CN101942617A - 新型耐蚀耐磨耐高温合金材料及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

一种新型耐蚀耐磨耐高温合金材料及其生产工艺，合金中各成分的质量百分比是C-1.6～2.0、Si-0.8～1.2、Mn-8.0～11.0、Cr-24～27、Mo-2.0～3.0、Ni-5.0～7.5、Nb≤1.0、Ti≤1.0、B≤0.20、Re≤0.10、S≤0.030、P≤0.030。生产步骤是首先根据成品对原料化学成分的要求进行配料，然后在可控硅中频感应电炉内进行熔炼，最后进行铸造和热处理。本发明使用了微合金化技术，大幅度提高了材料的力学性能，既保证了较高的耐蚀性能，还提高了硬度、耐磨性、高温强度及耐高温性能，可广泛应用于石油、化工、冶金、电力、煤炭和国防工业等领域。用本发明制作的泵产品比普通不锈钢耐酸泵提高寿命一倍以上，产品成本降低三分之一，真正实现价廉物美。

Description

新型耐蚀耐磨耐高温合金材料及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种不锈耐酸钢及其生产方法。

背景技术

石油、化工、冶金、电力、煤炭和国防工业等领域，大量使用工业泵、阀门、管道、糖散器、混合器、解裂器、辐射管等产品，这些产品往往在恶劣的工况条件下运行，有的接触稀硫酸、盐酸、磷酸、氢氧酸等强腐蚀化合物，有的工作于高磨损状态，有的处于高温高腐环境中。仅上述六大工业领域，每年要生产上亿吨的石油、几千万吨硫酸、盐酸、磷酸、各种化肥和化工原料，将消耗几十万台泵阀及配件。以石油、化工行业为例，每年需要70多万台耐强腐蚀泵。

目前，制造耐强腐蚀泵及各种耐腐管道的合金材料一般为4Cr25Ni20Si2。该材料虽然耐腐蚀性能较好，但是存在下列不足之处：

1、高温强度低，硬底低(HRC25～28)。

2、抗疲劳能力差，易变形。

3、抗磨性能不强。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型耐蚀耐磨耐高温合金材料，做到既具有优良的抗强腐蚀性能，又增加了耐磨性和较好的高温强度、抗氧化性和抗热废劳性能。

本发明提供的合金材料各成分的质量百分比如下：

C 1.6～2.0    Si 0.8～1.2    Mn 8.0～11.0

Cr 24～27     Mo 2.0～3.0    Ni 5.0～7.5

Nb≤1.0       Ti≤1.0        B≤0.20

Re≤0.10      S≤0.030       P≤0.030

其余为Fe。

本发明生产工艺如下：

1、配料

首先用1Cr18Ni9Ti不锈钢作底料，底料质量为总量的64～72％，再配制高碳铬铁或中碳铬铁26～18％，底料与高碳铬铁或中碳铬铁加入量之和≥总量的90％且＜91％，然后根据成品对原料化学成分要求进行精确计算，按质量加入钼铁4～6％、钛铁1～2％、铌铁2～3％、硼铁0.2～0.5％、稀土0.1～0.5％，后面五种原料加入量之和≤总量的10％；

2、熔炼

熔炼在可控硅中频感应电炉内进行，采用不氧化法，熔炼温度为1600～1680℃，熔炼时间每炉2小时，出钢温度为1500～1550℃。

3、铸造

可用砂型工艺、干型加涂料或精密铸造工艺浇铸铸件。

4、热处理

将铸件加热到800～850℃，进行炉冷退火，或将铸件加热到固溶温度1000～1050℃，进行空冷退火。

经测试，本发明生产的合金材料技术性能指标如下：

1、室温力学性能

σ_b＝900～1000MPa           σ_0.2＝550～650MPa

δ₅＝10～15％               ak＝15～30J/cm²

HRc45～55

2、耐腐蚀性能

(1)甲酸(浓度50％)，在50℃时，腐蚀速率为1.00mm/a

(2)硝酸(浓度90％)，在90℃时，腐蚀速率为0.5mm/a

(3)硫酸(浓度5％)，在80℃时，腐蚀速率为0.5mm/a

(4)磷酸(浓度85％)，在80℃时，腐蚀速率为0.5mm/a

(5)盐酸(浓度30％)，在80℃时，腐蚀速率为2.0mm/a

3、高温抗氧化性：1000～1100℃

而美国CD4Mcu耐蚀双相不锈钢技术性能指标如下：

1、室温力学性能

σ_b＝600～700MPa                  σ_0.2＝400～500MPa

δ₅＝10～16％                      ak＝30～40J/cm²

HB250～280

2、耐腐蚀性能

(1)甲酸(浓度50％)，在50℃时，腐蚀速率为3.0mm/a

(2)硝酸(浓度90％)，在90℃时，腐蚀速率为1.0mm/a

(3)硫酸(浓度5％)，在80℃时，腐蚀速率为2.0mm/a

(4)磷酸(浓度85％)，在80℃时，腐蚀速率为3.0mm/a

(5)盐酸(浓度30％)，在80℃时，腐蚀速率为4.0mm/a

3、高温抗氧化性：800～900℃

通过对比可以看出：本发明的合金材料无论强度、硬度、耐腐性、高温抗氧化性均高于美国CD4Mcu耐蚀双相不锈钢。

在固溶温度为1000～1050℃时对本发明提供的泵壳、叶轮铸件进行力学性能测试，结果是冲击值为14.5～25CJ/cm²，硬度为HRc45～53.5。

本发明试样经钢铁研究总院结构材料研究所检试，在25℃时抗拉强度Rm为355～385MPa、在1000℃时Rm为124～156MPa，在1100℃时，Rm为71～75MPa。上述试验证明，本发明的合金材料具有较强的耐高温性能。

与已有技术相比，本发明使用了微合金化技术，加入了Cr、Mn、Ni、Nb、B、Ti、Re等合金元素，大幅度提高了材料的力学性能，既保证了较高的耐蚀性能，还提高了硬度、耐磨性、高温强度及耐高温性能。本发明广泛应用于石油、化工、冶金、电力、煤炭和国防工业等领域，可生产石油、化工企业在强度、强碱腐蚀工况下作业的泵、阀门、管道，可生产冶金、电力部门在高温腐蚀工况下作业的加热构件，如高温压块、支撑板、喷燃嘴、风帽等可在1000℃～1100℃高温状态下工作。用本发明制作的泵产品比普通不锈钢耐酸泵提高寿命一倍以上，产品成本降低三分之一，真正实现价廉物美，赢得市场竞争优势。

具体实施方式

实施例一

1、配料

首先用1Cr18Ni9Ti不锈钢680kg作底料，再配料220kg中碳铬铁，然后加入钼铁50kg、钛铁15kg、铌铁25kg、硼铁5kg、稀土5kg。

2、在可控硅中频感应电炉内进行熔炼，采用不氧化法，熔炼温度为1600～1680℃，熔炼时间每炉2～3小时，出钢温度为1500～1550℃。

3、采用砂型工艺浇铸铸件。

4、热处理：将铸件加热到800～850℃，进行炉冷退火。

实施例二

1、配料

首先用1Cr18Ni9Ti不锈钢640kg作底料，再配料260kg中碳铬铁，然后加入钼铁40kg、钛铁20kg、铌铁30kg、硼铁5kg、稀土5kg。

2、熔炼工艺与实施例一相同。

3、采用干型加涂料工艺浇铸铸件。

4、热处理：将铸件加热到固溶温度1000～1050℃，进行炉冷退火。

实施例三

1、配料

首先用1Cr18Ni9Ti不锈钢720kg作底料，再配料180kg高碳铬铁，然后加入钼铁60kg、钛铁10kg、铌铁20kg、硼铁5kg、稀土5kg。

2、熔炼工艺与实施例一相同。

3、采用精密铸造工艺浇铸铸件。

4、热处理与实施例一或例二相同。

实施例四

1、配料

首先用1Crl8Ni9Ti不锈钢684kg作底料，再配料220kg中碳铬铁，然后加入钼铁50kg、钛铁15kg、铌铁25kg、硼铁5kg、稀土1kg。

其余步骤与实施例一相同。

实施例五

1、配料

首先用1Cr18Ni9Ti不锈钢680kg作底料，再配料223kg中碳铬铁，然后加入钼铁50kg、钛铁15kg、铌铁25kg、硼铁2kg、稀土5kg。

其余步骤与实施例一相同。

实施例六

1、配料

首先用1Cr18Ni9Ti不锈钢680kg作底料，再配料225kg中碳铬铁，然后加入钼铁50kg、钛铁15kg、铌铁25kg、硼铁3kg、稀土2kg。

其余步骤与实施例一相同。

Claims (2)

1.一种新型耐蚀耐磨耐高温合金材料，其特征在于各成分的质量百分比如下：

C 1.6～2.0    Si 0.8～1.2    Mn 8.0～11.0

Cr 24～27     Mo 2.0～3.0    Ni 5.0～7.5

Nb≤1.0       Ti≤1.0        B≤0.20

Re≤0.10      S≤0.030       P≤0.030

其余为Fe。

2.一种新型耐蚀耐磨耐高温合金材料生产工艺，其特征在于生产步骤如下：

a、配料

首先用1Cr18Ni9Ti不锈钢作底料，底料质量为总量的64～72％，再配制高碳铬铁或中碳铬铁26～18％，底料与高碳铬铁或中碳铬铁加入量之和≥总量的90％且＜91％，然后根据成品对原料化学成分的要求进行精确计算，按质量加入钼铁4～6％、钛铁1～2％、铌铁2～3％、硼铁0.2～0.5％、稀土0.1～0.5％，后面五种原料加入量之和≤总量的10％；

b、熔炼

熔炼在可控硅中频感应电炉内进行，采用不氧化法，熔炼温度为1600～1680℃，熔炼时间每炉2小时，出钢温度为1500～1550℃；

c、铸造

可用砂型工艺、干型加涂料或精密铸造工艺浇铸铸件；

d、热处理

将铸件加热到800～850℃，进行炉冷退火，或将铸件加热到固溶温度1000～1050℃，进行空冷退火。