Vol.18 No.4 段辉平等：一种制备不锈钢内衬复合钢管的新工艺 ·335· 选取FezO,CrO,NiO和Al粉等作为原材料，充分混匀后装填在中89mm×6mm×100mm 的碳钢钢管中，然后把充填铝热剂的钢管卡夹在离心机上，使其高速旋转，同时点燃物料， 发生下列化学反应： Fe,O,+2Al-2Fe+ALO,+836 kJ (2) CrO,+2Al=Cr+ALO,+1094 kJ (3) 3NiO+2Al=3Ni+ALO,+928 kJ (4) 图1SHS-离心法制备不锈钢内村复合钢管原理示意图 1-碳钢钢管；2-SHS不锈钢内村层；3-陶瓷渣层；4铝热剂 A-铝热反应及产物冷却过程；B-陶瓷渣层的去除过程 上述几个反应都是高放热反应，反应绝热温度可接近3000K,因此产物都处于液态， 了在离心力作用下，产物Fe,Cr、Ni集中在靠近碳钢钢管的内壁处，形成2~3mm厚的不 锈钢内衬层.为了与传统不绣钢相区别，姑且把这种不锈钢称为SHS不锈钢.Al,O,形成最 内层残渣，通过机械的方法除去，则可制备出内衬不锈钢复合钢管. 2结果及分析 表1不锈钢成分 表1列出了制备的不锈钢层的化 % 学成分并与CF-8铸造不锈钢的成 钢种 Cr Ni Al C P S 分)对照.SHS不锈钢可以不含碳， SHS不锈钢19.010.41.320.010.0090.01 如果这种工艺采用的原材料几乎不含 CF-818-21811-40.080.040.04 碳，则可制备出超低碳高纯不锈钢.SHS不锈钢中的P、S含量也比常规不锈钢的低.由于反 应不完全，钢中仍含有一定量的A1.SHS不锈钢的化学成分接近18-8不锈钢，但由于A1的 存在，不是纯奥氏体不锈钢，而是含有铁素体的双相不锈钢 图2是不锈钢层与外层碳钢界面附近的SEM形貌图.左边是碳钢，右边为不锈钢，中 间为过渡层.图中下部的曲线从上到下依次为Cr、Ni、A1的成分分布曲线.SHS治金过程中， 反应热不仅使产物处于液态，同时使外层钢管内表面的一薄层熔化，使之与不锈钢层实现 冶金结合.从图中可以看出在界面附近形成了一层成分渐变的过渡层，其厚度约为100μm. 不锈钢层主要由奥氏体和铁素体两相组成，呈典型的铸态组织.在轴向铁素体以弯曲的 条状分布在奥氏体基体中，其含量取决于不锈钢中铬组元的含量，但与Schoefer图存在较大v lo . 18 N o . 4 段辉平等 : 一种制备不 锈钢 内衬复合 钢管的新工艺 . 3 3 5 . 选取 F e Z o 3 、 C心 3 、 N IO 和 A I 粉等 作 为原材 料 , 充分 混 匀后 装 填在 中8 9 m m x 6 ~ x 10 0 m m 的 碳 钢钢 管 中 , 然 后 把充 填 铝 热 剂 的钢 管 卡 夹在 离心 机 上 , 使 其 高速 旋 转 , 同时点 燃 物 料 , 发 生下 列 化学 反应 : 、产少了.. 2 气、ù 4 了.`. F e ZO 3 + ZA I一 ZF e + A 1 2 o 3+ 8 3 6 k J C心 3 + ZA I= C r + A 1 2O 3+ 1 0 9 4 k J 3 N IO + ZA I = 3 N i + A 1 2 O 3 + 9 2 8 k J 图 1 S H S 一离心法制备不锈钢 内衬复合钢管原理示意 图 1 一碳钢钢管 ; 2 一 S H S不锈钢 内衬层 ; 3 一 陶瓷渣层 ; 4 一铝热剂 A 一铝 热反应及产物冷却过程 ; B 一 陶瓷渣层的去除过程 上述 几 个 反应 都 是 高 放热 反 应 , 反 应 绝热 温 度 可接 近 3 0 0 K , 因 此 产 物都 处于液 态 , 了 在 离 心力 作 用下 , 产物 F e 、 c r 、 N i 集 中在 靠 近碳 钢 钢管 的 内壁 处 , 形 成 2 一 3 ~ 厚 的不 锈钢 内衬 层 . 为 了 与传 统 不锈 钢 相 区 别 , 姑 且 把这 种 不锈 钢 称 为 S H S 不锈钢 . A 1 2 0 , 形 成 最 内层 残渣 , 通 过机 械 的方 法除 去 , 则 可制备 出内衬 不锈 钢复 合钢 管 . 2 结果及 分析 表 l 列 出 了 制备 的不锈 钢 层 的化 学 成 分 并 与 C F 一 8 铸 造 不 锈 钢 的 成 分’l] 对 照 . S H S 不 锈 钢 可 以 不 含 碳 , 如果 这种 工艺 采 用 的原 材料 几 乎不 含 表 1 不锈钢 成分 钢 种 S H S不 锈钢 C F一 8 C r 19 . 0 1 s ot Z I N l 10 . 4 A I C P S 3 2 0 . 0 1 0 . 0 0 9 0 . 0 1 8一 1 1 一 刁刀 8 《 0 . 0 4 《 0 . 0 4 碳 , 则可 制 备 出超 低碳 高 纯不 锈 钢 . S H S 不 锈钢 中的 P 、 S 含 量 也 比常规不 锈钢 的低 . 由于反 应不 完全 , 钢 中仍 含 有 一定 量 的 A l . S H S 不锈 钢 的化学 成 分 接近 18 一 8 不锈 钢 , 但 由于 A I 的 存 在 , 不 是纯 奥 氏体不锈 钢 , 而是 含有 铁 素体 的 双相不 锈 钢 . 图 2 是 不锈 钢 层 与外 层碳 钢 界 面 附近 的 S E M 形 貌 图 . 左 边是 碳 钢 , 右 边 为不 锈钢 , 中 间为 过渡 层 . 图 中下 部 的曲线 从 上到 下依 次 为 C r 、 iN 、 lA 的成 分分 布 曲线 . S H S 冶 金 过程 中 , 反 应 热 不仅使 产 物处 于 液 态 , 同时使 外 层 钢 管 内表 面 的一 薄 层 熔化 , 使之 与不 锈钢 层 实 现 冶金 结 合 . 从 图 中可 以 看 出在界 面 附近 形成 了 一层成 分 渐 变 的过渡 层 , 其厚 度 约为 10 “ .m 不 锈钢 层 主要 由奥 氏体 和 铁 素体 两相 组 成 , 呈典 型 的 铸态 组 织 . 在 轴 向铁 素体 以 弯曲 的 条 状 分布 在 奥 氏体基 体中 , 其 含量 取 决于 不锈 钢 中铬 组 元 的含量 , 但 与 s c h o e fe : 图存在 较大