摘 要

随着疏浚技术的应用越来越广泛，人们对疏浚设备的要求也越来越高。输泥管是挖泥船的主要过流部件之一，目前主要使用的输泥管材料是热轧低碳钢板或低合金钢，其硬度低，耐磨性差，所以存在容易失效与寿命较短的问题。高铬铸铁是第三代耐磨材料，在多种介质环境中耐磨性能优异，但是其塑性较差。因此本文提出用离心铸造方法制备双金属复合管，复合管内层采用耐磨性能优异的高铬铸铁，外层采用力学性能良好的不锈钢，这种复合结构很好地解决了输泥管既要求耐磨，又要求承压等复合性能要求。

本文主要研究了热处理工艺对复合管硬度、耐磨性的影响；通过金相观察，分析复合管界面以及内层高铬铸铁的组织及性能；对复合管内层高铬铸铁材料进行了多种冲蚀角度的泥沙磨损试验，探讨了复合管内层的磨损机理。

研究结果表明：复合管内外层形成了良好的冶金结合；随着热处理温度的提高，双金属管的高铬铸铁端面硬度呈现出先升高再降低，最后再次升高的特点，在1040℃淬火下硬度最高，耐磨性也最好。

关键词：复合管；离心铸造；高铬铸铁；泥沙磨损

Abstract

With the application of dredging technology more widely,the requirements of dredging equipment is also getting higher .Mud transporting pipe is one of main flow pump components of the dredger.At present,the main material of these pipes is hot rolled low carbon steel or low alloy steel,which hardness is low and wear resistance is poor,so there are problems of easy failure and short life.High chromium cast iron is the third generation of wear resistant materials with excellent wear resistance in a variety of media environment,but its plasticity is poor.Therefore,this paper proposed a method of centrifugal casting for the preparation of double metal composite pipes.The high-chromium cast iron with excellent abrasion resistance is used in the inner layer of the composite pipe, and the outer layer is made of stainless steel with good mechanical performance. This provide a good solution to the mud pipe which is required to wear and pressure and other composite performance requirements.

This paper mainly study the the effect of heat treatment on the hardness of the composite pipe .The microstructure and properties of composite pipe interface and high-chromium cast iron were analyzed by means of optical microscope.A variety of sand abrasion test with different erosion angles were performed on the high-chromium cast iron inner layer of the composite pipe ,and the wear mechanism of the composite pipe inner layer was discussed.

The results show that the inner and outer layers of the composite pipe form a good metallurgical combination.With the increase of the heat treatment temperature, the hardness of the high-chromium cast iron end face shows the characteristic of the first rise and then decrease and the final rise again.At 1040 ℃,the hardness is the highest and the wear resistance is the best.

Key Words：composite pipe；centrifugal casting；high-chromium cast iron；sand abrasion

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 输泥管的磨损情况 1

1.3 双金属复合管的应用、研究现状及发展前景 2

1.4 双金属复合管成型工艺 2

1.4.1机械复合成型工艺 2

1.4.2 冶金复合成型工艺 3

1.5 本课题的研究目的及研究的主要内容 4

第2章 双金属复合管离心铸造工艺 6

2.1 离心铸造原理及其优点 6

2.2 双金属复合管内层和外层材料的选择 6

2.3 双金属复合管离心铸造工艺 6

2.3.1 铸型涂料工艺 6

2.3.2 铸型转速的确定 6

2.3.3 浇注温度的选择 7

2.3.4 浇注间隔时间的确定 7

第3章 热处理对双金属离心铸造复合管硬度的影响 8

3.1 复合管内外层金属材料成分 8

3.2 复合管的热处理 8

3.1.1 样品制备 8

3.1.2 热处理工艺 9

3.2 复合管内表面高铬铸铁的洛氏硬度测试及分析 10

3.3 复合管厚度方向上的洛氏硬度分布 11

3.4 复合管厚度方向上的显微硬度分布 13

第4章 双金属离心铸造复合管组织及性能分析 14

4.1 双金属复合管熔合层界组织分析 14

4.2 复合管内层高铬铸铁组织分析 15

第5章 双金属复合管的泥沙磨损实验 17

5.1 泥沙磨损试验方案 17

5.2 泥沙磨损试验结果分析 17

1. 结论 21

参考文献 22

致谢 23

第1章 绪论

1.1 引言

随着吹填造陆工程规模的扩大，海上运输量的大量增加，运输船舶的大型化，深水取砂和海上石油、天然气开采的发展以及深水隧道基槽的开挖，疏浚技术的应用越来越广泛，人们对疏浚设备的要求也越来越高。挖泥船是重要的疏浚工具，不仅具有一般船舶所具备的各种设施，还有用于泥沙挖掘、输送和处理的疏浚设备等。输泥管是挖泥船的主要过流部件之一，由于输送的介质主要是海底淤泥、沙粒，这些介质在压力推动下，在管道内流动，与管道内壁形成摩擦，磨损严重，另一方面，高速流动的泥沙也对管壁造成极大的冲击力，因此输泥管的工作环境极其恶劣。国内大型挖泥船的过流部件材料的寿命仅为国外高性能泥管的四分之三甚至一半，输泥管的耐磨性问题成了限制其发展的重要因素之一。为了减少输泥管的维修工作，提高其寿命，输泥管材料及其耐磨性问题的研究显然非常重要。

目前主要使用的输泥管材料是热轧低碳钢板或低合金钢，其硬度低，耐磨性差，所以存在容易失效与寿命较短的问题^[1]。一般情况下一个管壁为30mm 厚的输泥管，寿命只有不到一年，这就造成在工程中必须对输泥管进行频繁更换，不仅浪费严重，而且影响工作效率，因此考虑使用耐磨性更高的材料。高铬铸铁由于具有比普通铸铁高的多的耐磨性、高温强度、耐热性和韧性，被誉为当代最优良的抗磨料磨损材料之一。但由于高铬铸铁抵抗外界冲击力的能力较差，在泥沙的高速冲击下容易产生裂纹，甚至破碎，因此也不适合作为输泥管管材。由此可见，单一材料无法满足输泥管在恶劣工况条件下的使用要求，而复合管为解决这一问题提供了有效途径。