CN103667862A - 一种用于离心泵叶片的韧性高碳钢材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于离心泵叶片的韧性高碳钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳3.55-3.75、硫0.02-0.04、磷0.02-0.04、锰1.2-1.4、硅0.4-0.5、铬1.0-1.3、铜0.2-0.4、Zn0.3-0.6、In0.02-0.04、As0.15-0.18、余量为铁。本发明通过使用铬、铜、锌等多种原料组合，形成的高碳钢具有高强度、高硬度、耐磨性好、韧性好的特点；使用部分废铁作为原料，并经过二次精炼，使品质更稳定均一。本发明精炼剂用于铸造生产，气孔度降低1-2度，氧化夹杂物在2级左右。本发明合金钢适用于离心泵的叶片，耐腐蚀、耐磨、增加扬程。

Description

一种用于离心泵叶片的韧性高碳钢材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料制备领域，尤其涉及一种用于离心泵叶片的韧性高碳钢材料及其制备方法。
背景技术
合金钢的发展已经有100多年的历史了，到目前为止，多种多样的合金钢在工业上被应用，主要有以下类型：调质钢 、弹簧钢 、滚动轴承钢 、工具钢、特殊性能钢、耐热钢、低温钢等各种性能优异的合金钢。
泵阀用的合金钢有多种多样，技术有很大进步，但是仍有很多问题存在，如耐磨性、硬度、防锈性能、耐腐蚀性能、耐高低温性能、脆性、韧性等，在很多场合还不能满足生产的要求，还需要进一步改进，以提高生产效率，降低成本，提高安全性，为高精尖技术发展提供保障，为社会发展提供动力，任务还很艰巨。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于离心泵叶片的韧性高碳钢材料及其制备方法，该合金材料具有高的耐磨性、耐腐蚀、高强度、韧性好的特点。
本发明的技术方案如下：
一种用于离心泵叶片的韧性高碳钢材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳3.55-3.75、硫0.02-0.04、磷0.02-0.04、锰1.2-1.4、硅0.4-0.5、铬1.0-1.3、铜0.2-0.4、Zn0.3-0.6、In0.02-0.04、As0.15-0.18、余量为铁。
所述的用于离心泵叶片的韧性高碳钢材料的生产方法，其特征在于：
（1）、准备生铁与废铁按1：1-2比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等；
（2）、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为：（1）硅、锰；（2）铬、铜；（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为13-16分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以200-230℃/小时速率升温至650-670℃，再以140-160℃/小时速率降温至550-570℃，再继续以200-230℃/小时速率升温至930-945℃，保温3-4小时；再以140-160℃/小时速率降温至650-670℃，再以160-180℃/小时速率升温至720-740℃，再以140-160℃/小时速率降温至570-590℃，保温50-70分钟；再以100-120℃/小时速率降温至320-340℃，保温2-3小时；再以150-170℃/小时速率升温至350-370℃，再以50-60℃/小时速率降温至200-230℃，再以150-170℃/小时速率升温至530-550℃，保温2-3小时，取出空冷即得。
所述的精炼剂由下列重量份的原料制成：工具钢粉3-4、氯化钾5-8、氟化钙3-5、石墨粉5-8、氟硅酸钠8-10、玉石粉3-4、蒙脱石1-2、天青石3-5、钾长石3-5、二氧化钛1-2、硅藻土粉3-4、氟硅酸钠1-2、硝酸钠2-3；制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2-3%的硅烷偶联剂KH-550、1-2%的纳米碳粉，混合均匀后，在8-15Mpa下压制成坯，然后，在900-950℃下煅烧3-4小时，冷却后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
本发明的有益效果
本发明通过使用铬、铜、锌等多种原料组合，合理设置原料配比，合理设置投放次序，合理控制铸后热处理温度，形成的高碳钢具有高强度、高硬度、耐磨性好、韧性好的特点；使用部分废铁作为原料，并经过二次精炼，使品质更稳定均一，硫磷等有害元素更低。本发明精炼剂用于铸造生产，明显提高成品率，特别是铸件中的气孔度降低1-2度，得到有效的控制，不会在铸件表面产生气孔，夹杂氧化物也明显降低，氧化夹杂物在2级左右。本发明合金钢适用于离心泵的叶片，耐腐蚀、耐磨、增加扬程。
具体实施方式
一种用于离心泵叶片的韧性高碳钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳3.55-3.75、硫0.02-0.04、磷0.02-0.04、锰1.2-1.4、硅0.4-0.5、铬1.0-1.3、铜0.2-0.4、Zn0.3-0.6、In0.02-0.04、As0.15-0.18、余量为铁。
所述的用于离心泵叶片的韧性高碳钢材料的生产方法为：
（1）、准备生铁与废铁按1：1.5比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等；
（2）、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为：（1）硅、锰；（2）铬、铜；（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为14分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以220℃/小时速率升温至660℃，再以150℃/小时速率降温至560℃，再继续以220℃/小时速率升温至940℃，保温3.6小时；再以150℃/小时速率降温至660℃，再以170℃/小时速率升温至730℃，再以150℃/小时速率降温至580℃，保温60分钟；再以110℃/小时速率降温至330℃，保温2.5小时；再以160℃/小时速率升温至360℃，再以55℃/小时速率降温至220℃，再以160℃/小时速率升温至540℃，保温2.6小时，取出空冷即得。
所述的精炼剂由下列重量份(公斤)的原料制成：工具钢粉3、氯化钾6、氟化钙4、石墨粉7、氟硅酸钠9、玉石粉3、蒙脱石1.5、天青石4、钾长石4、二氧化钛1.5、硅藻土粉3.5、氟硅酸钠1.5、硝酸钠2.5；制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成150目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量3%的硅烷偶联剂KH-550、2%的纳米碳粉，混合均匀后，在11Mpa下压制成坯，然后，在930℃下煅烧3.5小时，冷却后，再粉碎成200目粉末，即得。
本发明用于离心泵叶片的韧性高碳钢材料的机械性能为：拉伸强度1370MPa，屈服强度971MPa，延伸率15％，断面收缩率32％，冲击吸收功55J，冲击韧性64J/cm2，硬度293HB。

Claims (4)

1.一种用于离心泵叶片的韧性高碳钢材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳3.55-3.75、硫0.02-0.04、磷0.02-0.04、锰1.2-1.4、硅0.4-0.5、铬1.0-1.3、铜0.2-0.4、Zn0.3-0.6、In0.02-0.04、As0.15-0.18、余量为铁。
2.根据权利要求1所述的用于离心泵叶片的韧性高碳钢材料的生产方法，其特征在于：
（1）、准备生铁与废铁按1：1-2比例作为铁基质来源，将生铁加入投入炉中熔化，进行脱硫、脱氧、采用精炼剂一次精炼、添加合金成分进行合金化，再加入废铁熔化、加入精炼剂二次精炼、检测并调整化学元素成分含量至合格、浇铸、铸后热处理等；
（2）、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为：（1）硅、锰；（2）铬、铜；（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为13-16分钟，投料后搅拌均匀。
3.根据权利要求2所述的用于离心泵叶片的韧性高碳钢材料的生产方法，其特征在于：所述的铸后热处理是：先由室温以200-230℃/小时速率升温至650-670℃，再以140-160℃/小时速率降温至550-570℃，再继续以200-230℃/小时速率升温至930-945℃，保温3-4小时；再以140-160℃/小时速率降温至650-670℃，再以160-180℃/小时速率升温至720-740℃，再以140-160℃/小时速率降温至570-590℃，保温50-70分钟；再以100-120℃/小时速率降温至320-340℃，保温2-3小时；再以150-170℃/小时速率升温至350-370℃，再以50-60℃/小时速率降温至200-230℃，再以150-170℃/小时速率升温至530-550℃，保温2-3小时，取出空冷即得。
4.根据权利要求2所述的用于离心泵叶片的韧性高碳钢材料的生产方法，其特征在于：所述的精炼剂由下列重量份的原料制成：工具钢粉3-4、氯化钾5-8、氟化钙3-5、石墨粉5-8、氟硅酸钠8-10、玉石粉3-4、蒙脱石1-2、天青石3-5、钾长石3-5、二氧化钛1-2、硅藻土粉3-4、氟硅酸钠1-2、硝酸钠2-3；制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2-3%的硅烷偶联剂KH-550、1-2%的纳米碳粉，混合均匀后，在8-15Mpa下压制成坯，然后，在900-950℃下煅烧3-4小时，冷却后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
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