[发明专利]一种内表面轴径双向梯度强化钢管及制备方法有效

专利信息
申请号: 202210090198.1 申请日: 2022-01-25
公开(公告)号: CN114484089B 公开(公告)日: 2023-01-24
发明(设计)人: 张津;丁啸云;连勇;黄进峰 申请(专利权)人: 北京科技大学
主分类号: F16L9/04 分类号: F16L9/04;F16L57/00;F16L58/00;C23C8/50
代理公司: 北京市广友专利事务所有限责任公司 11237 代理人: 张仲波
地址: 100083*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 表面 双向 梯度 强化 钢管 制备 方法
【说明书】:

发明涉及一种内表面轴径双向梯度强化钢管及制备方法,属于金属材料表面强化领域。本发明在保证壁厚不变的前提下,通过氮化技术实现内壁的梯度强化。钢管一端内壁具有高强度和高硬度,具有极为优异的耐磨损性能;钢管的另一端具有较好的韧性,具备极佳的耐冲击性能。通过本发明的实施,可以在不改变原有结构设计的前提下,实现钢管内壁在沿钢管轴线方向的硬度可控变化,从而满足特殊服役工况对于钢管内壁两端不同性能的需求,特别适合大长径比钢管。

技术领域

本发明属于金属材料表面强化领域,具体的涉及一种内表面轴径双向梯度强化钢管及制备方法。

背景技术

钢管基材在使用时,往往不能满足服役工况对耐蚀耐磨耐冲击性能的需求,因此目前多采用表面强化等方式增强其性能,而目前的内表面强化工艺,如CN113125286A、CN102154616A和CN210240812U等方法制备的耐蚀耐冲击钢管在轴向上具备较高的均匀性;异质材料拼接方法如CN105526449B的内层耐磨组合管的上部和下部采用异质构造、CN102128312A内管和外管由不同的金属材料形成等方法,也在轴向上具备相对的均匀性,CN105526449B也只是做到了管内壁沿横截面直径一分为二,两部分性能有所区别。现有技术无法满足特殊服役工况对于钢管两端不同性能的需求,如一端韧性好,具备较好的抗冲击性能,另一端硬度高,具有较好的耐磨损性能。

现有技术存在如下问题:

(1)采用异质管拼接会造成制造难度的大幅增加;

(2)采用异质管拼接会造成整体装备的重心等物理参数出现较大的变化;

(3)采用多层管套接会造成用料和制造成本的大幅上升;

(4)采用现有技术无法实现同步轴径双向梯度强化。

综上,目前尚无一种兼具性能和成本优势的,可以满足钢管两端不同性能需求的钢管及其制备方法。

发明内容

针对上述现有技术的缺点和不足,本发明提供了一种内表面轴径双向梯度强化钢管及制备方法。

本发明提供了一种内表面轴径双向梯度强化钢管,其特征在于,包含钢管基体及内表面强化层,沿钢管轴向和径向方向内表面强化层的硬度和韧性均呈现梯度变化;在保证壁厚不变的前提下,通过氮化技术实现内壁的梯度强化;钢管一端内壁具有高强度和高硬度,具有极为优异的耐磨损性能;钢管的另一端具有较好的韧性,具备极佳的耐冲击性能。

钢管不同位置的材质相同可以保证钢管的重心较为平稳的保持在几何中心位置,不会对整体设备产生不利影响;沿钢管轴向性能呈现梯度变化,充分满足了本发明主要针对的钢管两端不同性能的需求;沿钢管径向性能呈现梯度变化,一方面有利于减小残余应力,另一方面有利于增强连接强度也可以减小裂纹驱动力。双向的梯度设计,有利于增强整体钢管的机械强度、抗热冲击和耐高温性。

优选的,所述强化层为氮化层、软氮化层中的一种或组合。

优选的,钢管两端内表面硬度差不小于100HV0.05,同时所述内表面硬度比基体硬度大,且硬度差不小于300HV0.05

本发明提供一种内表面轴径双向梯度强化钢管的制备方法,包括如下步骤:

S1:钢管前处理;

S2:从钢管的一端开始,逐步将钢管置于盐浴氮化介质中进行内表面氮化,获得沿钢管轴向和径向方向内表面的强度、硬度和韧性均呈现梯度变化的钢管内表面强化层;

S3:钢管清洗后处理。

优选的,所述S1步骤,前处理包括水洗、酸洗、除油、活化、敏化、预氧化、催化层涂覆中的任意一种或组合。

进一步优选的,所述S1步骤,包含对钢管进行预先整体氮化。

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