本发明专利技术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。本发明专利技术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。通过本发明专利技术的实施，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。钢管。
【技术实现步骤摘要】
一种内表面轴径双向梯度强化钢管及制备方法
[0001]本专利技术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。
技术介绍
[0002]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。
[0003]现有技术存在如下问题：
[0004](1)采用异质管拼接会造成制造难度的大幅增加；
[0005](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；
[0006](3)采用多层管套接会造成用料和制造成本的大幅上升；
[0007](4)采用现有技术无法实现同步轴径双向梯度强化。
[0008]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。
技术实现思路
[0009]针对上述现有技术的缺点和不足，本专利技术提供了一种内表面轴径双向梯度强化钢管及制备方法。
[0010]本专利技术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。
[0011]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，充分满足了本专利技术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。
[0012]优选的，所述强化层为氮化层、软氮化层中的一种或组合。
[0013]优选的，钢管两端内表面硬度差不小于100HV
0.05
，同时所述内表面硬度比基体硬
度大，且硬度差不小于300HV
0.05
。
[0014]本专利技术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：
[0015]S1：钢管前处理；
[0016]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；
[0017]S3：钢管清洗后处理。
[0018]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。
[0019]进一步优选的，所述S1步骤，包含对钢管进行预先整体氮化。
[0020]优选的，所述S2步骤，可细分为如下步骤：
[0021]S2.01先将钢管一端插入盐浴氮化介质中，保证钢管总长A％浸没在盐浴氮化介质中，氮化保温时间为t1，5<A<95，t1：60～600min；
[0022]S2.02将钢管取出，随后将另一端未氮化部分插入与S2.01相同的盐浴氮化介质中，保证钢管总长B％浸没在盐浴氮化介质中，氮化保温时间为t2，A+B＝100，t2：60～600min，t1≠t2。
[0023]另一优选的，所述S2步骤，可细分为如下步骤：
[0024]S2.11先将钢管一端插入温度为T1的盐浴氮化介质中，保证钢管总长A％浸没在盐浴氮化介质中，氮化保温60～600min，5<A<95，T1：400～600℃；
[0025]S2.12将钢管取出，随后将另一端插入温度为T2的盐浴氮化介质中，保证钢管总长B％浸没在盐浴氮化介质中，氮化保温60～600min，A+B＝100，T2：400～600℃，T2≠T1。
[0026]另一优选的，所述S2步骤可细分为如下步骤：
[0027]S2.21先将钢管一端插入盐浴氮化介质中，保证钢管总长A％浸没在盐浴氮化介质中，氮化保温60～600min，5<A<95；
[0028]S2.22随后将整根钢棒浸没于盐浴氮化介质，氮化保温60～600min。
[0029]采用上述三种优选方式，可获得具有双性能分区的钢管，两端具备不同性能并在轴向形成梯度，径向上由于渗层的扩散也会形成性能梯度，可根据不同工况的需求，调节A的数值，并通过温度与时间的调控，灵活控制双性能分区的比例与性能梯度。
[0030]另一优选的，所述S2步骤可具体为如下步骤：钢管一端以>1mm/min的速度插入盐浴氮化介质中，插入运动时间>30min，完全浸没后氮化保温60～300min。
[0031]另一优选的，所述S2步骤可具体为如下步骤：先将钢管完全浸没在盐浴氮化介质中保温60～300min，随后将一端以>1mm/min的速度从盐浴氮化介质中取出，取出运动时间>30min。
[0032]采用上述两种优选方式，可获得在轴向和径向上具有连续梯度的钢管，并通过介质组成、移动速度、介质温度等参数的调节以满足不同服役工况的需求。
[0033]本专利技术技术关键点：本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0034](1)由于本专利技术轴、径向双梯度的设计，在保证了满足两端不同性能区别的同时，使得钢管的内表面强化层及基体具备较好的结合力、抗热冲击性能及抗疲劳性能。
[0035](2)由于本专利技术钢管内表面氮化强化的设计，无须改变现有钢管结构、无须改变整
体设备的原有设计(如重心和形状等)，并可使用现有装备的钢管使用本专利技术提供的方法直接处理获得具有梯度强化的钢管，极大减轻了装备更替的成本。
[0036](3)由于本专利技术分阶段化的强化工艺设计，可根据实际工况的需求，通过不同的S2步骤，灵活制备双梯度或连续梯度的轴向强化层，使钢管两端具有不同的耐蚀性、耐磨性和耐冲击性定性能。
具体实施方式
[0037]为了更好地理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。
[0038]实施例1
[003本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一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。2.根据权利要求1所述的一种内表面轴径双向梯度强化钢管，其特征在于，所述强化层为氮化层、软氮化层中的一种。3.根据权利要求1所述的一种内表面轴径双向梯度强化钢管，其特征在于，所述钢管两端内表面硬度差不小于100HV
0.05
，同时所述内表面硬度比基体硬度大，且硬度差不小于300HV
0.05
。4.一种内表面轴径双向梯度强化钢管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：钢管前处理；S2：从钢管的一端开始，分阶段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：钢管后处理。5.根据权利要求4所述的一种内表面轴径双向梯度强化钢管的制备方法，其特征在于，所述S1步骤，前处理包含对钢管进行预先整体氮化。6.根据权利要求4所述的一种内表面轴径双向梯度强化钢管的制备方法，其特征在于，所述S2步骤，可细分为如下步骤：S2.01先将钢管一端插入盐浴氮化介质中，保证钢管总长A％浸没在盐浴氮化介质中，氮化保温时间为t1，5<A<95，t1：60～600min；S2.02将钢管取出，随后将另一端未氮化部分插入与S2.01相同的盐浴氮化介质中，保证钢管总长B％浸没在盐浴氮化...
【专利技术属性】
技术研发人员：张津，丁啸云，连勇，黄进峰，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。