一种防电偶腐蚀双金属复合管及其生产工艺

摘要

本发明涉及双金属复合管领域，公开了一种防电偶腐蚀双金属复合管及其生产工艺，该双金属复合管包括不锈钢钢管，套设于所述不锈钢钢管外的碳钢钢管，以及设置于所述不锈钢钢管和碳钢钢管之间的还原性金属涂层。本发明采用冷喷涂的方式，在双金属复合管之间，形成还原性金属涂层，通过牺牲阳极法，将还原性较强的金属作为保护极，保护极与不锈钢钢管相连形成原电池，产生氧化反应，保护不锈钢钢管，并阻断碳钢钢管和不锈钢钢管之间形成电偶腐蚀体系，具有良好的防电偶腐蚀性能。

说明书

技术领域

本发明涉及复合管材领域，特别涉及一种防电偶腐蚀双金属复合管及其生产工艺。

背景技术

碳钢因其廉价性和加工工艺性好是使用最广泛的材料，但大量研究发现碳钢的耐腐蚀性较差。严重腐蚀的碳钢管道容易失效穿孔，造成严重经济损失，因此双金属复合管应运而生。通过在碳钢管内复合不锈钢钢管，不锈钢由于其具有良好的耐腐蚀性能，被作为双金属复合管的耐腐蚀合金层，应用于流体输送管道中，能够显著提升碳钢管的性能。但是双金属复合管仍有不足之处，当内衬不锈钢的破损、磨损或输送管道内的流体在接头处侵入碳钢和不锈钢结合端面处时，可导致碳钢和不锈钢同时暴露于腐蚀环境中，当电解质溶液中出现腐蚀电位不同的两种金属材料电连接时，两种金属之间会发生电偶腐蚀，因此碳钢与不锈钢之间会出现电偶腐蚀。

电偶腐蚀体系中，腐蚀电位相对较负的金属通常会被促进腐蚀，并且电偶腐蚀通常会诱发金属出现点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、氢脆等一系列局部腐蚀问题，从而加速材料的失效，如果不密切关注，甚至可能会引发事故。

为了防止电偶腐蚀带来的威胁，因此需要对现有的双金属复合管结构进行改进，提升现有的双金属复合管防电偶腐蚀性能。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种防电偶腐蚀双金属复合管及其生产工艺，通过在碳钢钢管和不锈钢钢管间增设还原性金属涂层，解决了现有的双金属复合管防电偶腐蚀性能差，使用效果不理想的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种防电偶腐蚀双金属复合管，包括

不锈钢钢管；

套设于所述不锈钢钢管外的碳钢钢管；

以及设置于所述不锈钢钢管和碳钢钢管之间的还原性金属涂层。

作为本发明的优选方案，所述不锈钢钢管的厚度为5-50mm。

作为本发明的优选方案，所述还原性金属涂层通过冷喷涂工艺涂覆于所述不锈钢钢管外壁上。

作为本发明的优选方案，所述还原性金属涂层包括第一还原性金属涂层和第二还原性金属涂层；所述第一还原性金属涂层通过冷喷涂工艺涂覆于所述碳钢钢管内壁上；所述第二还原性金属涂层通过冷喷涂工艺涂覆于所述不锈钢钢管外壁上。

作为本发明的优选方案，所述还原性金属涂层的厚度为50-450μm。

作为本发明的优选方案，所述还原性金属涂层为铝基粉涂层、锌铝基粉涂层、钴基粉涂层、铝硅合金粉涂层中的一种或两种。

一种上述防电偶腐蚀双金属复合管的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，待喷涂表面预处理；对于待喷涂的管体表面进行清洗和毛化处理；

步骤2，还原性金属涂层喷涂；采用冷喷涂工艺，控制以下喷涂参数进行喷涂：喷涂距离25-30mm，工作气体为氮气，载气温度为360摄氏度，喷涂压力为3-3.5MPa，单道喷涂层厚为30-55μm，通过单道或多道喷涂，达到涂层厚度；

步骤3，管材复合；通过冷拔管机，使不锈钢钢管与碳钢钢管进行冷拔过盈配合复合，形成双金属复合管。

作为上述生产工艺的优化，步骤3中，冷拔复合后，将复合管两端截去，使双金属复合管的还原性金属涂层厚度均匀，还原性金属涂层的厚度控制在50-450μm。

作为上述生产工艺的优化，在步骤2中，分别对不锈钢钢管的外壁和碳钢钢管的内壁进行喷涂，在不锈钢钢管的外壁形成厚度为180-300μm的铝基粉涂层，在碳钢钢管的内壁形成厚度为50-120μm的铝硅合金粉涂层。

本发明具有如下有益效果：本发明采用冷喷涂的方式，在双金属复合管之间，形成还原性金属涂层，通过牺牲阳极法，将还原性较强的金属作为保护极，保护极与不锈钢钢管相连形成原电池，产生氧化反应，保护不锈钢钢管，并阻断碳钢钢管和不锈钢钢管之间形成电偶腐蚀体系，具有良好的防电偶腐蚀性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1.不锈钢钢管 2.还原性金属涂层 3.碳钢钢管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

结合图1，本发明为一种防电偶腐蚀双金属复合管，在传统的碳钢和不锈钢双金属复合管基础之后进行改进，继承了双金属复合管价格低、耐腐蚀性能好的优点，并对其防电偶腐蚀性能进行优化。本发明包括不锈钢钢管1，套设于不锈钢钢管1外的碳钢钢管3，以及设置于不锈钢钢管1和碳钢钢管3之间的还原性金属涂层2。为了兼顾生产成本和双金属复合管的性能，不锈钢钢管1的厚度优选为5-50mm，具体可以根据双金属复合管的厚度确定，以不锈钢钢管1的厚度为双金属复合管的十分之一到三分之一为准。

本实施例中，还原性金属涂层2通过冷喷涂工艺涂覆于不锈钢钢管1外壁上。而在碳钢钢管3表面不进行喷涂。

上述防电偶腐蚀双金属复合管的生产工艺，选用10mm壁厚的不锈钢钢管1和30mm壁厚的碳钢钢管3，包括以下步骤：

步骤1，不锈钢钢管1外壁表面预处理。可以采用抛光或酸洗等方式，对不锈钢钢管1表面进行清洗，然后再进行毛化处理，控制粗糙度范围为Ra0.5-Ra5。

步骤2，不锈钢钢管1外壁表面喷涂。采用冷喷涂工艺，控制以下喷涂参数对不锈钢钢管1外壁表面进行喷涂：喷涂距离28mm，工作气体为氮气，载气温度为360摄氏度，喷涂压力为3MPa，单道喷涂层厚为50μm，通过4道喷涂，达到200μm涂层厚度；

步骤3，管材复合。使不锈钢钢管1从碳钢钢管3的扩径端插入碳钢钢管3内，并通过冷拔管机，使不锈钢钢管1从碳钢钢管3另一端伸出，形成双金属复合管；复合前不锈钢钢管1的外径比碳钢钢管3的内径大3-5mm。为了保证双金属复合管的性能稳定性，将双金属复合管的两端截去，使双金属复合管保持粗细均匀，同时还原性金属涂层2完整均匀。

实施例2

实施例2在实施例1的基础上进行改进，优化还原性金属涂层2的还原性金属，还原性金属涂层2为铝基粉涂层、锌铝基粉涂层、钴基粉涂层、铝硅合金粉涂层中的一种。铝基粉涂层以纯铝粉为主，锌铝基粉涂层以锌粉和铝粉的混合粉末为主，钴基粉涂层以钴粉为主，铝硅合金粉涂层为Al-Si系粉末。上述还原性金属涂层2与其他还原性金属涂层2相比，其优势在于，能够形成致密的氧化膜层，形成钝化层，起到阻隔碳钢与不锈钢发生电偶腐蚀的作用。

实施例2的生产工艺与实施例1类似。

实施例3

实施例3与实施例1的区别点在于，实施例1是针对不锈钢钢管1外壁进行喷涂，而实施例3既对不锈钢钢管1外壁进行喷涂，又对碳钢钢管3的内壁进行喷涂。实施例3改进之处的优势在于，一方面不锈钢钢管1与碳钢钢管3复合的强度更好，最主要的，在复合过程中，还原性金属涂层2出现破损的概率会大大降低。对具体的生产过程进行了统计，采用实施例1的方式，在不锈钢钢管1与碳钢钢管3复合过程中，还原性金属涂层2出现局部破损，导致双金属复合管防电偶腐蚀部分或全部失效的概率，在0.3-1％左右；而采用实施例3的方式，还原性金属涂层2出现局部破损，导致双金属复合管防电偶腐蚀部分或全部失效的概率在0.1％以下。

上述防电偶腐蚀双金属复合管的生产工艺，选用8mm壁厚的不锈钢钢管1和22mm壁厚的碳钢钢管3，包括以下步骤：

步骤1，不锈钢钢管1外壁和碳钢钢管3的内壁表面预处理。可以采用抛光或酸洗等方式，对不锈钢钢管1表面进行清洗，然后再进行毛化处理，控制粗糙度范围为Ra0.5-Ra5。

步骤2，不锈钢钢管1外壁和碳钢钢管3的内壁表面喷涂。采用冷喷涂工艺，控制以下喷涂参数进行喷涂：喷涂距离30mm，工作气体为氮气，载气温度为360摄氏度，喷涂压力为3.2MPa，单道喷涂层厚为50μm。不锈钢钢管1外壁表面的涂层厚度为250μm，而碳钢钢管3的内壁表面的涂层厚度为100μm。不锈钢钢管1外壁表面的涂层与碳钢钢管3的内壁表面的涂层不发生化学反应，影响双金属复合管的性能。

步骤3，管材复合。使不锈钢钢管1从碳钢钢管3的扩径端插入碳钢钢管3内，并通过冷拔管机，使不锈钢钢管1从碳钢钢管3另一端伸出，形成双金属复合管；复合前不锈钢钢管1的外径比碳钢钢管3的内径大3-5mm。为了保证双金属复合管的性能稳定性，将双金属复合管的两端截去，使双金属复合管保持粗细均匀，同时还原性金属涂层2完整均匀。

实施例4

实施例4的改进之处在于，结合实施例2和实施例3的优点，在实施例1的基础上，既优选还原性金属涂层2，又对不锈钢钢管1外壁和碳钢钢管3的内壁进行喷涂。注意，不锈钢钢管1外壁采用一种涂层，而碳钢钢管3的内壁采用一种涂层，两者的涂层可以相同，也可以不同。从保证不锈钢钢管1和碳钢钢管3的结合强度考虑，两者涂层最好相同，同时还原性金属粉末的粒径相近，能够保证较好的结合强度。优选，铝基粉涂层、锌铝基粉涂层、铝硅合金粉涂层三者之间可以互配，而采用钴基粉涂层时，不锈钢钢管1外壁和碳钢钢管3的内壁表面都喷涂钴基粉涂层。

本实施例的生产工艺与实施例3类似。

实施例5

实施例5的方案是在实施例4的基础上进行进一步优化。

具体的，一种防电偶腐蚀双金属复合管，包括不锈钢钢管1，套设于不锈钢钢管1外的碳钢钢管3，以及设置于不锈钢钢管1和碳钢钢管3之间的还原性金属涂层2。为了兼顾生产成本和双金属复合管的性能，不锈钢钢管1的厚度优选为5-50mm，具体可以根据双金属复合管的厚度确定，以不锈钢钢管1的厚度为双金属复合管的十分之一到三分之一为准。在不锈钢钢管1的外壁表面通过冷喷涂工艺喷涂180-300μm的铝基粉涂层；碳钢钢管3的内壁通过冷喷涂工艺喷涂50-80μm的铝硅合金粉涂层。铝基粉涂层和铝硅合金粉涂层共同构成还原性金属涂层2。铝基粉涂层与不锈钢钢管1的外壁结合强度高，当不锈钢钢管1出现破损或磨损时，铝粉与不锈钢钢管1发生电化学反应，避免不锈钢钢管1氧化，并且能够形成致密的氧化铝阻隔层，避免电偶腐蚀发生。而铝硅合金粉涂层与碳钢钢管3的结合强度非常好，耐磨性能和耐腐蚀性能好，而且碳钢钢管3和不锈钢钢管1进行复合时，铝硅合金粉涂层也能够与铝硅合金粉涂层很好的结合，结合紧密度好。

上述防电偶腐蚀双金属复合管的生产工艺，选用12mm壁厚的不锈钢钢管1和40mm壁厚的碳钢钢管3，包括以下步骤：

步骤1，不锈钢钢管1外壁和碳钢钢管3的内壁表面预处理。可以采用抛光或酸洗等方式，对不锈钢钢管1表面进行清洗，然后再进行毛化处理，控制粗糙度范围为Ra0.5-Ra5。

步骤2，不锈钢钢管1外壁和碳钢钢管3的内壁表面喷涂。采用冷喷涂工艺，控制以下喷涂参数进行喷涂：喷涂距离25mm，工作气体为氮气，载气温度为360摄氏度，喷涂压力为3MPa，单道喷涂层厚为40μm。在不锈钢钢管1的外壁形成厚度为240μm的铝基粉涂层，在碳钢钢管3的内壁形成厚度为80μm的铝硅合金粉涂层。

步骤3，管材复合。使不锈钢钢管1从碳钢钢管3的扩径端插入碳钢钢管3内，并通过冷拔管机，使不锈钢钢管1从碳钢钢管3另一端伸出，形成双金属复合管；复合前不锈钢钢管1的外径比碳钢钢管3的内径大3-5mm。为了保证双金属复合管的性能稳定性，将双金属复合管的两端截去，使双金属复合管保持粗细均匀，同时还原性金属涂层2完整均匀。

对实施例1-5的双金属复合管进行检测，都能在不锈钢钢管1磨损或破损的情况下，还原性金属涂层2先与不锈钢钢管1发生电化学反应，避免不锈钢钢管1发生氧化反应，导致磨损或磨损部位进一步扩大，同时还原性金属涂层2发生氧化反应，形成致密的氧化膜，能够起到阻隔不锈钢钢管1和碳钢钢管3发生电偶腐蚀现象。

结合以上实施例，可以看出本发明具有优点：本发明采用冷喷涂的方式，在双金属复合管之间，形成还原性金属涂层2，通过牺牲阳极法，将还原性较强的金属作为保护极，保护极与不锈钢钢管1相连形成原电池，产生氧化反应，保护不锈钢钢管1，并阻断碳钢钢管3和不锈钢钢管1之间形成电偶腐蚀体系，具有良好的防电偶腐蚀性能。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。