力 . 计算结果 同文献 【2] 的实验 结果 相 一 致 . 根 据式 ( 6) 可 画 出 陶瓷 圈 5 复合钢管的残余应 力分布 内衬钢管 的径 向应力 分布 图 ( 图 5) . 残余应力 珑3 s d . I. kt of 触 由必ilx ` 团 。 的 这 种 分 布 状 况 使 复合 钢 管具 有 良好 的 抗 吧的因 约. 目 加 . 仰“ 扭 禅碑 热冲击性 , 陶瓷层不 易分 离 , 有 利于 实际应 用 . 还 可 以计算 出 , 当使用 温 度 不 超 过 4 0 ℃ 时 , 复合钢 管内部应 力 场不 会消 失 , 不 会出现 陶瓷层 同钢管分离的现 象 . 3 结 论 ( l) 离心力 影 响燃烧过程 、 相 分离和 产物的组 织 . ( 2) 陶 瓷内衬钢管具 有 良好 的机械性 能和 耐蚀性 . ( 3) 复合钢管中的残余应 力分 布有 利于 陶瓷层 与钢管的结合和 抗热冲击性 参加本工 作还有穆颖 、 葛京 晶和缪 曙仗 . 另外 . 本工 作得到成都无缝钢管厂 的支持 . 在此表示感谢 . . 考 文 献 M沉恤n o v A G . Y uk h记 V 1 . 5心一 P or P a 甲it gn H 吵一 t。 切笼ar t眠 S娜th 留 15 . I n : 阮自汕 n矛 o f ht e F如 t U S 一 aJ P a n 。 把 W o ksr hO P o n 伪m b比it o n Syn ht o is . l月) . 1 一 31 0 妞切钊m 0 . 切gn Q 甩而c 一 L i份幻 巧娜 P代心u “ 对 by a C笼n 切叭唱d 一 廿记门怎以 et n or 沈朋 . J Am Q ~ S co , l刃) . 73 ( 3 ) : 629 Y加 Sh er 唱 , iL u M 认 G uo Z hi 能飞 . Ad 山it 擂 in C七俐而c 山m po s iet 到娜 M a de b y a Q n 以叭到一 S SH 只旧沈出 . nI te r 坦如n al J o u n 坦 1 o f S SH , 1卯3 , 2 ( l ) : 69 ~ 74
