CN107904516B - 一种耐腐蚀泵用摩擦副及其制备方法 - Google Patents

一种耐腐蚀泵用摩擦副及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀泵用摩擦副，该耐腐蚀泵用摩擦副由叶轮和导叶组成，叶轮由下列质量百分比的各成分组成：C：≤0.03，Si：≤1，Mn：≤1.5，S：≤0.02，P：≤0.03，Cr：24.5‑26.5，Ni：5‑7，Mo：2.5‑3.5，Cu：2.75‑3.5其余为Fe；导叶由下列质量百分比的各成分组成：C：≤0.03，Si：≤1，Mn：0.8‑1.5，S：≤0.02，P：≤0.03，Cr：24.5‑26.5，Ni：5‑7，Mo：2.5‑3.5，N：0.12‑0.22，Cu：2.75‑3.5其余为Fe。本发明选用了一对双相不锈钢摩擦副，合理优化了合金配比和热处理工艺，提高了叶轮和导叶的硬度差，降低了叶轮和密封环咬合抱死发生的概率。

Description

一种耐腐蚀泵用摩擦副及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种耐腐蚀泵用摩擦副及其制备方法。
背景技术
耐腐蚀泵转子部件的叶轮与定子部件的导叶是一对摩擦副，叶轮尾部与导叶的设计间隙为0.25~0.3mm，叶轮转速在3000r/min左右。泵运行过程中，如果组装精度不高或者介质中存在杂质（如切屑、焊渣等金属或非金属颗粒），叶轮与导叶就有可能接触，产生摩擦，造成摩擦副的抱死。
目前，叶轮和导叶的材质均为1.4517（EN10283）双相不锈钢，在耐腐蚀泵的运行过程中，该摩擦副也会发生抱死。在各种配副方案中，最关键的问题是摩擦副材料的成分、工艺，这是材料的发明点所在。因为不同成分、工艺的摩擦副具有不同的特性和功能。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种耐腐蚀泵用摩擦副及其制备方法。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种耐腐蚀泵用摩擦副，该耐腐蚀泵用摩擦副由叶轮和导叶组成，叶轮由下列质量百分比的各成分组成：C：≤0.03，Si：≤1，Mn：≤1.5，S：≤0.02，P：≤0.03，Cr：24.5-26.5，Ni：5-7，Mo：2.5-3.5，Cu：2.75-3.5其余为Fe；导叶由下列质量百分比的各成分组成：C：≤0.03，Si：≤1，Mn：0.8-1.5，S：≤0.02，P：≤0.03，Cr：24.5-26.5，Ni：5-7，Mo：2.5-3.5，N：0.12-0.22，Cu：2.75-3.5其余为Fe。
如上述的耐腐蚀泵用摩擦副的制备方法，其中C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Mo、Cu和Fe均以单质的形式加入，N以氮化铬的形式加入；叶轮采用蜡模精密铸造，具体步骤如下：
（1）将原料按照比例置于中频感应炉中进行熔炼，之后出炉浇铸，然后进行退火，退火温度为900±10℃，保温4-5h；
（2）然后进行粗加工，之后进行固溶处理，处理温度为1000-1020℃，保温1.5-2h，水冷至室温；
（3）最后精加工；
导叶采用蜡模精密铸造，具体步骤如下：
（1）将原料按照比例置于中频感应炉中进行熔炼，之后出炉浇铸，然后进行退火，退火温度为900±10℃，保温4-5h；
（2）然后进行粗加工，之后进行固溶处理，处理温度为1040-1060℃，保温1.5-2h，水冷至室温；
（3）最后精加工。
所述叶轮热处理后硬度控制在HB241-270，导叶热处理硬度控制在HB291-320。
为了提高摩擦副抗咬合性能，同时满足材料的机械强度要求，叶轮热处理硬度控制在HB241-270；导叶硬度控制在HB291-320。叶轮和导叶化学成分基本相同，区别之处在于Mn含量和N含量，导叶中加入了N元素，能够有效提高材质的强度和硬度，Mn元素控制在上限主要是为了N元素能够更好的加入。
固溶处理工艺上有所区别，也是为了提高叶轮和导叶的硬度差，防止摩擦副咬死，提高两则的抗咬合性能，保证耐腐蚀泵平稳运行，延长产品的使用寿命，降低设备维护的成本。
本发明选用了一对双相不锈钢摩擦副，合理优化了合金配比和热处理工艺，提高了叶轮和导叶的硬度差，降低了叶轮和密封环咬合抱死发生的概率。
附图说明
图1是本发明制备的耐腐蚀泵用摩擦副的叶轮和密封环装配示意图。
具体实施方式
本发明中所用单质和化合物均为市售产品。
双相不锈钢含有较高含量的合金元素，在铸造冷却过程中，可能析出许多含铬的碳化物、氮化物或其他金属相，这些析出相的存在不但使钢的塑性和韧性降低，还会成为点腐蚀源，加速点腐蚀。固溶处理的作用就是最大限度地消除析出相，提高双相不锈钢的塑性、韧性和抗点腐蚀能力。
固溶处理：指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。
本发明制备的耐腐蚀泵用摩擦副的叶轮和密封环装配示意图如图1所示。
实施例1：
一种耐腐蚀泵用摩擦副，该耐腐蚀泵用摩擦副由叶轮和导叶组成，叶轮由下列质量百分比的各成分组成：C：≤0.03，Si：≤1，Mn：≤1.5，S：≤0.02，P：≤0.03，Cr：24.5-26.5，Ni：5-7，Mo：2.5-3.5，Cu：2.75-3.5其余为Fe；导叶由下列质量百分比的各成分组成：C：≤0.03，Si：≤1，Mn：0.8-1.5，S：≤0.02，P：≤0.03，Cr：24.5-26.5，Ni：5-7，Mo：2.5-3.5，N：0.12-0.22，Cu：2.75-3.5其余为Fe。
如上述的耐腐蚀泵用摩擦副的制备方法，其中C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Mo、Cu和Fe均以单质的形式加入，N以氮化铬的形式加入；叶轮采用蜡模精密铸造，具体步骤如下：
（1）将原料按照比例置于中频感应炉中进行熔炼，之后出炉浇铸，然后进行退火，退火温度为900±10℃，保温4-5h；
（2）然后进行粗加工，之后进行固溶处理，处理温度为1000-1020℃，保温1.5-2h，水冷至室温；
（3）最后精加工；
导叶采用蜡模精密铸造，具体步骤如下：
（1）将原料按照比例置于中频感应炉中进行熔炼，之后出炉浇铸，然后进行退火，退火温度为900±10℃，保温4-5h；
（2）然后进行粗加工，之后进行固溶处理，处理温度为1040-1060℃，保温1.5-2h，水冷至室温；
（3）最后精加工。
叶轮热处理后硬度控制在HB241-270，导叶热处理硬度控制在HB291-320。
实施例2
一种耐腐蚀泵用摩擦副，叶轮材质由下列质量百分比的各成分组成：C：0.03kg，Si：0.72kg，Mn：0.43kg，S：0.012kg，P：0.013kg，Cr：24.9kg，Ni：5.9kg，Mo：2.8kg，Cu：2.9kg，其余为Fe；导叶材质由下列质量百分比的各成分组成：C：0.03kg，Si：0.73kg，Mn：1.1kg，S：0.011kg，P：0.014kg，Cr：25.5kg，Ni：6kg，Mo：2.9kg，N：0.15kg，Cu：3.1，其余为Fe。
上述耐腐蚀泵用摩擦副的制备方法，其中C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Mo、Cu和Fe均以单质的形式加入，N以氮化铬的形式加入；叶轮采用蜡模精密铸造，包括以下步骤：
（1）将原料按照比例置于中频感应炉中进行熔炼，之后出炉浇铸，然后进行退火，退火温度为900℃，保温4.5h；
（2）然后进行粗加工，之后进行固溶处理，处理温度为1000℃，保温1.5h，水冷至室温；
（3）最后精加工；
导叶采用蜡模精密铸造，包括以下步骤：
（1）将原料按照比例置于中频感应炉中进行熔炼，之后出炉浇铸，然后进行退火，退火温度为900℃，保温4.5h；
（2）然后进行粗加工，之后进行固溶处理，处理温度为1040℃，保温1.5h，水冷至室温；
（3）最后精加工；
叶轮热处理后硬度控制在HB245，导叶热处理硬度控制在HB296。
实施例3
一种耐腐蚀泵用摩擦副，叶轮材质由下列质量百分比的各成分组成：C：0.028kg，Si：0.83kg，Mn：0.53kg，S：0.017kg，P：0.016kg，Cr：25.5kg，Ni：5.7kg，Mo：2.9kg，Cu：2.8kg，其余为Fe；导叶材质由下列质量百分比的各成分组成：C：0.028kg，Si：0.73kg，Mn：1.2kg，S：0.015kg，P：0.013kg，Cr：25.7kg，Ni：6.1kg，Mo：2.8kg，N：0.17kg，Cu：3，其余为Fe。
上述耐腐蚀泵用摩擦副的制备方法，其中C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Mo、Cu和Fe均以单质的形式加入，N以氮化铬的形式加入；叶轮采用蜡模精密铸造，包括以下步骤：
（1）将原料按照比例置于中频感应炉中进行熔炼，之后出炉浇铸，然后进行退火，退火温度为902℃，保温4.8h；
（2）然后进行粗加工，之后进行固溶处理，处理温度为1008℃，保温2h，水冷至室温；
步骤三最后精加工；
导叶采用蜡模精密铸造，包括以下步骤：
（1）将原料按照比例置于中频感应炉中进行熔炼，之后出炉浇铸，然后进行退火，退火温度为903℃，保温4.8h；
（2）然后进行粗加工，之后进行固溶处理，处理温度为1048℃，保温2h，水冷至室温；
（3）最后精加工；
所述叶轮热处理后硬度控制在HB249，导叶热处理硬度控制在HB298。
实施例4
一种耐腐蚀泵用摩擦副，叶轮材质由下列质量百分比的各成分组成：C：0.026kg，Si：0.43kg，Mn：0.33kg，S：0.011kg，P：0.012kg，Cr：25.7kg，Ni：5.5kg，Mo：2.6kg，Cu：2.75kg，其余为Fe；导叶材质由下列质量百分比的各成分组成：C：0.025kg，Si：0.53kg，Mn：1.12kg，S：0.012kg，P：0.013kg，Cr：25.5kg，Ni：6.2kg，Mo：2.7kg，N：0.18kg，Cu：2.75 kg，其余为Fe。
上述耐腐蚀泵用摩擦副的制备方法，其中C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Mo、Cu和Fe均以单质的形式加入，N以氮化铬的形式加入；叶轮采用蜡模精密铸造，包括以下步骤：
（1）将原料按照比例置于中频感应炉中进行熔炼，之后出炉浇铸，然后进行退火，退火温度为905℃，保温4h；
（2）然后进行粗加工，之后进行固溶处理，处理温度为1010℃，保温1.5h，水冷至室温；
（3）最后精加工；
导叶采用蜡模精密铸造，包括以下步骤：
（1）将原料按照比例置于中频感应炉中进行熔炼，之后出炉浇铸，然后进行退火，退火温度为905℃，保温4h；
（2）然后进行粗加工，之后进行固溶处理，处理温度为1050℃，保温1.5h，水冷至室温；
（3）最后精加工；
叶轮热处理后硬度控制在HB255，导叶热处理硬度控制在HB306。
实施例5
一种耐腐蚀泵用摩擦副，叶轮材质由下列质量百分比的各成分组成：C：0.028kg，Si：0.73kg，Mn：0.53kg，S：0.014kg，P：0.014kg，Cr：25.9kg，Ni：6.3kg，Mo：3.1kg，Cu：3.1kg，其余为Fe；导叶材质由下列质量百分比的各成分组成：C：0.029kg，Si：0.53kg，Mn：1.22kg，S：0.013kg，P：0.015kg，Cr：26.1kg，Ni：6.3kg，Mo：3.2kg，N：0.19kg，Cu：2.9 kg，其余为Fe。
上述耐腐蚀泵用摩擦副的制备方法，其中C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Mo、Cu和Fe均以单质的形式加入，N以氮化铬的形式加入；叶轮采用蜡模精密铸造，包括以下步骤：
（1）将原料按照比例置于中频感应炉中进行熔炼，之后出炉浇铸，然后进行退火，退火温度为901℃，保温4.5h；
（2）然后进行粗加工，之后进行固溶处理，处理温度为1020℃，保温1.6h，水冷至室温；
（3）最后精加工；
导叶采用蜡模精密铸造，包括以下步骤：
（1）将原料按照比例置于中频感应炉中进行熔炼，之后出炉浇铸，然后进行退火，退火温度为901℃，保温4.5h；
（2）然后进行粗加工，之后进行固溶处理，处理温度为1060℃，保温1.6h，水冷至室温；
（3）最后精加工；
叶轮热处理后硬度控制在HB260，导叶热处理硬度控制在HB315。
实施例6
一种耐腐蚀泵用摩擦副，叶轮材质由下列质量百分比的各成分组成：C：0.024kg，Si：0.93kg，Mn：1.5kg，S：0.02kg，P：0.03kg，Cr：24.5kg，Ni：5kg，Mo：2.5kg，Cu：3.0kg，其余为Fe；导叶材质由下列质量百分比的各成分组成：C：0.027kg，Si：0.93kg，Mn：0.8kg，S：0.02kg，P：0.03kg，Cr：24.5kg，Ni：5kg，Mo：2.5kg，N：0.12kg，Cu：2.8 kg，其余为Fe。
上述耐腐蚀泵用摩擦副的制备方法，其中C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Mo、Cu和Fe均以单质的形式加入，N以氮化铬的形式加入；叶轮采用蜡模精密铸造，包括以下步骤：
（1）将原料按照比例置于中频感应炉中进行熔炼，之后出炉浇铸，然后进行退火，退火温度为890℃，保温4.2h；
（2）然后进行粗加工，之后进行固溶处理，处理温度为1005℃，保温1.7h，水冷至室温；
（3）最后精加工；
导叶采用蜡模精密铸造，包括以下步骤：
（1）将原料按照比例置于中频感应炉中进行熔炼，之后出炉浇铸，然后进行退火，退火温度为890℃，保温4.2h；
（2）然后进行粗加工，之后进行固溶处理，处理温度为1045℃，保温1.7h，水冷至室温；
（3）最后精加工；
叶轮热处理后硬度控制在HB241，导叶热处理硬度控制在HB291。
实施例7
一种耐腐蚀泵用摩擦副，叶轮材质由下列质量百分比的各成分组成：C：0.025kg，Si：1kg，Mn：1.2kg，S：0.01kg，P：0.025kg，Cr：25.0kg，Ni：6kg，Mo：3kg，Cu：3.2kg，其余为Fe；导叶材质由下列质量百分比的各成分组成：C：0.026kg，Si：1kg，Mn：0.9kg，S：0.01kg，P：0.025kg，Cr：25.0kg，Ni：5.5kg，Mo：3kg，N：0.20kg，Cu：3.2 kg，其余为Fe。
上述耐腐蚀泵用摩擦副的制备方法，其中C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Mo、Cu和Fe均以单质的形式加入，N以氮化铬的形式加入；叶轮采用蜡模精密铸造，包括以下步骤：
（1）将原料按照比例置于中频感应炉中进行熔炼，之后出炉浇铸，然后进行退火，退火温度为895℃，保温5h；
（2）然后进行粗加工，之后进行固溶处理，处理温度为1015℃，保温1.8h，水冷至室温；
（3）最后精加工；
导叶采用蜡模精密铸造，包括以下步骤：
（1）将原料按照比例置于中频感应炉中进行熔炼，之后出炉浇铸，然后进行退火，退火温度为895℃，保温5h；
（2）然后进行粗加工，之后进行固溶处理，处理温度为1055℃，保温1.8h，水冷至室温；
（3）最后精加工；
叶轮热处理后硬度控制在HB259，导叶热处理硬度控制在HB300。
实施例8
一种耐腐蚀泵用摩擦副，叶轮材质由下列质量百分比的各成分组成：C：0.02kg，Si：0.62kg，Mn：1.0kg，S：0.005kg，P：0.02kg，Cr：26.0kg，Ni：6.5kg，Mo：3.2kg，Cu：3.3kg，其余为Fe；导叶材质由下列质量百分比的各成分组成：C：0.02kg，Si：0.80kg，Mn：1.4kg，S：0.005kg，P：0.02kg，Cr：26.0kg，Ni：6.5kg，Mo：3.2kg，N：0.21kg，Cu：3.4kg，其余为Fe。
上述耐腐蚀泵用摩擦副的制备方法，其中C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Mo、Cu和Fe均以单质的形式加入，N以氮化铬的形式加入；叶轮采用蜡模精密铸造，包括以下步骤：
（1）将原料按照比例置于中频感应炉中进行熔炼，之后出炉浇铸，然后进行退火，退火温度为908℃，保温4.1h；
（2）然后进行粗加工，之后进行固溶处理，处理温度为1002℃，保温1.9h，水冷至室温；
（3）最后精加工；
导叶采用蜡模精密铸造，包括以下步骤：
（1）将原料按照比例置于中频感应炉中进行熔炼，之后出炉浇铸，然后进行退火，退火温度为908℃，保温4.1h；
（2）然后进行粗加工，之后进行固溶处理，处理温度为1058℃，保温1.9h，水冷至室温；
（3）最后精加工；
叶轮热处理后硬度控制在HB265，导叶热处理硬度控制在HB310。
实施例9
一种耐腐蚀泵用摩擦副，叶轮材质由下列质量百分比的各成分组成：C：0.015kg，Si：0.55kg，Mn：0.80kg，S：0.002kg，P：0.01kg，Cr：26.5kg，Ni：7kg，Mo：3.5kg，Cu：3.5kg，其余为Fe；导叶材质由下列质量百分比的各成分组成：C：0.015kg，Si：0.65kg，Mn：1.5kg，S：0.002kg，P：0.01kg，Cr：26.5kg，Ni：7kg，Mo：3.5kg，N：0.22kg，Cu：3.5kg，其余为Fe。
上述耐腐蚀泵用摩擦副的制备方法，其中C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Mo、Cu和Fe均以单质的形式加入，N以氮化铬的形式加入；叶轮采用蜡模精密铸造，包括以下步骤：
（1）将原料按照比例置于中频感应炉中进行熔炼，之后出炉浇铸，然后进行退火，退火温度为910℃，保温4.9h；
（2）然后进行粗加工，之后进行固溶处理，处理温度为1012℃，保温2h，水冷至室温；
（3）最后精加工；
导叶采用蜡模精密铸造，包括以下步骤：
（1）将原料按照比例置于中频感应炉中进行熔炼，之后出炉浇铸，然后进行退火，退火温度为910℃，保温4.9h；
（2）然后进行粗加工，之后进行固溶处理，处理温度为1042℃，保温2h，水冷至室温；
（3）最后精加工；
叶轮热处理后硬度控制在HB270，导叶热处理硬度控制在HB320。
本发明实施例中，叶轮1硬度为HB241-270，导叶2硬度为HB291-320，在保证叶轮和导叶强度的同时，提高了两种零件的硬度差，降低了叶轮和密封环咬合抱死发生的概率。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种耐腐蚀泵用摩擦副，其特征在于：该耐腐蚀泵用摩擦副由叶轮和导叶组成，叶轮由下列质量百分比的各成分组成：C：≤0.03，Si：≤1，Mn：≤1.5，S：≤0.02，P：≤0.03，Cr：24.5-26.5，Ni：5-7，Mo：2.5-3.5，Cu：2.75-3.5其余为Fe；导叶由下列质量百分比的各成分组成：C：≤0.03，Si：≤1，Mn：0.8-1.5，S：≤0.02，P：≤0.03，Cr：24.5-26.5，Ni：5-7，Mo：2.5-3.5，N：0.12-0.22，Cu：2.75-3.5其余为Fe；
如上述的耐腐蚀泵用摩擦副的制备方法，
其中C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Mo、Cu和Fe均以单质的形式加入，N以氮化铬的形式加入；
叶轮采用蜡模精密铸造，具体步骤如下：
（1）将原料按照比例置于中频感应炉中进行熔炼，之后出炉浇铸，然后进行退火，退火温度为900±10℃，保温4-5h；
（2）然后进行粗加工，之后进行固溶处理，处理温度为1000-1020℃，保温1.5-2h，水冷至室温；
（3）最后精加工；
导叶采用蜡模精密铸造，具体步骤如下：
（1）将原料按照比例置于中频感应炉中进行熔炼，之后出炉浇铸，然后进行退火，退火温度为900±10℃，保温4-5h；
（2）然后进行粗加工，之后进行固溶处理，处理温度为1040-1060℃，保温1.5-2h，水冷至室温；
（3）最后精加工。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀泵用摩擦副，其特征在于：所述叶轮热处理后硬度控制在HB241-270，导叶热处理硬度控制在HB291-320。
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