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CN104532141B - 一种双相不锈钢材料及其制备方法及在潜油电泵叶、导轮中的应用 - Google Patents

一种双相不锈钢材料及其制备方法及在潜油电泵叶、导轮中的应用 Download PDF

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CN104532141B
CN104532141B CN201410835078.5A CN201410835078A CN104532141B CN 104532141 B CN104532141 B CN 104532141B CN 201410835078 A CN201410835078 A CN 201410835078A CN 104532141 B CN104532141 B CN 104532141B
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林全权
宋相宇
苏景弟
王为学
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ZHEJIANG ZHENXING PETROCHEMICAL MACHINERY CO Ltd
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ZHEJIANG ZHENXING PETROCHEMICAL MACHINERY CO Ltd
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Abstract

本发明涉及一种双相不锈钢材料及其制备方法及在潜油电泵叶、导轮中的应用,该双相不锈钢材料按重量百分比计:C:≤0.04%;Mn:≤1.0%;Si:≤1.0%;P:≤0.04%;S:≤0.04%;Cr:≤24.5%~26.5%;Ni:≤4.7%~6.0%;Mo:≤1.7%~2.3%;Cu:≤2.7%~3.3%;N:≤0.10%~0.25%;余量为Fe,其制备方法:将组成双相不锈钢材料的各组分按一定比例放入容量较小的(≤250kg)碱性中频电炉,采用大功率快速熔炼,热炉熔炼时间为40‑45分钟,熔炼温度1680℃‑1700℃,其中,钢液用珍珠岩全程覆盖,出炉前后分别用纯铝丝脱氧,用量为0.6%分两次加入即可,该双相不锈钢材料可以广泛应用于潜油电泵叶、导轮中,包括K002导轮、K018叶轮及N041导轮等。

Description

一种双相不锈钢材料及其制备方法及在潜油电泵叶、导轮中 的应用
技术领域
本发明涉及钢铁合金材料领域,具体涉及一种双相不锈钢材料及其制备方法,本发明同时涉及双相不锈钢材料在潜油电泵叶、导轮中的应用。
背景技术
在众多石油钻采设备中潜油电泵必不可少,而其排量、泵效、耐腐蚀性、使用寿命等主要由叶、导轮决定,目前国内外大中型钻采设备的潜油电泵叶、导轮材料都是以高镍铸铁为主,主要是由于高镍铸铁具有优异的耐腐蚀性、抗磨损性及优秀的综合机械性能,在国内外被广泛用于潜油电泵叶、导轮的制造。然而,世界镍资源短缺,国际镍价昂高的结果给国内潜油电泵生产行业带来了很大困难,从长远发展需要开拓新的合金材料代替高镍铸铁用以制造潜油电泵叶、导轮。
双相不锈钢材料具有耐腐蚀、抗磨损且综合机械性能优秀等特点,为此国外常用来制造体型较大的污水泵,渣浆泵的叶轮或泵体,近年来国内已经引进了这项技术,正在消化吸收的过程中,而该技术在潜油电泵中的应用目前国外也只限于泵内的支架,支座类受力构件的应用,至于叶轮和导轮还只是一种趋向,具体说用户有这种使用的愿望和要求,正是这种要求促进了本发明的进展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供了一种双相不锈钢材料及其制备方法及在潜油电泵叶、导轮中的应用,该种材料具有很好的机械性能,能够很好的满足潜油电泵叶、导轮的制造。
为了达到上述目的,本发明的一种双相不锈钢材料确定的优选配方,由以下重量百分比的原料制成:C:≤0.04%;Mn:≤1.0%;Si:≤1.0%;P:≤0.04%;S:≤0.04%;Cr:≤24.5%~26.5%;Ni:≤4.7%~6.0%;Mo:≤1.7%~2.3%;Cu:≤2.7%~3.3%;N:≤0.10%~0.25%;余量为Fe。
本发明涉及到上述所述一种双相不锈钢材料的制备方法,其制备的过程中先将组成双相不锈钢材料的各组分按一定比例备好,接着放入容量较小的(≤250kg)碱性中频电炉,采用大功率快速熔炼,热炉熔炼时间为40-45分钟,熔炼温度1680℃-1700℃,其中,钢液用珍珠岩全程覆盖,出炉前后分别用纯铝丝脱氧,用量为0.6%分两次加入即可。
本发明还涉及到上述所述一种双相不锈钢材料在潜油电泵叶、导轮中的应用,其双相不锈钢材料在熔炼后用于制造潜油电泵叶、导轮的过程中包括以下步骤:
a、针对潜油电泵叶、导轮产品对流道表面光洁度要求很高且不经机械加工和双相不锈钢材料超低碳(C≤0.04%)使钢液流动性差,收缩大的特点,壳型选水玻璃,精制石英砂、粉制作,经900℃4小时焙烧;
b、热模,高温,快速浇注,壳型浇注温度在450℃-600℃之间,钢液的浇注温度控制在1600℃±20℃,每个壳型的浇注时间不超过3秒钟,具体操作应根据每一个零件的浇冒口设计特点调整工艺范围;
c、铸件和试棒同炉钢液浇注、同炉热处理,处理的工艺为将经过清砂、碱煮的叶、导轮毛坯放入高温电阻炉中加热至1080℃,保温2小时,再将铸件淬入水中冷却,取出铸件后自然风干,然后将其流道表面进行喷砂处理,以目视看不见氧化层为准。
本发明的有益效果在于:本发明的一种双相不锈钢材料不仅具有很好的耐腐蚀性、抗磨损性及综合的机械性能,而双相不锈钢与高镍铸铁相比资源更多、价格更便宜,同时利用双相不锈钢制造出的潜油电泵叶、导轮与高镍铸铁制造成的潜油电泵叶、导轮的合格率更高。
具体实施方式
下面结合本发明的多个实施例进行详细的阐述,以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解,从而对本发明的保护范围作出更清晰明确的界定。
实施例1
一种双相不锈钢材料在潜油电泵K002导轮中的应用。
在制作的K002导轮壳型时,壳型选水玻璃,注900℃高温4小时焙烧,然后将双相不锈钢材料进行熔炼的高温钢水注入壳型,其中,壳型温度不低于450℃,浇包温度不低于700℃,浇注温度不低于1600℃,结果共浇了50件,其中45件为毛坯成品,5件流道中存有钢水残留物,经过专业打磨,有一件报废,4件合格,合格率比通常高镍铸铁浇注的同类产品更高。
K002导轮(K系列是本公司为美国通用公司专制产品)是潜油电泵导轮中结构很特殊的铸件,其流道为进出口截面积特小,而中间很大且弯曲程度很大,这种特殊结构绘制壳的挂砂带来了很大的困难,掛上两层面砂之后,进出口已经很小了,本发明通过提高面层涂料粉、液比,强化风干层次,强力压浆能够很好的提高其强度。
实施例2
一种双相不锈钢材料在潜油电泵K018叶轮中的应用。
在制作的K018叶轮壳型时,壳型选精致石英砂,注900℃高温4小时焙烧,然后将双相不锈钢材料进行熔炼的高温钢水注入壳型,其中,壳型温度不低于600℃,浇注温度不低于1620℃,结果共浇了50件,其中45件为毛坯成品经过后续工序清理打磨,有45件为合格品,基本达到了本次试制的目的,毛坯合格率比通常高镍铸铁浇注的同类产品更高。
K018叶轮,叶片的平均厚度均为2mm,高度14mm,上下盖板过厚容易产生盖板槽中的缩孔或疏松,薄者叶片冷隔或缺肉。针对该状况本发明在浇、冒口设置方面采取了叶片两边同时浇注同时补缩,改变了原来钢液必经流经叶片到达另一盖板设计方案,众所周知失蜡壳型通常的浇、冒口设计原则是浇口和冒口是连接在一起的,同时整个壳型的重心尽可能通过浇口的中心线,否则因为蜡模的强度不高而无法实现挂砂和制成壳型,很好解决了铸件的补缩问题,但又带来了叶片浇不足或冷隔的问题,为解决这一问题,本发明特意提高了壳型和钢液的浇注温度,即壳型的浇注温度不低于600℃,钢液的浇注温度不低于1620℃,从而大大降低了钢液的过冷度,最好不用浇包,直接用炉嘴对准浇口杯浇注。
实施例3
一种双相不锈钢材料在潜油电泵N041导轮中的应用。
在制作的N041导轮壳型时,壳型选精致石英砂,注900℃高温4小时焙烧,然后将双相不锈钢材料进行熔炼的高温钢水注入壳型,其中,壳型温度不低于450℃,浇包温度不低于700℃,浇注温度不低于1600℃,本实施例共浇注50件产品,经后续清理有48件成品,2件为内轴毂浇不足判为废品,合格率比通常高镍铸铁浇注的同类产品更高。
N041导轮(N系列是本公司为美国贝克休斯公司专供产品)是导轮铸件中又一例难铸造成型的产品,其结构为外圈为圆桶形,截面为上厚下薄的环面,毛坯厚处16mm薄处6mm,接七张叶片过渡至内轮毂,叶片厚2-3mm,叶片最高出15mm,轴孔为上大下小台阶形,上台阶孔为Φ30,下台阶孔为Φ20.内浇口设在外圆柱面靠近最厚处,钢液必经流过叶片进入内轴毂。叶片薄面高,表面积大,极易冷却,内轴毂厚而短,且被周围钢液包围,散热条件很差,又得不到足够热钢液补缩,很容易造成缩孔或疏松。欲使其不产生缩孔,必须保证流过叶片的钢液处于半凝固状态,即在压力的推动下可以继续流动一段距离,随后马上凝固。要做到这一点本发明做了以下几点:
①尽可能减少内圆的加工余量,以便流动十分困难的钢液实现完整的充型;
②限制壳型温度和钢液的浇注温度,过高的壳型温度和钢液浇注温度,都会导致内轴毂产生大的体积收缩而形成缩孔或疏松,经过反复试验壳型温度在450℃~500℃,钢液浇注温度在1500℃~1600℃是基本都可浇注成形,且不产生缩孔;
③快浇,即在2~3秒中内充满铸型,若超过3秒钟即使浇注成形,大多数还是缩孔或疏松,这可能是壳型温度超上限,钢液浇注温度过高所致。
④内浇口截面积要足够大,本发明内浇口截面积是七张叶片面积之和的2倍,这样流经叶片的钢液才有压力推动钢液流动。
本发明三个实施例都带有专用试棒,经过和铸件同炉按照上述热处理工艺处理后得到下列结果:
实施例1至实施例3中分别所制得的K002导轮、K018叶轮、N041导轮均具有很好的机械性能,因此,双相不锈钢材料不仅能制造出机械性能优异的潜油电泵叶、导轮,且双相不锈钢与高镍铸铁相比资源更多、价格更便宜,同时利用双相不锈钢制造出的潜油电泵叶、导轮与高镍铸铁制造成的潜油电泵叶、导轮的合格率更高。

Claims (2)

1.一种双相不锈钢材料在潜油电泵叶、导轮中的应用,所述的双相不锈钢材料包括以下原料份数,按百分比计:
C≤0.04%;Mn:≤1.0%;Si:≤1.0%;P:≤0.04%;S:≤0.04%;Cr:24.5%~26.5%;Ni:4.7%~6.0%;Mo:1.7%~2.3%;Cu:2.7%~3.3%;N:0.10%~0.25%;余量为Fe;
其特征在于,包括以下步骤:
a、壳型选水玻璃,精制石英砂、粉制作,经900℃4小时焙烧;
b、热模,高温,快速浇注,壳型浇注温度在450℃-600℃,钢液的浇注温度控制在1600℃±20℃,每个壳型的浇注时间不超过3秒钟,具体操作应根据每一个零件的浇冒口设计特点调整工艺范围;
c、铸件和试棒同炉钢液浇注、同炉热处理,处理工艺为在电阻炉中加热至1080℃保温2小时,直接淬入水中冷却,后经喷砂处理即可。
2.根据权利要求1所述的双相不锈钢材料在潜油电泵叶、导轮中的应用,其特征在于,所述的双相不锈钢材料的制备方法包括以下步骤:先将组成双相不锈钢材料的各组分按一定比例备好,接着放入容量≤250kg碱性中频电炉,采用大功率快速熔炼,热炉熔炼时间为40-45分钟,熔炼温度1680℃-1700℃,其中,钢液用珍珠岩全程覆盖,出炉前后分别用纯铝丝脱氧,用量为0.6%分两次加入即可。
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