CN1067072A - 含稀土的抗腐蚀抗气蚀耐磨铸钢 - Google Patents

Abstract

一种含稀土的抗磨损抗腐蚀抗气蚀的铸钢。其 成分范围：0.15～0.40％C、7.2～13.5％Cr、1.5～ 6.0％Mn、0.60～0.80Si、0.02～0.2％RE、0.2～ 0.4％Mo、0.2～0.5％、Cu0.04～0.08％Al、钒或钛占 0.1％，要求硫和磷低于0.03％，余为铁。本发明的铸 钢，具有高强度、高韧性和良好的抗腐蚀、抗气蚀性 能。由于优良的冶金质量和铸造性能，特别适于铸造 生产大型形状复杂的要求抗磨损、抗腐蚀、抗气蚀的 构件，如大型磨纸浆机的磨盘。本铸钢的原材料供应 充足，价格低廉，因而具有良好的经济性。

Description

本发明属于抗磨损、抗腐蚀、抗气蚀的含稀土合金钢。

在造纸业中关键设备之一的磨纸浆机，对保证造纸质量和提高生产率有重要作用。目前我国除自制一些中小型设备外，有相当数量的大型磨纸浆机需从国外进口或仿制。但这种磨纸浆机的关键部件纸浆磨盘是易损件，它由两片或四片组成一付。由于尺寸大、结构复杂、生产质量不稳定致使损耗大，对于进口磨纸浆机的磨盘供应问题不仅要耗费大量外汇，而且无法及时供应生产的需要，成为许多大中型造纸厂严重问题之一。

各种磨纸浆机磨盘失效分析结果表明：美制的磨盘取材为1Cr18Ni9Ti或2Cr17Ni5MoCu，失效原因主要是磨损和磨齿顶90°两边塌钝，以至磨齿槽变小甚至阻塞而失去磨纸浆的能力，它一次寿命是2～3月，其价为2000美元/付;从日本进口的为组合式磨盘，采用高铬铸铁制造，硬度达HRe55，但韧性很低，使用中常因磨损或断齿而失效，一般寿命为1～2月，有的仅能使用1～2周;国产磨片采用激冷铸铁制造，主要用于φ450mm以下，寿命在2个月以内，但直径在φ500～600mm以上的激冷铸铁磨盘，则难以胜任工作，如某厂给华丰造纸厂配用于美国进口磨纸浆机上的φ508mm激冷铸铁磨盘，装机后开车刚开始即把一部分磨齿折断。

本申请人从现场调研和失效分析得知，磨盘易损坏，与其恶劣和复杂的工作条件有密切关系。主要表现在下述几方面：磨盘转速较大达900～1300转/分，以φ500mm直径磨盘计算，其最大圆周速度达300～500米/分;纸浆浓度2～3%，pH值为6.5～7，浆料中含有机根离子及化学助剂产生的腐蚀性离子;还夹杂有少量尘埃和坚硬的砂粒;磨片之间高速相对运动，经常直接接触，同时纸浆水由于受磨盘高速转动所产生的巨大离心力，使它高速流过磨齿面和磨槽之间，冲刷着齿面和齿槽，使其不断遭受磨损和受纸浆的腐蚀;又由于含纸浆水流过磨片齿面和齿槽，在其界面紊流区液流受扰动而萌生空泡、长大至溃灭，此过程对磨片齿面局部带来周期性冲击，因而引起气蚀破坏，而且齿面的磨损、腐蚀与气蚀是相互促进的。

综上所述，目前用于各种磨纸浆机的磨盘使用寿命较短，生产效率较低的主要原因是磨盘所选用的材料抗磨损、抗腐蚀及抗气蚀的性能较差所造成的。

本发明的任务是设计一种耐磨损、抗腐蚀、抗气蚀并且具有优良的冶金质量和铸造性能，适用于制造各种磨纸浆机磨盘的新合金钢。

由于上述磨盘是尺寸大、形状复杂、数量多的易损零件，采用铸钢制造具有最佳经济性和生产效率。但铸钢件由于钢液冷却速度较低，故铸态组织中难免晶粒粗大和不均匀，又由于形状复杂和不经锻造加工，一般易偏析、夹杂多，有较大内应力，对钢件机械性能，尤其对韧性和塑性有不利影响。因此，铸钢件质量的好坏，其关键在于冶金质量、铸造质量。这两方面的关键又在于合适的合金化，即采取合理的成分含量设计以及选用恰当的冶炼制度与浇铸制度及其后的热处理。

本发明的成分含量设计如下：

1.碳的含量：钢液流动性随含碳量增加而得到改善;含碳量的增加，使钢的抗热裂性也随之提高，但超过0.2～0.25%C以后又迅速降低;钢的收缩率随含碳量增加而增大，但含碳量由0.1%增至0.40%时无论线收缩率和体积收缩率都变化不大，为使本铸钢具有完全的板条状马氏体，淬火后得到高硬度和良好韧性，本发明选择碳含量范围为0.15～0.35%。

2.铬的含量：研究表明钢的抗磨蚀性和抗气蚀性随含铬量增加而提高，在到8%Cr以后，继续增加，提高不多，对弱腐蚀介质，10～12%Cr即可保证足够抗蚀性，但铸钢含铬量增加会降低钢的流动性、增加热裂倾向及收缩率、易形成树枝状偏析。本发明在考虑铬含量时，主要顾及抗磨蚀性和抗气蚀性兼顾其它性能，选择的变化范围在7.2～13.5%Cr。

3.锰的含量：锰是本铸钢主要合金元素之一，其作用一是提高钢的奥氏体的稳定性，增加淬透性，提高强韧性，降低淬火温度，以利于热处理设备的选用;二是缩小结晶温度范围，提高流动性。应注意锰含量不宜过高，否则易产生粗大柱状晶和裂纹，同时使奥氏体过于稳定，在一般条件下对抗磨性不利。故取含量范围为1.5～6.0%。

4.稀土含量：稀土亦是本铸钢主要合金元素之一。加稀土的主要作用是使铸钢夹杂物变质，使其呈细小质点弥散均匀地分布于铸钢基体中，根据我们的实践研究，掺加适量稀土能有效提高铸钢的冶金质量和铸造质量。加入的稀土可净化晶界，并使表面氧化物致密，与基体结合加强，对改善铸钢抗蚀性和抗气蚀性有利。含稀土范围：0.02～0.2%。

5.含硅：0.6～0.8%，加硅可降低钢的熔点，改善流动性，但含量高时易形成柱状晶，对抗热裂性能不利。

6.含钼：0.2～0.4%，以改善可能产生的回火脆性。

7.含铜：0.2～0.5%，改善铸造性能和抗蚀性。

8.含钒或钛：0.1%，可取其中一种，其作用是可细化组织，提高硬度，改善耐磨性。

9.选择性成分铝的含量：0.04～0.08%，以消除树脂砂造型时铸件易形成的针孔缺陷。

10.选择性成分钙含微量。

11.硫和磷均要求＜0.03%。

12.余为铁。

本发明合金钢的冶炼及磨盘的制备方法：

1.用电弧炉冶炼时的方法：

1）冶炼采用废钢熔清后，钢水过氧化脱氧、沸腾、增碳一步法，还原精炼采用沉淀与扩散相结合的合金化方法，加入除稀土外的所需的各种合金元素，还原精炼后期出钢前加铝脱氧，在挡渣出钢时，钢包中加入硅稀土。

2）磨盘浇铸与造型：

（1）对于机加工铣齿或刨齿磨盘：采用普通砂造型、磨盘边侧浇口及两保温冒口三等分分布，浇注与点注数次补缩。

（2）对于直接浇铸成齿磨盘：采用铁芯复砂造型，磨盘边侧浇口及两保温冒口，三等分分布浇铸补缩，水瀑清砂。

3）磨盘机加工与热处理过程：

预热处理、机加工、淬火、低温回火、磨两平面。

2.用中频电炉冶炼时的方法：

1）精确配料：除成分中钼、铜、钛或钒、稀土外，均分批加入炉中，在通电熔化、控温、部分脱氧后再加入钼、铜，最后加入钛或钒，出钢前加铝脱氧。

2）挡渣出钢，钢包中加入硅稀土合金。

3）磨盘造型与浇注：

（1）采用普通砂造型，磨盘边侧浇口，两保温冒口浇注与点注数次补缩，可水瀑清砂，再铣齿或刨齿磨盘。

（2）采用直接失腊精铸成齿磨盘。

4）机加工与热处理过程：

预热处理、机加工、淬火、低温回火及磨两平面;如失腊精铸，则直接淬火低温回火，磨两平面。

本发明的显著优点：

1.具有高强度（高硬度），较好的韧性，并有良好的抗磨蚀、抗气蚀性能。

2.具有优良的冶金质量和铸造性能，适于对尺寸大、形状复杂的构件进行铸造，在成型后只需经少量机加工或热处理强化后进行少量磨加工后即可用于生产。

3.原材料来源丰富，价廉，生产成本低，使本铸钢具有良好的经济性。例如用于中大型磨盘代替美国进口的φ508mm  2Cr17Ni5MoCu磨盘，寿命提高4倍以上，成本仅其50%，代替日本进口的高铬铸铁φ560mm磨盘，寿命提高3倍以上，成本仅其70%。

本发明的实施例：

例1：

成分含量：0.28%C、12.8%Cr、1.5%Mn、0.6%Si、0.4%Mo、0.4%Cu、0.1%V、0.2%RE、0.04%Al、Ca微量、要求P和S均＜0.03%。

在电弧炉中冶炼浇铸制成φ508mm磨盘，经过合适的热处理代替美国进口磨盘，在从美国Beloit公司进口双磨盘磨纸浆机上装机使用，已应用一年多比美国进口的Cr17Ni5Cu3磨盘寿命提高四倍以上。

例2：

成分含量：0.28%C、7.8%Cr、3.5%Mn、0.40%Mo、0.4%Cu、0.1%V、0.7%Si、0.05%Al、0.15%RE、Ca微量，要求P和S都＜0.03%。

在中频炉中冶炼，失腊精铸制成φ560mm组合磨盘，经过合适的热处理，取代日本进口的高铬铸铁制组合磨盘，在从日本进口的双磨盘纸浆机上使用，寿命提高三倍以上。

Claims (3)

1、一种含稀土的抗腐蚀抗气蚀耐磨铸钢，其特征是含有0.15～0.35%C，7.2～13.5%Cr，1.5～6.0%Mn，0.02～0.2%RE，0.2～0.4%Mo，0.2～0.5%Cu，0.6～0.8%Si以及0.1%V，Ti0.1%中至少一种，余量为Fe组成。

2、根据权利要求1所述的铸钢，其特征是含有0.28%C，12.8%Cr，1.5%Mn，0.2%RE，0.4%Mo，0.4%Cu，0.1%V，0.6%Si，0.04%Al，Ca微量，及＜0.03%P，＜0.03%S，余为Fe。

3、根据权利要求1所述的铸钢，其特征含有0.28%C，7.8%Cr，3.5%Mn，0.15%RE，0.40%Mo，0.4%Cu，0.4%Cu，0.1%V，0.7%Si，0.05%Al，Ca微量，及＜0.03%P，＜0.03%S，余量为Fe。