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CN103695792A - 一种高碳合金钢耐磨阀门材料及其制备方法 - Google Patents

一种高碳合金钢耐磨阀门材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种高碳合金钢耐磨阀门材料,其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳1.2-1.4、硅1.2-1.4、锰2.7-3.1、铬11.2-11.4、钼0.6-0.8、钒0.1-0.2、钛0.7-0.9、硼0.6-0.9、铈0.12-0.17、钇0.02-0.04、铌0.02-0.04、Te0.04-0.07、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。本发明在高碳钢的基础上添加稀土金属铈、钇及硼、钼等元素，形成的合金不仅具有高的硬度、强度、耐磨性，还具有优异的韧性和耐冲击性能；本发明精炼剂用于铸造生产，特别是铸件中的气孔度降低1-2度，夹杂氧化物也明显降低，本发明合金钢用于阀门，使用寿命增长40%。

Description

一种高碳合金钢耐磨阀门材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料制备领域，尤其涉及一种高碳合金钢耐磨阀门材料及其制备方法。
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高碳合金钢耐磨阀门材料及其制备方法，该合金材料具有高硬度、高韧性、抗高冲击性和耐磨性好的优点。
本发明的技术方案如下：
一种高碳合金钢耐磨阀门材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳1.2-1.4、硅1.2-1.4、锰2.7-3.1、铬11.2-11.4、钼0.6-0.8、钒0.1-0.2、钛0.7-0.9、硼0.6-0.9、铈0.12-0.17、钇0.02-0.04、铌0.02-0.04、Te0.04-0.07、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。
所述的高碳合金钢耐磨阀门材料的生产方法，其特征在于：
（1）、准备生铁与废铁按1：0.5-2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、Te；（2）铬、铈、铌；（3）钼、硼、钇；（4）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为20-25分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以150-160℃/小时速率升温至680-700℃，保温50-60分钟，再以160-170℃/小时速率降温至500-520℃，再以200-210℃/小时速率升温至930-940℃，保温4-5小时；再以150-160℃/小时速率降温至600-620℃，再以170-180℃/小时速率升温至730-740℃，再以150-160℃/小时速率降温至550-560℃，保温60-70分钟；再以120-130℃/小时速率降温至320-330℃，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稀土金属铈、钇及硼、钼等元素，形成的合金不仅具有高的硬度、强度、耐磨性，还具有优异的韧性和耐冲击性能；通过分次投放原料，合理控制铸后热处理温度，更提高了合金的综合力学性能和耐腐蚀性能；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。本发明合金钢用于阀门，使用寿命增长40%。
具体实施方式
一种高碳合金钢耐磨阀门材料,其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳1.2-1.4、硅1.2-1.4、锰2.7-3.1、铬11.2-11.4、钼0.6-0.8、钒0.1-0.2、钛0.7-0.9、硼0.6-0.9、铈0.12-0.17、钇0.02-0.04、铌0.02-0.04、Te0.04-0.07、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。
所述的高碳合金钢耐磨阀门材料的生产方法为：
（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、Te；（2）铬、铈、铌；（3）钼、硼、钇；（4）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为23分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以155℃/小时速率升温至690℃，保温55分钟，再以165℃/小时速率降温至510℃，再以205℃/小时速率升温至935℃，保温4小时；再以155℃/小时速率降温至610℃，再以175℃/小时速率升温至735℃，再以155℃/小时速率降温至555℃，保温65分钟；再以125℃/小时速率降温至325℃，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。
本发明高碳合金钢耐磨阀门材料的机械性能为：拉伸强度1382MPa，屈服强度973.4MPa，延伸率12.1％，断面收缩率21.3％，冲击吸收功49.8J，冲击韧性63.1J/cm2，硬度295HB。

Claims (4)

1.一种高碳合金钢耐磨阀门材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳1.2-1.4、硅1.2-1.4、锰2.7-3.1、铬11.2-11.4、钼0.6-0.8、钒0.1-0.2、钛0.7-0.9、硼0.6-0.9、铈0.12-0.17、钇0.02-0.04、铌0.02-0.04、Te0.04-0.07、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。
2.根据权利要求1所述的高碳合金钢耐磨阀门材料的生产方法，其特征在于：
（1）、准备生铁与废铁按1：0.5-2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、Te；（2）铬、铈、铌；（3）钼、硼、钇；（4）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为20-25分钟，投料后搅拌均匀。
3.根据权利要求2所述的高碳合金钢耐磨阀门材料的生产方法，其特征在于：所述的铸后热处理是：先由室温以150-160℃/小时速率升温至680-700℃，保温50-60分钟，再以160-170℃/小时速率降温至500-520℃，再以200-210℃/小时速率升温至930-940℃，保温4-5小时；再以150-160℃/小时速率降温至600-620℃，再以170-180℃/小时速率升温至730-740℃，再以150-160℃/小时速率降温至550-560℃，保温60-70分钟；再以120-130℃/小时速率降温至320-330℃，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。
4.根据权利要求2所述的高碳合金钢耐磨阀门材料的生产方法，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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