CN104213021A - 一种耐磨高碳钢泵阀材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种耐磨高碳钢泵阀材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳2.2-2.4、硅1.2-1.4、锰2.1-2.3、钼0.7-0.9、镍0.05-0.08、钒0.7-0.9、钛1.2-1.4、Ta0.04-0.07、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。本发明合金钢通过在高低碳钢的基础上添加钼、钒、钛等元素，不仅保留了高碳钢的高强度、高硬度，还具有热强高、耐磨好、韧性较好的特点；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。本发明合金钢用于高温作业、磨损高的部件，使用寿命长。

Description

一种耐磨高碳钢泵阀材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料制备领域，尤其涉及一种耐磨高碳钢泵阀材料及其制备方法。
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耐磨高碳钢泵阀材料及其制备方法，该合金材料具有耐磨性好、硬度高、耐热的优点。
本发明的技术方案如下：
一种耐磨高碳钢泵阀材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳2.2-2.4、硅1.2-1.4、锰2.1-2.3、钼0.7-0.9、镍0.05-0.08、钒0.7-0.9、钛1.2-1.4、Ta0.04-0.07、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。
所述的耐磨高碳钢泵阀材料的生产方法，其特征在于：
（1）、准备生铁与废铁按1：2-3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、Ta；（2）钼、镍；（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为20-24分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以210-230℃/小时速率升温至690-700℃，保温60-80分钟，再以160-170℃/小时速率降温至500-520℃，再继续以210-230℃/小时速率升温至925-945℃，保温3-4小时；再以160-170℃/小时速率降温至600-620℃，再以210-230℃/小时速率升温至740-750℃，再以160-170℃/小时速率降温至560-570℃，保温60-80分钟；再以150-170℃/小时速率降温至300-320℃，保温2-3小时；再以160-170℃/小时速率升温至430-450℃，再以110-130℃/小时速率降温至220-230℃，再以160-170℃/小时速率升温至520-540℃，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、高岭土2-3、三氧化二铝1-2、氧化镁4-5、蒙脱石1-2、氟化锆1-2、明矾2-3、海藻酸钠2-3、三聚磷酸钠1-2、刚玉粉2-3、硫酸铜1-2、氟硅酸钾2-3、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
本发明合金钢通过在高低碳钢的基础上添加钼、钒、钛等元素，不仅保留了高碳钢的高强度、高硬度，还具有热强高、耐磨好、韧性较好的特点；并分次投放原料，合理控制铸后热处理温度，改善了合金的综合力学性能；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。本发明合金钢用于高温作业、磨损高的部件，使用寿命长。
具体实施方式
一种耐磨高碳钢泵阀材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳2.2-2.4、硅1.2-1.4、锰2.1-2.3、钼0.7-0.9、镍0.05-0.08、钒0.7-0.9、钛1.2-1.4、Ta0.04-0.07、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。
所述的耐磨高碳钢泵阀材料的生产方法如下：
（1）、准备生铁与废铁按1：2.5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、Ta；（2）钼、镍；（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为22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695℃，保温70分钟，再以165℃/小时速率降温至510℃，再继续以220℃/小时速率升温至935℃，保温3.5小时；再以165℃/小时速率降温至610℃，再以220℃/小时速率升温至745℃，再以165℃/小时速率降温至565℃，保温70分钟；再以160℃/小时速率降温至310℃，保温2.5小时；再以165℃/小时速率升温至440℃，再以120℃/小时速率降温至225℃，再以165℃/小时速率升温至530℃，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、高岭土2.5、三氧化二铝1.5、氧化镁4.5、蒙脱石1.5、氟化锆1.5、明矾2.5、海藻酸钠2.5、三聚磷酸钠1.5、刚玉粉2.5、硫酸铜1.5、氟硅酸钾2.5、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2.5%的硅烷偶联剂KH-550、1.5%的纳米碳粉，混合均匀后，在12Mpa下压制成坯，然后，在920℃下煅烧3.5小时，冷却后，再粉碎成210目粉末，即得。
本发明耐磨高碳钢泵阀材料的机械性能为：拉伸强度1387MPa，屈服强度972MPa，延伸率11.6％，断面收缩率22.8％，冲击吸收功49.8J，冲击韧性63.1J/cm2，硬度295HB。

Claims (4)

1.一种耐磨高碳钢泵阀材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳2.2-2.4、硅1.2-1.4、锰2.1-2.3、钼0.7-0.9、镍0.05-0.08、钒0.7-0.9、钛1.2-1.4、Ta0.04-0.07、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。
2.根据权利要求1所述的耐磨高碳钢泵阀材料的生产方法，其特征在于：
（1）、准备生铁与废铁按1：2-3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、Ta；（2）钼、镍；（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为20-24分钟，投料后搅拌均匀。
3.根据权利要求2所述的耐磨高碳钢泵阀材料的生产方法，其特征在于：所述的铸后热处理是：先由室温以210-230℃/小时速率升温至690-700℃，保温60-80分钟，再以160-170℃/小时速率降温至500-520℃，再继续以210-230℃/小时速率升温至925-945℃，保温3-4小时；再以160-170℃/小时速率降温至600-620℃，再以210-230℃/小时速率升温至740-750℃，再以160-170℃/小时速率降温至560-570℃，保温60-80分钟；再以150-170℃/小时速率降温至300-320℃，保温2-3小时；再以160-170℃/小时速率升温至430-450℃，再以110-130℃/小时速率降温至220-230℃，再以160-170℃/小时速率升温至520-540℃，保温2-3小时，取出空冷即得。
4.根据权利要求2所述的耐磨高碳钢泵阀材料的生产方法，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、高岭土2-3、三氧化二铝1-2、氧化镁4-5、蒙脱石1-2、氟化锆1-2、明矾2-3、海藻酸钠2-3、三聚磷酸钠1-2、刚玉粉2-3、硫酸铜1-2、氟硅酸钾2-3、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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