CN104213045A - 一种高温作业泵阀用合金钢材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高温作业泵阀用合金钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.2-0.4、硅1.4-1.8、锰0.9-1.2、钒0.6-0.8、钼1.2-1.4、铬1.7-2.1、钨0.6-0.75、镧0.08-0.12、Sb0.04-0.07、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。本发明通过使用镧、锑等元素对低碳钢进行改性，使得合金钢不仅耐高温性能好，而且耐磨性、强韧性较强，用该钢制造高温泵壳、轴承、叶轮的使用寿命比现有普通产品提高8倍以上。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。

Description

一种高温作业泵阀用合金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，尤其涉及一种高温作业泵阀用合金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高温作业泵阀用合金钢材料及其制备方法，该合金材料具有耐高温性能好，而且耐磨性、韧性较强的优点。
本发明的技术方案如下：
一种高温作业泵阀用合金钢材料，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1.4-1.8、锰0.9-1.2、钒0.6-0.8、钼1.2-1.4、铬1.7-2.1、钨0.6-0.75、镧0.08-0.12、Sb0.04-0.07、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。
所述的高温作业泵阀用合金钢材料的生产方法，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、Sb；（2）钒、钨；（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为16-18分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以190-200℃/小时速率升温至680-700℃，保温60-80分钟，再以160-170℃/小时速率降温至500-520℃，再继续以190-200℃/小时速率升温至925-945℃，保温3-4小时；再以180-190℃/小时速率降温至600-620℃，再以190-200℃/小时速率升温至730-740℃，再以180-190℃/小时速率降温至560-570℃，保温60-80分钟；再以180-190℃/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
本发明通过使用镧、锑等元素对低碳钢进行改性，使得合金钢不仅耐高温性能好，而且耐磨性、强韧性较强，用该钢制造高温泵壳、轴承、叶轮的使用寿命比现有普通产品提高8倍以上。通过分批加入原料，合理控制铸后热处理温度，使合金的综合力学性能更强；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。
具体实施方式
一种高温作业泵阀用合金钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.2-0.4、硅1.4-1.8、锰0.9-1.2、钒0.6-0.8、钼1.2-1.4、铬1.7-2.1、钨0.6-0.75、镧0.08-0.12、Sb0.04-0.07、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。
所述的高温作业泵阀用合金钢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、Sb；（2）钒、钨；（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195℃/小时速率升温至690℃，保温70分钟，再以165℃/小时速率降温至510℃，再继续以195℃/小时速率升温至935℃，保温3.5小时；再以185℃/小时速率降温至610℃，再以195℃/小时速率升温至735℃，再以185℃/小时速率降温至565℃，保温70分钟；再以185℃/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。
本发明高温作业泵阀用合金钢材料的机械性能为：拉伸强度1179MPa，屈服强度898MPa，延伸率14.6％，断面收缩率25.8％，冲击吸收功54.3J，冲击韧性59.4J/cm2，硬度288HB。

Claims (4)

1.一种高温作业泵阀用合金钢材料，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1.4-1.8、锰0.9-1.2、钒0.6-0.8、钼1.2-1.4、铬1.7-2.1、钨0.6-0.75、镧0.08-0.12、Sb0.04-0.07、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。
2.根据权利要求1所述的高温作业泵阀用合金钢材料的生产方法，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、Sb；（2）钒、钨；（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为16-18分钟，投料后搅拌均匀。
3.根据权利要求2所述的高温作业泵阀用合金钢材料的生产方法，其特征在于：所述的铸后热处理是：先由室温以190-200℃/小时速率升温至680-700℃，保温60-80分钟，再以160-170℃/小时速率降温至500-520℃，再继续以190-200℃/小时速率升温至925-945℃，保温3-4小时；再以180-190℃/小时速率降温至600-620℃，再以190-200℃/小时速率升温至730-740℃，再以180-190℃/小时速率降温至560-570℃，保温60-80分钟；再以180-190℃/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所述的高温作业泵阀用合金钢材料的生产方法，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、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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