CN113337779A - 一种耐磨耐腐蚀泵用不锈钢材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种耐磨耐腐蚀泵用不锈钢材料，按质量百分数计，其化学成份包括：C：≤0.04%，Si：0.3～0.5%，Mn：1.0～1.5%，Cr：24～26%，Ni：4.0～5.0%，Mo：2.0～3.0%，Co：0.5～1.0%，W：1.5～2.5%，Nb：1.0～1.5%，P、S：≤0.04，N：0.15～0.25%，余下为Fe。本发明制成的不锈钢材料，产成的铸件无皮下气孔、裂纹等缺陷，铸造性能良好，具有优异的耐腐蚀耐磨性能，适合作为运行条件变化大、具有苛刻耐磨、耐腐蚀性能要求的石灰石（石灰）‑石膏法脱硫浆液泵的制备材料，泵型产品寿命达到2年以上。

Description

一种耐磨耐腐蚀泵用不锈钢材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体地说涉及一种耐磨耐腐蚀泵用不锈钢材料及其制备方法。

背景技术

石灰石（石灰）-石膏法脱硫浆液泵，实际工况条件变化大，为防止液体的巨大水锤效应，要求泵体耐冲击；输送介质含有细颗粒，耐磨性要求高；介质中氯离子高，温度不稳定，耐腐蚀性要求苛刻。一般材质很难满足使用要求，现有技术中有的脱硫泵使用C4钢、Cr30A、2605N等不锈钢材质，寿命也就在5、6个月，甚至2-3个月，

频繁更换，不单给客户带来巨大的使用成本，也直接影响生产效率。

现有技术中的不锈钢材料中需要添加氮元素，氮元素是促进奥氏体形成的有力元素，作用力是镍的30倍左右，能显著增加耐腐蚀性，并且能强化材质强度，增加耐磨性，但因氮易挥发，很难加入，控制不好，又极易形成皮下气孔、裂纹的铸造缺陷。

发明内容

本发明为了解决上述问题而提供了一种耐磨耐腐蚀泵用不锈钢材料及其制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一种耐磨耐腐蚀泵用不锈钢材料，按质量百分数计，其化学成份包括：C：≤0.04%，Si：0.3～0.5%，Mn：1.0～1.5%，Cr：24～26%，Ni：4.0～5.0%，Mo：2.0～3.0%，Co：0.5～1.0%，W：1.5～2.5%，Nb：1.0～1.5%，P、S：≤0.04，N：0.15～0.25%，余下为Fe；

优选的，按质量百分数计，其化学成份包括：C：≤0.04%，Si：0.35～0.45%，Mn：1.2～1.4%，Cr：24.5～25.5%，Ni：4.2～4.7%，Mo：2.2～2.8%，Co：0.6～0.8%，W：1.8～2.2%，Nb：1.1～1.4%，P、S：≤0.04，N：0.16～0.22%，余下为Fe；

优选的，按质量百分数计，其化学成份包括：C：0.035%，Si：0.4%，Mn：1.3%，Cr：25%，Ni：4.5%，Mo：2.5%，Co：0.7%，W：2.0%，Nb：1.25%，P、S：≤0.04，N：0.18%，余下为Fe；

优选的，各化学成份由以下质量比的原料提供：316L边角料 50 %，金属铬15.5～16.5 %，电解锰 0.45～0.75%，金属钴0.6 ～0.8%，金属钨 1.5～2.5%，FeNb50铌铁2～3%，氮化铬铁3～5%，工业纯铁21.45～26.95%；

优选的，各化学成份由以下质量比的原料提供：316L边角料 50 %，金属铬铁 16%，电解锰 0.5 %，金属钴0.7 %，金属钨 2%，铌铁 2.5%，氮化铬铁5 %，工业纯铁23.3%；

制备耐磨耐腐蚀泵用不锈钢材料的方法，包括以下步骤：

（1）将各种原料按配比进行称量；

（2）依次将316L边角料、金属铬铁、金属钴、金属钨、铌铁、电解锰等加入中频炉熔化；

（3）加热温度到1500度左右时，依次加入氮化铬铁、工业纯铁，继续升温熔化，到1620℃；

（4）降低给电电流50%，取样，光谱分析化学成分；成份合格后，给电电流100%,升温到1670℃，静置2分钟，扒脏，加铝丝脱氧，准备出炉；

（5）将钢水注入事先烘烤好的浇包（800°左右）中，扒渣干净，静置，测温，温度达到1580±10℃时开始浇注；

（6）铸件进行1080±5°C固溶处理后，切割浇冒口，清理打磨；

优选的，氮化铬铁的最佳加入时间为炉中化钢70%时加入。

本发明将含碳量设置在0.04%以下，以防止出现晶间腐蚀，添加氮能够与碳协同以弥补碳低而引起的强度不足，促进奥氏体形成，提高耐腐蚀性，相对减少镍的加入量，降低成本。

本发明在材质中添加铌，铌能与碳优选结合，形成碳化铌，提高不锈钢的耐晶间腐蚀能力。

本发明在材质中添加钨，钨与碳形成碳化钨，进一步提高不锈钢的硬度、耐磨性、耐高温性。

本发明在材质中添加钴，钴不仅是促进奥氏体形成元素，同时提高不锈钢的硬度。

本发明的有益效果是：本发明制成的不锈钢材料，产成的铸件无皮下气孔、裂纹等缺陷，铸造性能良好，耐点蚀当量值＞40，其抗点蚀尤其是抗氯离子腐蚀优良，在脱硫浆液环境下测得的腐蚀速度＜0.01mm/a，力学性能十分优异，铸态硬度＞320HB，冲击韧性＞105J/cm²,屈服强度＞560MPa，抗拉强度＞650 MPa，满足不同工况、不同型号泵体强度要求，具有优异的耐腐蚀耐磨性能，适合作为运行条件变化大、具有苛刻耐磨、耐腐蚀性能要求的石灰石（石灰）-石膏法脱硫浆液泵的制备材料，泵型产品寿命达到2年以上。

具体实施方式

为了更好地理解与实施，下面结合实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例1：

（1）一种耐磨耐腐蚀泵用不锈钢材料，化学成分设置：C：0.035%，Si：0.4%，Mn：1.3%，Cr：25%，Ni：4.5%，Mo：2.5%，Co：0.7%，W：2.0%，Nb：1.25%，P、S：≤0.04，N：0.18%，余下为Fe。

配料比，各化学成份由以下质量比的原料提供：316L边角料 50 %，金属铬铁 16%，电解锰 0.5 %，金属钴0.7 %，金属钨 2%，铌铁 2.5%，氮化铬铁5 %，工业纯铁23.3%；

如制作TLC250-400泵体，需钢水980Kg，将各种原料按配比进行称量：316L边角料490Kg、金属铬157Kg、电解锰4.9Kg、金属钴6.86Kg、金属钨19.6Kg、铌铁24.5Kg、氮化铬铁49Kg（块度控制在20～50mm）、工业纯铁228.4Kg；

（2）依次将316L边角料、金属铬、金属钴、金属钨、铌铁、电解锰等加入1吨中频炉熔化（约占总料的72%）；

（3）加热温度到1500度左右时，依次加入氮化铬铁、工业纯铁，继续升温熔化，到1620℃；

（4）降低给电电流50%，取样，光谱分析化学成分；成份合格后，给电电流100%,升温到1670℃，静置2分钟，扒脏，加铝丝脱氧，准备出炉；

（5）将钢水注入事先烘烤好的浇包（800°左右）中，扒渣干净，静置，测温，温度达到1580±10℃时开始浇注。

（6）铸件进行1080±5°C固溶处理后，切割浇冒口，清理打磨。

氮元素以在炉中材料熔化到70%时加入氮化铬铁的方式来获得。首先，在化验室，利用5Kg熔炉，选用316L边角料、FeNCr10-B氮化铬铁（含氮量≥5%），氮化铬铁用量分为3%、4%、5%三种加入量，加入时间分为炉底加入、炉中化钢50%、炉中化钢70%、炉中化钢90%四种加入节点，分别检测不同方法铸出试块的含氮量，并解剖试块，检查铸出的试块质量情况：选用利用正交法得出表中数据：

结果显示：炉中化铁90%时加入氮化铬铁的铸件，虽然含氮量较高，但90%以上的试块，解剖后发现存在严重的皮下气孔；而70%以下时加入的试块质量较好。因此选用炉中化铁70%左右时加入氮化铬铁5%的方案。

对比例1：

对比例1与实施例1相比，缺少化学成分N元素。

成分设置：C：0.035%，Si：0.4%，Mn：1.3%，Cr：25%，Ni：4.5%，Mo：2.5%，Co：0.7%，W：2.0%，Nb：1.25%，P、S：≤0.04，余下为Fe。

配料比，各化学成份由以下质量比的原料提供：316L边角料 52 %，金属铬 17 %，电解锰 0.5 %，金属钴0.7 %，金属钨 2%，铌铁 2.5%，工业纯铁25.3%。

制作TLC250-400泵体，需钢水980Kg，将各种原料按配比进行称量：316L边角料510Kg、金属铬167Kg、电解锰4.9Kg、金属钴6.86Kg、金属钨19.6Kg、铌铁24.5Kg、工业纯铁248Kg；

依次将316L边角料、金属铬、金属钴、金属钨、铌铁、电解锰等加入1吨中频炉熔化；

加热温度到1500度左右时，加入工业纯铁，继续升温熔化，到1620℃；

（4）降低给电电流50%，取样，光谱分析化学成分；成份合格后，给电电流100%,升温到1670℃，静置2分钟，扒脏，加铝丝脱氧，准备出炉；

（5）将钢水注入事先烘烤好的浇包（800°左右）中，扒渣干净，静置，测温，温度达到1580±10℃时开始浇注。

其余工艺步骤与对比例1相同。

对比例2：

对比例2与实施例1相比，缺少化学成分Co、Nb元素。

成分设置：C：0.035%，Si：0.4%，Mn：1.3%，Cr：25%，Ni：4.5%，Mo：2.5%，W：2.0%，P、S：≤0.04，N：0.18%，余下为Fe。

配料比，各化学成份由以下质量比的原料提供：316L边角料 50 %，金属铬 16 %，电解锰 0.5 %，金属钨 2%，氮化铬铁5 %，工业纯铁26.5%。

制作TLC250-400泵体，需钢水980Kg，将各种原料按配比进行称量：316L边角料490Kg、金属铬157Kg、电解锰4.9Kg、金属钨19.6Kg、氮化铬铁49Kg（块度控制在20～50mm）、工业纯铁260Kg；

依次将316L边角料、金属铬、金属钨、电解锰等加入1吨中频炉熔化（约占总料的68.5%）；

加热温度到1500度左右时，依次加入氮化铬铁、工业纯铁，继续升温熔化，到1620℃；

其余工艺步骤与对比例1相同。

对比例3：以Cr30A为例

成分设置：C：1.6%，Si：0.4%，Mn：0.8%，Cr：29%，Ni：2.0%，Mo：2.0%，Cu：1.5%，P、S：≤0.04，N：0.18%，余下为Fe。

配料比，各化学成份由以下质量比的原料提供：316边角料22%，高碳铬铁14%，中碳铬铁27%，高碳锰铁1.1%，电解铜1.5%，钼铁2.9%，A3废钢31.5%。

制作TLC250-400泵体，需钢水980Kg，将各种原料按配比进行称量：316边角料216Kg、高碳铬铁137Kg、中碳铬铁265Kg、高碳锰铁10.8Kg、电解铜14.7Kg、钼铁28.4Kg、A3废钢309Kg；

依次将316边角料、高碳铬铁、中碳铬铁、A3废钢、高碳锰铁、电解铜、钼铁等加入1吨中频炉熔化；升温熔化到1620℃左右；

其余工艺步骤与对比例1相同。

对比例4：以2605N为例

成分设置：C：0.035%，Si：0.4%，Mn：0.8%，Cr：25%，Ni：5.0%，Mo：2.0%，Cu：3.0%，P、S：≤0.04，N：0.18%，余下为Fe。

配料比，各化学成份由以下质量比的原料提供：316L边角料55%，金属铬20%，电解铜3.0%，电解锰0.5%，钼铁1.8%，氮化铬铁5 %，工业纯铁14.7%。

制作TLC250-400泵体，需钢水980Kg，将各种原料按配比进行称量：316L边角料540Kg、金属铬196Kg、电解锰4.9Kg、电解铜29.5Kg、钼铁17.6Kg、氮化铬铁49Kg，工业纯铁144Kg；

依次将316L边角料、金属铬加入1吨中频炉熔化；

加热温度到1500度左右时，依次加入钼铁、电解铜、氮化铬铁、工业纯铁，继续升温熔化，到1620℃；

其余工艺步骤与对比例1相同。

实施例与各对比例的化学成分设置对比表

（一）对实施例1和对比例1、2、3、4所获得的材料进行测试。

测试方法：

分别选取上述实施例和对比例的试样，放置在pH值为4，氯离子浓度为80000ppm的介质中进行测试，电化学腐蚀试验结果如下：

分析：由表中可以看出，本发明实施例1的耐腐蚀性能最好，不加N的对比例1及不加Co、Nb的对比例2材质，耐腐蚀性明显下降；也比Cr30A的对比例3材质及2605N的对比例4材质的耐腐蚀性能明显优越。

（二）力学性能检测

分别选取上述实施例和对比例的试样，做力学性能检测:

分析：由表中，可以看出本发明的实施例的耐磨性能最好，不加N的对比例1及不加Co、Nb的对比例2材质，耐磨性有所下降，也比Cr30A的对比例3材质及2605N的对比例4材质的耐腐蚀性能明显优越。

Claims (7)

1.一种耐磨耐腐蚀泵用不锈钢材料，其特征在于按质量百分数计，其化学成份包括：C：≤0.04%，Si：0.3～0.5%，Mn：1.0～1.5%，Cr：24～26%，Ni：4.0～5.0%，Mo：2.0～3.0%，Co：0.5～1.0%，W：1.5～2.5%，Nb：1.0～1.5%，P、S：≤0.04，N：0.15～0.25%，余下为Fe。

2.如权利要求1所述的一种耐磨耐腐蚀泵用不锈钢材料，其特征在于按质量百分数计，其化学成份包括：C：≤0.04%，Si：0.35～0.45%，Mn：1.2～1.4%，Cr：24.5～25.5%，Ni：4.2～4.7%，Mo：2.2～2.8%，Co：0.6～0.8%，W：1.8～2.2%，Nb：1.1～1.4%，P、S：≤0.04，N：0.16～0.22%，余下为Fe。

3.如权利要求2所述的一种耐磨耐腐蚀泵用不锈钢材料，其特征在于按质量百分数计，其化学成份包括：C：0.035%，Si：0.4%，Mn：1.3%，Cr：25%，Ni：4.5%，Mo：2.5%，Co：0.7%，W：2.0%，Nb：1.25%，P、S：≤0.04，N：0.18%，余下为Fe。

4.如权利要求1或2或3所述的一种耐磨耐腐蚀泵用不锈钢材料，其特征在于各化学成份由以下质量比的原料提供：316L边角料 50 %，金属铬15.5～16.5 %，电解锰 0.45～0.75%，金属钴0.6 ～0.8%，金属钨 1.5～2.5%，FeNb50铌铁2～3%，氮化铬铁3～5%，工业纯铁21.45～26.95%。

5.如权利要求4所述的一种耐磨耐腐蚀泵用不锈钢材料，其特征在于各化学成份由以下质量比的原料提供：316L边角料 50 %，金属铬铁 16 %，电解锰 0.5 %，金属钴0.7 %，金属钨 2%，铌铁 2.5%，氮化铬铁5 %，工业纯铁23.3%。

6.制备如权利要求1或2或3或4或5所述的耐磨耐腐蚀泵用不锈钢材料的方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将各种原料按配比进行称量；

（2）依次将316L边角料、金属铬铁 、金属钴、金属钨、铌铁、电解锰等加入中频炉熔化；

（3）加热温度到1500度左右时，依次加入氮化铬铁、工业纯铁，继续升温熔化，到1620℃；

（4）降低给电电流50%，取样，光谱分析化学成分；成份合格后，给电电流100%,升温到1670℃，静置2分钟，扒脏，加铝丝脱氧，准备出炉；

（5）将钢水注入事先烘烤好的浇包（800°左右）中，扒渣干净，静置，测温，温度达到1580±10℃时开始浇注；

（6）铸件进行1080±5°C固溶处理后，切割浇冒口，清理打磨。

7.如权利要求6所述的耐磨耐腐蚀泵用不锈钢材料的方法，其特征在于氮化铬铁的最佳加入时间为炉中化钢70%时加入。