CN103667943A - 一种泵叶轮用含钪耐磨低碳钢材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种泵叶轮用含钪耐磨低碳钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.2-0.4、硅1.2-1.4、锰2.7-3.1、硼0.5-0.7、铬3.4-3.8、铈0.12-0.16、钒0.02-0.04、钨0.5-0.7、钛0.3-0.5、Sc0.04-0.07、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。本发明在低碳钢的基础上添加少量钪及硼、铈钨等元素，得到的合金钢具有极佳的耐磨性、硬度高、可塑性好的特点，并且耐腐蚀；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，铸件中的气孔度降低1-2度，氧化夹杂物在2级左右。本发明合金钢用于泵的叶轮，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料制备领域，尤其涉及一种泵叶轮用含钪耐磨低碳钢材料及其制备方法。
背景技术
泵阀工作的环境多样，恶劣，对材质的要求很高，目前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泵叶轮用含钪耐磨低碳钢材料及其制备方法，该合金材料具有耐磨性好、韧性好、强度高的优点。
本发明的技术方案如下：
一种泵叶轮用含钪耐磨低碳钢材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.2-0.4、硅1.2-1.4、锰2.7-3.1、硼0.5-0.7、铬3.4-3.8、铈0.12-0.16、钒0.02-0.04、钨0.5-0.7、钛0.3-0.5、Sc0.04-0.07、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。
所述的泵叶轮用含钪耐磨低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、Sc；（2）铬、铈、钒；（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为15-18分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以250-270℃/小时速率升温至680-700℃，再以160-170℃/小时速率降温至500-520℃，再继续以250-270℃/小时速率升温至930-950℃，保温4-5小时；再以150-160℃/小时速率降温至600-620℃，再以250-270℃/小时速率升温至740-750℃，再以150-160℃/小时速率降温至570-590℃，保温50-70分钟；再以110-120℃/小时速率降温至300-310℃，保温2-3小时；再以140-150℃/小时速率升温至430-450℃，再以110-130℃/小时速率降温至220-230℃，再以140-150℃/小时速率升温至510-520℃，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、电石粉3-4、镁粉3-4、氧化锌2-3、二氧化钛1-2、偏磷酸钠2-3、高岭土粉5-6、氮化铝粉1-2、氟化锆1-2、玉石粉3-4、蒙脱石1-2、氟化钙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
本发明在低碳钢的基础上添加少量钪及硼、铈钨等元素，并分次投放原料，合理控制铸后热处理温度，得到的的合金钢具有极佳的耐磨性、硬度高、可塑性好的特点，并且耐腐蚀；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，明显提高成品率，特别是铸件中的气孔度降低1-2度，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。本发明合金钢用于泵的叶轮，耐腐蚀、耐磨，使用寿命长。
具体实施方式
一种泵叶轮用含钪耐磨低碳钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.2-0.4、硅1.2-1.4、锰2.7-3.1、硼0.5-0.7、铬3.4-3.8、铈0.12-0.16、钒0.02-0.04、钨0.5-0.7、钛0.3-0.5、Sc0.04-0.07、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。
所述的泵叶轮用含钪耐磨低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、Sc；（2）铬、铈、钒；（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为17分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以260℃/小时速率升温至690℃，再以165℃/小时速率降温至510℃，再继续以260℃/小时速率升温至940℃，保温4.5小时；再以155℃/小时速率降温至610℃，再以260℃/小时速率升温至745℃，再以155℃/小时速率降温至580℃，保温60分钟；再以115℃/小时速率降温至305℃，保温2.5小时；再以145℃/小时速率升温至440℃，再以120℃/小时速率降温至225℃，再以145℃/小时速率升温至515℃，保温2.5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3.5、电石粉3.5、镁粉3.5、氧化锌2.5、二氧化钛1.5、偏磷酸钠2.5、高岭土粉5.5、氮化铝粉1.5、氟化锆1.5、玉石粉3.5、蒙脱石1.6、氟化钙2.4；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2.5%的硅烷偶联剂KH-550、1.5%的纳米碳粉，混合均匀后，在11Mpa下压制成坯，然后，在930℃下煅烧3.4小时，冷却后，再粉碎成200目粉末，即得。
本发明泵叶轮用含钪耐磨低碳钢材料的机械性能为：拉伸强度1324MPa，屈服强度933MPa，延伸率14.7％，断面收缩率25.8％，冲击吸收功53.9J，冲击韧性64.4J/cm2，硬度288HB。
Claims (4)
1.一种泵叶轮用含钪耐磨低碳钢材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.2-0.4、硅1.2-1.4、锰2.7-3.1、硼0.5-0.7、铬3.4-3.8、铈0.12-0.16、钒0.02-0.04、钨0.5-0.7、钛0.3-0.5、Sc0.04-0.07、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。
2.根据权利要求1所述的泵叶轮用含钪耐磨低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、Sc；（2）铬、铈、钒；（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为15-18分钟，投料后搅拌均匀。
3.根据权利要求2所述的泵叶轮用含钪耐磨低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250-270℃/小时速率升温至680-700℃，再以160-170℃/小时速率降温至500-520℃，再继续以250-270℃/小时速率升温至930-950℃，保温4-5小时；再以150-160℃/小时速率降温至600-620℃，再以250-270℃/小时速率升温至740-750℃，再以150-160℃/小时速率降温至570-590℃，保温50-70分钟；再以110-120℃/小时速率降温至300-310℃，保温2-3小时；再以140-150℃/小时速率升温至430-450℃，再以110-130℃/小时速率降温至220-230℃，再以140-150℃/小时速率升温至510-520℃，保温2-3小时，取出空冷即得。
4.根据权利要求2所述的泵叶轮用含钪耐磨低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、电石粉3-4、镁粉3-4、氧化锌2-3、二氧化钛1-2、偏磷酸钠2-3、高岭土粉5-6、氮化铝粉1-2、氟化锆1-2、玉石粉3-4、蒙脱石1-2、氟化钙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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