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CN103667944B - 一种泵用超耐磨高硬度合金钢材料及其制备方法 - Google Patents

一种泵用超耐磨高硬度合金钢材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种泵用超耐磨高硬度合金钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳2.2-2.4、硅0.3-0.4、锰1.7-1.9、铬3.4-3.6、钨5.7-6.2、钒0.7-0.9、钼2.1-2.3、钴0.5-0.7、钛0.2-0.3、镁1.3-1.5、铝0.6-0.8、硼0.5-0.7、铌0.04-0.06、钆0.1-0.15、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。本发明在高碳钢的基础上添加钨、硼等元素，提高了合金的硬度和耐磨性能，通过使用钒、铌等元素，增加了合金的热强性能、韧性；本发明精炼剂使铸件中的气孔度降低1-2度，氧化夹杂物在2级左右。本发明合金钢适用于泵的叶轮、输送管道、阀门等部件。

Description

一种泵用超耐磨高硬度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，尤其涉及一种泵用超耐磨高硬度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泵用超耐磨高硬度合金钢材料及其制备方法，该合金材料具有耐磨性好、强度高、硬度高的优点。
本发明的技术方案如下：
一种泵用超耐磨高硬度合金钢材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳2.2-2.4、硅0.3-0.4、锰1.7-1.9、铬3.4-3.6、钨5.7-6.2、钒0.7-0.9、钼2.1-2.3、钴0.5-0.7、钛0.2-0.3、镁1.3-1.5、铝0.6-0.8、硼0.5-0.7、铌0.04-0.06、钆0.1-0.15、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。
所述的泵用超耐磨高硬度合金钢材料的生产方法，其特征在于：
（1）、准备生铁与废铁按1：1-2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、铌；（2）镁、钒、钆；（3）铬、钼、钴；（4）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为23-26分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以230-240℃/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230-240℃/小时速率升温至930-950℃，保温4-5小时；再以140-160℃/小时速率降温至600-620℃，再以250-270℃/小时速率升温至740-750℃，保温50-70分钟，再以140-160℃/小时速率降温至550-570℃，保温60-80分钟；再以110-120℃/小时速率降温至300-310℃，保温2-3小时；再以140-150℃/小时速率升温至430-450℃，再以110-130℃/小时速率降温至220-230℃，再以140-150℃/小时速率升温至510-520℃，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、电石粉3-4、镁粉3-4、氧化锌2-3、二氧化钛1-2、偏磷酸钠2-3、高岭土粉5-6、氮化铝粉1-2、氟化锆1-2、玉石粉3-4、蒙脱石1-2、氟化钙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
本发明在高碳钢的基础上添加钨、硼等元素，提高了合金的硬度和耐磨性能，通过使用钒、铌等元素，增加了合金的热强性能、韧性；并分次投放原料，合理控制铸后热处理温度，得到的的合金钢更具有优异的耐磨性、硬度高、可塑性好的特点，并且耐腐蚀；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。本发明合金钢用于泵的叶轮、输送管道、阀门等部件，耐腐蚀、耐磨，使用寿命长。
具体实施方式
一种泵用超耐磨高硬度合金钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳2.2-2.4、硅0.3-0.4、锰1.7-1.9、铬3.4-3.6、钨5.7-6.2、钒0.7-0.9、钼2.1-2.3、钴0.5-0.7、钛0.2-0.3、镁1.3-1.5、铝0.6-0.8、硼0.5-0.7、铌0.04-0.06、钆0.1-0.15、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。
所述的泵用超耐磨高硬度合金钢材料的生产方法为：
（1）、准备生铁与废铁按1：1.5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、铌；（2）镁、钒、钆；（3）铬、钼、钴；（4）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为25分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以235℃/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235℃/小时速率升温至940℃，保温4.5小时；再以150℃/小时速率降温至610℃，再以260℃/小时速率升温至745℃，保温60分钟，再以150℃/小时速率降温至560℃，保温70分钟；再以115℃/小时速率降温至305℃，保温2.5小时；再以145℃/小时速率升温至440℃，再以120℃/小时速率降温至225℃，再以145℃/小时速率升温至515℃，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、电石粉3.5、镁粉3.5、氧化锌2.5、二氧化钛1.5、偏磷酸钠2.5、高岭土粉5.5、氮化铝粉1.5、氟化锆1.5、玉石粉3.5、蒙脱石1.6、氟化钙2.4；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11Mpa下压制成坯，然后，在930℃下煅烧3.4小时，冷却后，再粉碎成200目粉末，即得。
本发明泵用超耐磨高硬度合金钢材料的机械性能为：拉伸强度1376MPa，屈服强度933MPa，延伸率13％，断面收缩率22.4％，冲击吸收功52J，冲击韧性63.1J/cm2，硬度295HB。

Claims (3)

1.一种泵用超耐磨高硬度合金钢材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳2.2-2.4、硅0.3-0.4、锰1.7-1.9、铬3.4-3.6、钨5.7-6.2、钒0.7-0.9、钼2.1-2.3、钴0.5-0.7、钛0.2-0.3、镁1.3-1.5、铝0.6-0.8、硼0.5-0.7、铌0.04-0.06、钆0.1-0.15、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。
2.根据权利要求1所述的泵用超耐磨高硬度合金钢材料的生产方法，其特征在于：
（1）、准备生铁与废铁按1：1-2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；
（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、铌；（2）镁、钒、钆；（3）铬、钼、钴；（4）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为23-26分钟，投料后搅拌均匀；
所述的铸后热处理是：先由室温以230-240℃/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230-240℃/小时速率升温至930-950℃，保温4-5小时；再以140-160℃/小时速率降温至600-620℃，再以250-270℃/小时速率升温至740-750℃，保温50-70分钟，再以140-160℃/小时速率降温至550-570℃，保温60-80分钟；再以110-120℃/小时速率降温至300-310℃，保温2-3小时；再以140-150℃/小时速率升温至430-450℃，再以110-130℃/小时速率降温至220-230℃，再以140-150℃/小时速率升温至510-520℃，保温2-3小时，取出空冷即得。
3.根据权利要求2所述的泵用超耐磨高硬度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、电石粉3-4、镁粉3-4、氧化锌2-3、二氧化钛1-2、偏磷酸钠2-3、高岭土粉5-6、氮化铝粉1-2、氟化锆1-2、玉石粉3-4、蒙脱石1-2、氟化钙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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