CN107502815A - 一种高强度耐磨损多元合金材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤气化生产设备用耐磨材料技术领域，特别涉及一种高强度耐磨损多元合金材料及制备方法；包括金属与非金属合成，按照质量分数百分比为：碳(C)：2.8﹪‑3.6﹪；铬(Cr)：30﹪‑33﹪；镍(Ni)：8﹪‑10﹪；钼(Mo)：3.0﹪‑5.0﹪；锰(Mn)：1.8﹪‑2.5﹪；硅(Si)：0.1﹪‑3.0﹪；钨(W)：3.0﹪‑4.5﹪；钒(V)：0.3﹪‑0.5﹪；铜(Cu)：2.5﹪‑3.5﹪；铌(Nb)：0.5﹪‑1.0﹪；铼(Re)：0.2﹪；余量为铁(Fe)、钛(Ti)及其他元素，按照制壳、制模、埋箱、浇注等工艺完成；本发明的有益效果在于：一种高强度耐磨损多元合金材料寿命比一般耐磨铸钢高五倍以上，比陶瓷产品高十倍以上，过了设计使用寿命，减少了检修量与停炉次数，提高了生产力，降低了检修费用。

Description

一种高强度耐磨损多元合金材料及制备方法

技术领域

本发明属于煤气化生产设备用耐磨材料技术领域，特别涉及一种高强度耐磨损多元合金材料及制备方法。

背景技术

目前煤化工生产工艺中的黑水(含固流体)闪蒸系统特殊件、耐磨弯头、大小头的内衬耐磨材料通常采用陶瓷内衬或耐磨铸钢内衬。如煤气化装置黑水闪蒸分离罐耐磨内衬的工况条件，介质颗粒大且流速快，在内衬表面形成很大的冲击力同时也形成很大的冲刷力，具体为黑水通过角阀进入侧进装置的大小头，再从大小头进入三通，自三通底部盲板返流进入闪蒸罐蒸馏得到产品。黑水温度为220℃左右，黑水中含有1-10％左右的固体颗粒在0-8MPag的压力下自角阀口喷涌而出进入大小头，再横冲直撞冲向底部盲板和侧进三通内壁。而此处由于黑水发生闪蒸，造成闪蒸侧进内部形成气、液、固的三相流，而此处通常涉及为耐磨材料具有一定的韧性和硬度，但承受不了紊乱三相流的冲击和冲刷，更承受不了高温下的侵蚀，由于管径的局限使较大颗粒在管内来回撞击给内衬造成强有力的破坏，选用厚度为25mm的陶瓷内衬仅仅十一天就因破碎不能继续使用，选用一般耐磨内衬最长时间不到三个月就无法使用，造成停产检修次数多，检修工作量大，严重影响了企业的正常生产，更换一次将导致损失大量的经济损失，因而寻求一种既要有一定硬度又要有一定的韧性和抗磨蚀性的高强度耐磨合金已成为煤化工企业的头等大事。

为了解决现有技术中煤气化行业生产设备用耐磨材料所存在的问题，本申请人发明创造了一种高强度耐磨损多元合金材料及制备方法，不仅能够解决现有技术中陶瓷内衬硬度高、脆性大、耐磨性强但不耐撞击的问题；还能解决耐磨铸钢内衬韧性较高但硬度不高且不耐腐蚀和不耐冲刷冲击磨损的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中煤气化生产设备采用陶瓷内衬硬度高、脆性大、耐磨性强但不耐撞击，采用耐磨铸钢内衬韧性较高但硬度不高且不耐腐蚀和不耐冲刷冲击磨损的问题，提供一种能够符合煤气化设备耐磨材料要求的高强度多元合金材料及制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

一种高强度耐磨损多元合金材料及制备方法,其中：包括金属与非金属合成，按照质量分数百分比为：碳(C)：2.8﹪-3.6﹪；铬(Cr)：30﹪-33﹪；镍(Ni)：8﹪-10﹪；钼(Mo)：3.0﹪-5.0﹪；锰(Mn)：1.8﹪-2.5﹪；硅(Si)：0.1﹪-3.0﹪；钨(W)：3.0﹪-4.5﹪；钒(V)：0.3﹪-0.5﹪；铜(Cu)：2.5﹪-3.5﹪；铌(Nb)：0.5﹪-1.0﹪；铼(Re)：0.2﹪；余量为铁(Fe)、钛(Ti)及其他元素，并且按照各元素质量分数百分比将元素进行矩阵组合使用,按照真空消蚀模铸造等工艺进行制备，分别为制壳、制模、埋箱、浇注等。

优选的，所述制备方法采用真空消蚀模铸造工艺，具体为：第一步：制壳，将钢管下料成型；第二步：制模，根据成型后的管件制成泡沫模具并将模具紧贴于钢管内壁分三次刷好涂料烘干；第三步：埋箱，将砂箱放在振动台上，在砂箱底部放置不锈钢窗砂，再在窗砂上垫上石英砂，然后将已彻底干透的模具放上，再填入干砂，边填干砂边振动，第四步：浇注，当模具顶部与干砂相平时接上浇注系统后再填砂并抽取真空使干砂致密后铺上薄膜压好备用，炼好钢后，开启真空装置，注入钢水，打开排气排水阀，完成整个过程。

优选的，制备方法中，对钢管内壁分三次刷好涂料烘干，每刷一遍等烘干后再刷第二遍，刷第二遍烘干后再刷第三遍，涂料总厚度大于δ≥5mm，烘干温度控制在40℃，时间控制在24小时。

优选的，所述制备方法第三步：埋箱，将砂箱放在振动台上，在铁箱底部放置100目不锈钢窗砂，再在窗砂上垫上厚10mm的60-80目的石英砂，然后将已彻底干透的模具放上，再填入干砂，边填干砂边振动。

优选的，所述制备方法第四步：浇注，当模具顶部与干砂相平时接上浇注系统后再填砂并抽取真空使干砂致密后铺上薄膜压好备用，炼好钢后，开启真空装置，在保持浇注压力0.8MPa情况下注入钢水，打开一、二、三级排气排水阀，完成整个过程。

优选的，金属与非金属元素进行矩阵组合，包括碳锰铬硅组合、镍钼钛铬组合、钨钒铌铜铼组合。

本发明的有益效果在于：抗磨损高强度多元复合材料产品使用寿命比一般耐磨铸钢高五倍以上，比陶瓷产品高十倍以上，大大超过了设计使用寿命，减少了检修量，减少了停炉次数，提高了生产力，降低了检修费用。

附图说明

图1为本发明一种高强度耐磨损多元合金材料及制备方法的制造工艺流程图；

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明进行详细的说明，以下实施方式仅用于本发明的内容，发明内容并不仅限于下述实施方式或实施例，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的其他实施例，都属于本发明所保护的范围。

一种高强度耐磨损多元合金材料及制备方法,其中：包括金属与非金属合成，按照质量分数百分比为：碳(C)：2.8﹪-3.6﹪；铬(Cr)：30﹪-33﹪；镍(Ni)：8﹪-10﹪；钼(Mo)：3.0﹪-5.0﹪；锰(Mn)：1.8﹪-2.5﹪；硅(Si)：0.1﹪-3.0﹪；钨(W)：3.0﹪-4.5﹪；钒(V)：0.3﹪-0.5﹪；铜(Cu)：2.5﹪-3.5﹪；铌(Nb)：0.5﹪-1.0﹪；铼(Re)：0.2﹪；余量为铁(Fe)、钛(Ti)及其他元素，并且按照各元素质量分数百分比将元素进行矩阵组合使用,按照真空消蚀模铸造等工艺进行制备，分别为制壳、制模、埋箱、浇注等。

在一种实施例中，所述制备方法采用真空消蚀模铸造工艺，具体为：第一步：制壳，将钢管下料成型；第二步：制模，根据成型后的管件制成泡沫模具并将模具紧贴于钢管内壁分三次刷好涂料烘干；第三步：埋箱，将砂箱放在振动台上，在砂箱底部放置不锈钢窗砂，再在窗砂上垫上石英砂，然后将已彻底干透的模具放上，再填入干砂，边填干砂边振动，第四步：浇注，当模具顶部与干砂相平时接上浇注系统后再填砂并抽取真空使干砂致密后铺上薄膜压好备用，炼好钢后，开启真空装置，注入钢水，打开排气排水阀，完成整个过程。

在一种实施例中，制备方法中，对钢管内壁分三次刷好涂料烘干时，每刷一遍等烘干后再刷第二遍，刷第二遍烘干后再刷第三遍，涂料总厚度δ＝5mm，烘干温度控制在40℃，时间控制在24小时。

在一种实施例中，所述制备方法第三步：埋箱，将砂箱放在振动台上，在铁箱底部放置100目不锈钢窗砂，再在窗砂上垫上厚10mm的70目的石英砂，然后将已彻底干透的模具放上，再填入干砂，边填干砂边振动。

在一种实施例中，所述制备方法第四步：浇注，当模具顶部与干砂相平时接上浇注系统后再填砂并抽取真空使干砂致密后铺上薄膜压好备用，炼好钢后，开启真空装置，在保持浇注压力0.8MPa情况下注入钢水，打开一、二、三级排气排水阀，完成整个过程。

在一种实施例中，金属与非金属元素进行矩阵组合，包括碳锰铬硅组合、镍钼钛铬组合、钨钒铌铜铼组合。

实施例1：

一种高强度耐磨损多元合金材料及制备方法，按照按照各元素质量分数百分比将元素进行矩阵组合使用，具体为碳锰铬硅组合、镍钼钛铬组合、钨钒铌铜铼组合，其中：一是：碳锰铬硅组合，钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，锰硅是良好的脱氧剂和脱硫剂及还原剂，当加入锰时，不但使钢具有较高的强度和硬度，还能使钢有足够的韧性，硅还能提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，为防止锰硅的增加降低钢的抗腐蚀能力，在钢中加入一定量的铬，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，并能提高抗腐蚀能力，碳锰铬硅结合使得钢种具有一定的强度和硬度，具有了一定的韧性和塑性，还具有一定的焊接性能；二是：镍钼钛铬给合，镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性，并对酸碱有较高的耐腐蚀能力，与铬组合在高温下有防锈和耐热能力，钼和钛能使钢的晶粒细化，保持内部组织致密，降低时效敏感性和冷脆性，改善焊接性能，避免晶间腐蚀，镍钼钛铬组合使钢种抗腐蚀能力加强，焊接性能提高，晶界清淅，组织致密综合性能提高；三是：钨钒铌铜稀土组合，钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性，钨可细化组织晶粒，提高强度和韧性，钒与碳形成的碳化物在高温下可提高抗氢腐蚀能力，铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，在此钢种中加铌，可防止晶间腐蚀现象，铜能提高钢的强度的韧性，特别是大气腐蚀性能，加入稀土可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能如韧性、焊接性能等，钨钒铌铜稀土的组合给碳锰铬硅和镍钼钛铬组合提供了保障；材料自身既具有一定的硬度又具有一定的韧性，还具有一定的耐磨、耐腐蚀性，从根本上解决了耐磨不耐撞，耐磨不耐腐，有韧性不耐磨的矛盾。

实施例2：

一种高强度耐磨损多元合金材料及制备方法，针对双金属耐磨直管可以使用离心铸造，而双金属异径管如双金属三通管、双金属弯头等采用真空消蚀模铸造工艺。

Claims (6)

1.一种高强度耐磨损多元合金材料及制备方法,其特征在于：包括金属与非金属合成，按照质量分数百分比为：碳(C)：2.8﹪-3.6﹪；铬(Cr)：30﹪-33﹪；镍(Ni)：8﹪-10﹪；钼(Mo)：3.0﹪-5.0﹪；锰(Mn)：1.8﹪-2.5﹪；硅(Si)：0.1﹪-3.0﹪；钨(W)：3.0﹪-4.5﹪；钒(V)：0.3﹪-0.5﹪；铜(Cu)：2.5﹪-3.5﹪；铌(Nb)：0.5﹪-1.0﹪；铼(Re)：0.2﹪；余量为铁(Fe)、钛(Ti)及其他元素，并且按照各元素质量分数百分比将元素进行矩阵组合使用,按照真空消蚀模铸造等工艺进行制备，分别为制壳、制模、埋箱、浇注等。

2.根据权利要求1所述一种高强度耐磨损多元合金材料及制备方法，其特征在于：所述制备方法采用真空消蚀模铸造工艺，具体为：第一步：制壳，将钢管下料成型；第二步：制模，根据成型后的管件制成泡沫模具并将模具紧贴于钢管内壁分三次刷好涂料烘干；第三步：埋箱，将砂箱放在振动台上，在砂箱底部放置不锈钢窗砂，再在窗砂上垫上石英砂，然后将已彻底干透的模具放上，再填入干砂，边填干砂边振动，第四步：浇注，当模具顶部与干砂相平时接上浇注系统后再填砂并抽取真空使干砂致密后铺上薄膜压好备用，炼好钢后，开启真空装置，注入钢水，打开排气排水阀，完成整个过程。

3.根据权利要求1或2所述一种高强度耐磨损多元合金材料及制备方法，其特征在于：所述制备方法第二步：制模，对钢管内壁分三次刷好涂料烘干，每刷一遍等烘干后再刷第二遍，刷第二遍烘干后再刷第三遍，涂料总厚度大于δ≥5mm，烘干温度控制在40℃，时间控制在24小时。

4.根据权利要求1或2所述一种高强度耐磨损多元合金材料及制备方法，其特征在于：所述制备方法第三步：埋箱，将砂箱放在振动台上，在铁箱底部放置100目不锈钢窗砂，再在窗砂上垫上厚10mm的60-80目的石英砂，然后将已彻底干透的模具放上，再填入干砂，边填干砂边振动。

5.根据权利要求1或2所述一种高强度耐磨损多元合金材料及制备方法，其特征在于：所述制备方法第四步：浇注，当模具顶部与干砂相平时接上浇注系统后再填砂并抽取真空使干砂致密后铺上薄膜压好备用，炼好钢后，开启真空装置，在保持浇注压力0.8MPa情况下注入钢水，打开一、二、三级排气排水阀，完成整个过程。

6.根据权利要求1所述一种高强度耐磨损多元合金材料及制备方法，其特征在于：所述金属与非金属元素进行矩阵组合，包括碳锰铬硅组合、镍钼钛铬组合、钨钒铌铜铼组合。