内壁淬火硬化合金管组织性能研究*

目前，全世界已有众多国家使用管道输送矿浆物料，运输煤、铁精矿、硫铁矿、石灰石、磷精矿等20多种固体物料[1-4]。管道运输作为五大运输方式之一，输送矿浆方便快捷，成本一般只有铁路运输的1/5，公路运输的1/20，航空运输的1/66。随着我国经济的快速发展，矿山、电力、水泥、机械工程等行业消耗的耐磨管道每年达300万m以上[5-6]。目前，常用的耐磨管道有耐磨金属管道、陶瓷内衬管道、聚乙烯橡胶管道等。管道运输固体物料，都以液体为介质，也就是固体加液体制成浆体后，再利用管道输送。被输送物质中颗粒物含量越大，对管道内壁的耐腐蚀和耐冲蚀性能要求越高[6-8]。全世界已建成浆体长距离运输管道上百条，包括瓮福、尖山、大红山等，分布在五大洲30多个国家，年输送总量1.8亿t。浆体输送用钢管与油气输送钢管有共性，除要求高强度、高韧性和良好可焊性外，还要求增加抗液体介质腐蚀和抗冲蚀磨损性能。

1 试验材料

从输矿用Φ273 mm×14 mm内壁硬化合金直管和Φ273 mm×14 mm内壁硬化合金弯管上截取试样，直管和弯管都是无缝管，内壁采用感应加热淬火工艺制作。钢管的内壁硬化是为了提高钢管内壁硬度，细化内壁金相组织，达到耐磨损的目的，同时保证钢管外壁的力学性能与母材相同（即钢管外壁不淬火），既保证内壁的耐磨性，又保证钢管整体的力学性能[9-10]。尤其在内壁硬化合金管弯管内壁处，铁矿粉等对耐磨管磨损相对影响较大，所以在直管任意位置和弯管最薄弱的内侧取样，对其化学成分、力学性能进行试验研究和分析。

管材的化学成分对管材的耐磨性、可焊性有重要影响。采用PDA-7000直读发射光谱仪对试样进行检测，结果见表1。直管和弯管管体主要化学成分为C、Si、Mn，其他微合金元素均添加极少或者未有意添加。直管和弯管管材化学成分稍有差异，弯管的S含量仅为直管的1/4左右，弯管试样对有害成分S控制较好，弯管试样纯净度较高，确保更优的力学性能，以弥补弯管拐点的强韧性能。

 

表1 管体化学成分检测结果

  

化学成分/%试样w（C）w（Si）w（Mn）w（S）w（P）直管0.384 0.193 1.385 0.013 0 0.015 9弯管0.368 0.228 1.356 0.003 7 0.010 6

2 淬火深度及金相组织

将内壁硬化合金管试样沿着与淬硬表面垂直的方向机械打断，肉眼可清晰地看见内壁硬化合金管内层淬火区和外层未淬火区的宏观组织差异，如图1所示，内外组织过渡明显。采用DMI 5000M金相显微镜对淬火层深度进行精确测量，测量结果见表2，直管试样淬火层平均深度约5.9 mm，弯管试样淬火层平均深度约7.9 mm。

德州仪器（TI）是世界上最大的半导体公司之一。德州仪器始终致力于提供创新半导体技术，帮助客户开发世界最先进的电子产品。德州仪器的模拟、嵌入式处理以及无线技术不断深入至生活的方方面面，从数字通信娱乐到医疗服务、汽车系统以及各种广泛的应用，无所不在。

  

图1 内壁硬化合金管断口宏观照片

 

表2 内壁淬火层深度测量结果

  

淬火层深度/mm测量次数直管弯管1 6.0 7.8 2 5.8 7.7 3 5.9 8.1

（2）直管淬火层平均洛氏硬度HRC50，弯管淬火层平均洛氏硬度HRC40，经过淬火后内壁硬度均高于原管材，具备一定的耐磨损性，可以作为输矿用耐磨管并安全服役。

这是一种传统的社会性变化。主要是藤尾自身的性格。我喜欢你，我喜欢你。藤尾的死令人遗憾，但这也是必然的。另一方面，他说：“我是爱你的人。”这是我在日西冲撞的牺牲品。

  

图2 内壁硬化合金管金相微观组织

3 硬度试验

为了解内壁硬化合金直管和弯管内壁夏比冲击韧性，将壁厚为14 mm的直管和弯管保留内淬火层，从最外层去掉约4 mm厚未淬火区域，加工成10 mm×10 mm×55 mm冲击试样，进行系列温度冲击试验，当温度从20℃逐步下降到-20℃时，直管冲击韧性平均值由10 J逐步下降到4 J，弯管冲击韧性平均值由13 J逐步下降到6 J，标准虽对韧性不做要求，但较低的韧性使管材受到较大能量的撞击和磕碰时容易损坏。

  

图3 横断面硬度打点位置示意图

 

表3 内壁硬化合金管硬度测试结果

  

4 韧性及拉伸性能

管材内壁硬度大小与耐磨性息息相关，硬度大小和淬硬深度可预测管材内壁的耐磨性能[11]。采用布洛维三用硬度计进行洛氏硬度检测，直管和弯管内表面层由于受到矿浆冲涮后表面粗糙，凹凸不平，且有氧化皮及其他杂质，表面松散，HRC硬度离散性大，无法真实反映其内表面硬度。内壁硬化合金管断面打点位置如图3所示，依据GB/T 230.1—2009进行洛氏硬度检测，断面硬度测试结果见表3。直管淬火层平均洛氏硬度约为HRC50，弯管淬火层平均洛氏硬度约为HRC40，经过淬火后内壁硬度均高于未淬火区域，直管和弯管断面HRC硬度从内表面到外表面均呈递减趋势，直管比弯管淬硬效果稍好，淬火后合金管内壁具备一定的硬度和耐磨损性。

对内壁硬化合金直管和弯管进行弯曲压裂试验，压裂后宏观形貌如图4所示，试验发现直管比弯管试样更易发生弯曲断裂。直管轻微变形就沿内壁开裂，而弯管由于热煨弯曲工艺，只有变形量达到一定程度才沿内壁开裂。可见，弯管抗弯曲变形韧性优于直管。

由于直管和弯管都无法获取带有弧度的常规宽度的纵向拉伸试样。所以进行拉伸试验时，一种方法是将直管和弯管试样加工成Φ8.9 mm（内侧和外侧表层各切削掉2.55 mm）或Φ12.7 mm（内侧和外侧表层各切削掉0.65 mm）纵向圆棒拉伸试样，在300 kN电液伺服万能试验机上进行拉伸试验；另一种方法是将试样加工成14 mm×16 mm×400 mm矩形纵向拉伸试样，在Z1200 kN电子万能材料试验机上进行拉伸试验。两种试验结果见表4，由表4可见，圆棒试样拉伸强度明显高于矩形试样拉伸强度，所有圆棒试样都具有低屈强比和一定的延伸率，而矩形试样全部为脆断，基本无延伸率。拉伸过程中，圆棒试样和矩形试样都有部分断于拉伸试验机夹头区域，由于试样中含有淬火区和未淬火区，且淬火区域材质不均匀，且硬而脆，未能真实反映管材强度，可见拉伸试验结果受试样加工尺寸和试验方法影响较大。

  

图4 内壁硬化合金管压裂宏观形貌

 

表4 管母纵向拉伸性能试验结果

  

试样屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 屈强比延伸率/%备注管型试样类型直管635～692 963～1020 0.66～0.68 10～13.8弯管Φ12.7 mm圆棒试样521～732 786～947 0.64～0.77 6.6～9.8直管543～655 922～1030 0.59～0.68 11.0～14.0弯管Φ8.9 mm圆棒试样616～752 876～1024 0.70～0.82 10.2～15.2直管393脆断弯管14 mm×16 mm×400 mm矩形试样524～815 0～0.4脆断

5 断口分析

对断于夹头内的弯管Φ14 mm圆棒端部试样进行SEM分析，分析结果如图5所示。断口宏观照片及分析位置如图5（a）所示，分析位置从左到右有3个不同区域，依次为A区、B区和C区。A区、B区为淬火层，C区为未淬火层，图5（b）、图5（c）、 图5（d）分别为 A区、 B区和 C区的SEM照片。从图5可知，A区呈粗大立体冰糖状形貌，断口为完全解理，属沿晶断裂，B区为韧窝+准解理，C区断口呈解理形貌，属穿晶断裂。

内壁淬火后，内表层部分区域（如A区）存在表面淬硬和马氏体体积膨胀现象，在粗大马氏体晶粒的晶界区有表面淬裂的微裂纹，受拉力状态下易优先撕裂，从而引起试样快速断裂，由此可推测原始壁厚的矩形试样内表面淬火后材质极不均匀，受力状态下易于产生微裂纹，拉伸过程中极易从表面微裂纹处过早起裂，导致原始壁厚的矩形试样在较小强度下发生脆断[12]。

  

图5 断于棒拉端部弯管试样SEM图

6 结论

（1）内壁硬化合金管化学成分主要为C、Si、Mn元素，经过内壁淬火后，直管和弯管试样内层组织均为马氏体，外层组织均为网状铁素体+珠光体，直管淬火层平均深度约为5.9 mm，弯管约为7.9 mm。

内壁硬化合金管的金相组织分析依据GB/T 13298—2015进行，微观组织如图2所示。由图2可见，直管、弯管试样外层组织均为网状铁素体+珠光体，内层组织均为马氏体，直管和弯管内外层组织过渡平缓。由于弯管需要热煨弯曲，热处理工艺不同导致与直管晶粒尺寸有所不同，直管试样网状铁素体比弯管试样晶粒尺寸小，弯管马氏体含量比直管多，且组织细小。

参考文献：

（3）拉伸试验表明，直管和弯管内表面层经过淬火后组织不均匀，后期可改进淬火工艺，使组织均匀进而真实反映管材强度。

作者简介：林文俊，汉族，福建漳浦人，福建省漳浦县深土小学，一级教师，专科学历，研究方向：小学数学教育。

[7]韩文亮.浆体管道输送的发展及输送的工艺设计[J].金属矿山，2006（S1）:85-88.

[1]钱桂华，曹晰.浆体管道输送设备实用选型手册[M].北京:冶金工业出版社，1995.

[2]邹伟生，袁海燕，罗绍卓.长距离管道输送发展现状及在矿山的应用前景[J].金属材料与冶金工程，2009，37（1）:57-60.

（7）获取最终目标框：每个网格预测两个目标框，但是在具体计算时，每次只选取了置信度最大或者是跟真实框距离最小的框计算位置损失与求梯度。当在一个网格中遇到两个重叠框，采取对同一个网格回归后保留max（p（c））的目标框，概率计算如式（9）所示。

[4]董刚.材料冲蚀行为及机理研究[D].杭州:浙江工业大学，2004.

[3]温新林，唐贵基，贾建民，等.中国电力行业耐磨管道技术及标准的研究与工作进展状况[J].热处理技术与装备， 2012， 33（3）:58-62.

[5]唐川林，张晓琪，张凤华，等.用于疏浚江河湖泊的新型高效工具研究[J].湖南工业大学学报，2002，16（4）:105-108.

[6]吴湘福.矿浆管道输送技术的发展与展望[J].金属矿山，2000（6）:17.

本文采用低模式损耗、阶跃型两模光纤模型，传输时不采用模分复用技术，而是直接将耦合入少模光纤的光送入少模前置EDFA中放大，可忽视模间串扰.其纤芯直径为18 μm，波长λ=1 550 nm，归一化频率为3.79，大于2.405，小于3.832，因此该少模光纤在1550 nm波段可支持两种LP模式，即为式(4)、(5)代表的LP01模，以及LP11模的两种简并形式(LP11a模和LP11b模)[17].将式(3)～(6)代入式(2)、(7)，可得到空间光到两模光纤的耦合效率与相对孔径D/f的变化曲线.

[8]瓦斯普.固体物料的浆体管道输送[M].北京:水利电力出版社，1980.

[9]许辉，幺克威，张兴兵，等.一种钢管内壁硬化淬火设备及淬火方法:中国，CN103305678[P].2013-09-18.

[10]许辉，幺克威，张兴兵，等.一种弯钢管内壁硬化淬火设备:中国，CN203360495[P].2013-12-25.

[11]张继军，桂晓莉.浆体管道磨损机理研究[J].甘肃科技， 2011， 27（1）:60-63.

全民学习共享平台的模式设计 全民学习共享平台是一个多维度、多层次的结构体系，多维度表示网络学习行为类型的多样性，多层次表示学习者在学习过程中解决不同的问题时所采用的行为以及行为序列的层次性和复杂性[4]。全民学习共享平台要能使得人人都有学习的条件和机会，让人人都有适合自己的学习模式可供选择。

2)保证支架合理工作状态。采取及时移架和限量放煤等方法，减少顶煤冒落，将支架顶梁仰俯角变化范围控制在±10°，防止后柱受力过小甚至出现拉力。

[12]康进兴，赵文轮，朱金华.材料抗冲蚀性的研究进展[J].材料保护， 2001， 34（10）:22-23.