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CN110643898A - 一种耐磨耐蚀无磁性合金材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐磨耐蚀无磁性合金材料及其制备方法 Download PDF

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CN110643898A CN201910977189.2A CN201910977189A CN110643898A CN 110643898 A CN110643898 A CN 110643898A CN 201910977189 A CN201910977189 A CN 201910977189A CN 110643898 A CN110643898 A CN 110643898A
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Abstract

本发明提供了一种耐磨耐蚀无磁性合金材料，其化学元素组成及其质量分数为：碳1.1～1.5％、硅0.2～1.4％、锰0.4～1.2％、铬26～32％、镍6.0～15.0％、铜0.7～2.0％、钼2.5～5.0％、钨0.1～0.9％、磷0～0.1％、硫0～0.1％，钛0.01～0.1％，钒0.1～0.3％，铌0.01～0.1％，铈0.01～0.1％，其余为铁。这种材料不仅无磁性，具有较高的耐磨性能，耐高温性能，耐冲刷性能，且在硫酸、盐酸、氢氟酸环境中的具有超强的耐腐蚀性能。本发明组成原料配方合理，工艺简单，可广泛应用于带有强酸性、碱性和固体冲刷严重的化工、烟气脱硫装置、冶金等行业。

Description

一种耐磨耐蚀无磁性合金材料及其制备方法
技术领域
本发明属于合金材料领域，特别涉及一种耐磨耐蚀无磁性合金材料及制备方法。
背景技术
目前用于矿山、冶金、石油、化工、海洋勘探等领域中的料浆泵材料均面临腐蚀磨损严重导致寿命减少的现象。对于磷酸、硫酸工业以及火力发电中的烟气脱硫装置等及其恶劣的双相流体运输行业中产生的硫酸、磷酸、盐酸、氢氟酸等腐蚀性介质对渣浆泵具有强烈的腐蚀作用，同时在这些服役环境中通常带有大量的固体颗粒。在材料服役过程中，材料在受到腐蚀性介质的腐蚀作用的同时，又面临固体颗粒的冲刷磨损作用，大大减少了材料的使用寿命。
国内常用于制造输送固-液两相流体行业的料浆泵材料主要有高铬铸铁材料和铸钢材料。然而高铬铸铁材料(如Cr15Mo3、Cr26)越来越无法满足生产的需求，这类材料的耐磨性能好，耐腐蚀性能较差，尤其是耐酸腐蚀。而铸钢材料(如316L、ZG40Cr25Ni20Si2)的耐酸腐蚀性能较高，但是硬度相对较低，其耐磨性能无法达到一些特别服役环境的性能要求。目前现有的材料存在耐磨性能和耐腐蚀性能与服役环境无法匹配的现状，从而导致设备的使用寿命大大减少，甚至在服役过程中出现严重事故。因此研究料浆泵用材对于该类行业而言有着十分重要的作用。
目前有不少相关文献中提到耐磨耐腐蚀材料的研究，主要提到A49、Cr30A，ZG40CrNi20Si2等材料，以上材料均存在自身的不足
1)A49：铸态硬度为40HRC左右，材料脆性大，铸造、热处理及加工过程易开裂，存在磁性。
2)Cr30A：材料流动性较低，铸造性能差。铸造时易出现缩孔、缩松和铸造裂纹。
3)ZG40Cr25Ni20Si2：高温强度低，铸态硬度低(约25HRC左右)，抗疲劳能力差，易变形，耐磨性较差。
另外，中国发明专利CN103952616A公开了一种耐腐蚀耐磨合金铸铁制备方法，各元素按重量百分比组成及含量为：碳:0.6～1.5，硼:0.05～0.3，铬:30～40，镍:20～35，铌:0.05～1，钼:3～6，铜:1～3，钨:2～4，钛:0.1～0.3，其余为铁。
所述方法的特征主要为调节合金元素含量及热处理工艺(1000～1150℃风冷3小时)来提高材料性能。
中国发明专利CN106756496A公开了一种新型耐蚀耐磨耐高温合金材料，具体包含以重量百分比计的下列组分：硼0.05～0.1；碳1.0～1.5；硅0.5～1.0；磷0.05～0.1；硫0.05～0.1；铬30～35；锰3～6；钴0.05～0.1；镍2～4；钼1.0～1.5；铜0.5～1.5；钛1.0～1.5；余量的铁。
上述专利在耐腐蚀性、耐磨性能等某单一因素差导致材料抗冲刷腐蚀性能无法达到需求，因此在在极端环境下，无法满足要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有高铬铸铁硬度，耐酸腐蚀性能甚至高于316L、ZG40Cr25Ni20Si2等材料的一种耐磨耐蚀无磁性合金材料及其制备方法。该合金材料可改善目前一些特殊服役环境的工况现状。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明一种耐磨耐蚀无磁性合金材料，其成份按质量百分比计组成如下：
碳1.1～1.5％、硅0.2～1.4％、锰0.4～1.2％、铬26～32％、镍6.0～15.0％、铜0.7～2.0％、钼2.5～5.0％、钨0.1～0.9％、磷0～0.1％、硫0～0.1％，钛0.01～0.1％，钒0.1～0.3％，铌0.01～0.1％，铈0.01～0.1％，其余为铁。
优选的方案，所述耐磨耐蚀无磁性合金材料，其成份按质量百分比计组成如下：
碳1.1～1.5％、硅0.2～1.4％、锰0.4～0.9％、铬29～31％、镍9～12.0％、铜1.0～2.0％、钼3.4～3.7％、钨0.2～0.9％、磷为0.016～0.019％、硫为0.021～0.025％，钛0.03～0.1％，钒0.2～0.28％，铌0.04～0.09％，铈0.05～0.1％，其余为铁。
作为进一步的优选，所述耐磨耐蚀无磁性合金材料，其成份按质量百分比计组成如下：
碳1.3～1.5％、硅0.5～1.4％、锰0.4～0.9％、铬29～31％、镍9～10.0％、铜1.0～2.0％、钼3.6～3.7％、钨0.5～0.9％、磷为0.016～0.018％、硫为0.021～0.025％，钛0.03～0.1％，钒0.2～0.28％，铌0.04～0.0.09％，铈0.05～0.07％，其余为铁。
优选的方案，所述耐磨耐蚀无磁性合金材料的显微组织为：奥氏体+M23C6碳化物。
发明人发现，该显微组织的搭配可以有效的减小腐蚀电位差，降低腐蚀反应的驱动力。
本发明一种耐磨耐蚀无磁性合金材料的制备方法，包括如下步骤：按照材料成分配比将碳钢、回炉料、铬铁、钼铁、电解铜、电解镍、硅铁、纯钛、稀土铈、纯钒、纯铌进行熔炼，熔炼过程中，控制铁液温度为1620℃～1650℃；待原料完全熔化后然后依次进行预脱氧、脱硫、脱氧处理，待铁液温度下降至1600℃及以下铁液出炉，然后对铁液浇铸成型获得铸件，铸件退火后即得耐磨耐蚀无磁性合金材料。
优选的方案，待原料完全熔化后即采用锰铁进行预脱氧处理。
优选的方案，所述脱硫时，控制铁液温度为1620～1640℃。
所述脱硫剂由石灰：电石按质量比1:3混合获得。
在实际操作过程中，采用双向摇包工艺进行脱硫、脱氧等处理净化铁液。然后待铁液温度下降至1600℃后时可以出炉，出炉前进行成分检测控制以及变质处理。
优选的方案，所述浇注温度为1530～1560℃。
在实际操作过程中，浇注前先对铁液进行扒渣处理，然后将铁液在摇包内静置达3分钟后开始浇注。
优选的方案，所述退火过程中，材料四周采用碳粉包裹。
作为进一步的优选的，所述退火程序为：以3～7℃/min升温到900～980℃保温1.5～2h，然后随炉冷却至820～840℃，保温1.5～2h，再随炉冷却至630～680℃保温3～5h后炉冷至室温。
本发明的退火程序通过缓慢升温式对材料进行热处理，材料四周由碳粉包裹，防止在升温过程中出现脱碳现象。
本发明的退火程序在降温时采用梯度降温，发明人发现，采用该程序可以进一步的提高材料的冲击韧性、硬度以及耐磨性能，一是由于在升温阶段保温过程中让二次网状碳化物固溶到奥氏体基体中，尽可能减少晶界处的碳化物，提高冲击韧性，然后通过降温过程中多道次保温可以让碳化物以颗粒状的形式尽可能多的从基体中析出，从而提高材料硬度及耐磨性能。
在退火过程中，退火温度需要有限控制，如果退火温度过高，碳化物析出驱动力小，析出过程阻力大；退火温度过低，碳、铬等原子扩散阻力大。
本发明的原来与优势
本发明提供的耐磨耐蚀无磁性合金，通过结合成份与工艺，将其显微组织控制为奥氏体+M23C6碳化物，发明人发现，该显微组织的的搭配可以有效的减小腐蚀电位差，降低腐蚀反应的驱动力；同时通过添加Ni元素的含量提高奥氏体基体的腐蚀电位，进一步减小腐蚀电位差。
具体而言，在本发明中，碳为提高本申请材料耐磨性能及硬度的主要元素，本发明中通过适当提高C的含量，适当增加碳化物的含量，同时提高了基体的力学性能，对材料耐磨性能有了大幅度的提升。
铬为提高本申请材料耐腐蚀能的主要元素，在腐蚀环境中会快速形成一层氧化物膜，阻碍腐蚀性离子与金属基体接触发生破坏。Cr元素可以提高材料耐腐蚀性能，主要是提高表面钝化膜的钝化作用，当含量大于13％时，材料耐腐蚀性能会有大幅度上升，然而当含量达到一定值时，其钝化作用增幅趋于平缓。然而在本申请材料的高耐腐蚀性能是在铬含量作用达到峰值时，通过改变钝化膜下金属显微组织搭配的种类，使得基体组织与碳化物之间的腐蚀电位差减小，减缓材料基体组织发生原电池反应的速率，从而提高材料的耐腐蚀性能。
钼主要提高本申请材料的耐腐蚀性能，促进铬元素的钝化，提高钝化膜的自修复能力。
而镍为调节本申请材料基体组织获得奥氏体的主要元素，通过添加镍元素，获得强度高，韧性好，无磁性的材料，提高基体组织的点蚀点位，与铬元素配合使用可以提高材料的耐磨耐腐蚀性能。
钨主要为提高本申请材料的耐磨性能，与本申请中的碳形成碳化物，提高材料的硬度指标，同时其可促进碳化物的形成。提高材料的耐磨性能。
钒、钛、铌、铈：在本申请发明中与碳形成碳化物，促进二次硬化作用提高材料的耐磨性能；同时起到细化晶粒的作用，促进形核，提高材料的硬度与强度，同时钛、钒、铌、铈与Ni、Mo、Cu等元素共同作用的共同作用，使得材料表面基体与钝化膜的腐蚀电位差降低，进一步提高材料耐腐蚀性能。
总之：本发明通过合理的调控合金元素含量，达到同时提升耐磨性能且在极端酸环境下的耐腐蚀性能；主要用于极端酸环境下且磨损严重的冲刷腐蚀磨损，另外本发明在退火工艺过程中，在碳粉的作用下进行，防止在升温过程中出现脱碳现象，同时通过退火程序结合元素成份，获取基体晶料细化，以及更多颗粒状碳化物的析出。
本发明所提供的合金材料，硬度可以达到40～45HRC。在磷酸、硫酸行业等强腐蚀磨损环境下其抗冲刷腐蚀性能分别为Cr26、316L、ZG40Cr25Ni20Si2等材料47.72、3.43、3.17倍。同时，本发明具有工艺简单，操作方便，成本低。特别适合应用于腐蚀、腐蚀磨损、且无磁性等要求特别苛刻的行业。
说明书附图
图1为实施例1所得耐磨耐蚀无磁性合金材料的放大不同倍数的扫描电镜图。
图2为实施例1所得耐磨耐蚀无磁性合金材料的XRD图谱。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种耐磨耐蚀无磁性合金材料，由下述重量比例的组分熔炼而成：碳为1.1％、硅为0.2％、锰为0.7％、铬为30％、镍为12％、铜为1.2％、钼为3.4％、钨为0.2％、磷为0.019％、硫为0.023％，钛0.08％，钒0.27％，铌0.09％，铈0.1％其余为铁。
制备过程为：
(1)冶炼：按照材料成分配比将碳钢、回炉料、铬铁、钼铁、电解铜、电解镍、硅铁、纯钛、稀土铈、纯钒、纯铌等投炉料依次加入到中频感应炉中，铁液温度控制在1650℃，待材料完全熔化，加入部分锰铁进行预脱氧处理。
(2)出炉：当铁液温度控制在1630℃左右时采用石灰：电石比例为1:3的混合剂做脱硫剂，采用，待温度达到1600℃时出炉，出炉前进行成分检测控制以及变质处理。
(3)浇注：浇注前先对铁液进行扒渣处理，镇静3分钟后开始浇注，浇注温度为1560℃。
(4)热处理：浇注成形后，铸件在热处理炉内进行三道次退火处理，在处理过程中，材料四周由碳粉包裹，以5℃/min升温到980℃保温2h，然后随炉冷却至830℃，保温2h，再随炉冷却至650℃保温4h后炉冷至室温。得到一种耐磨耐蚀无磁性合金材料。
1)、硬度指标：22～27HRC
2)、耐腐蚀性能：
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，25℃：腐蚀速率为0.223mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，85℃：腐蚀速率为1.098mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸+40～70#石英砂，25℃，浆料冲刷速度为2m/s：腐蚀速率为3.634mm/y。
图1为实施例1所得耐磨耐蚀无磁性合金材料的放大不同倍数的扫描电镜图。由图可知，申请材料显微组织由基体，共晶组织以及少量晶界碳化物组成；结合图2(XRD图)可以看出基体为奥氏体组织，共晶组织为(奥氏体+M23C6)，而晶界处碳化物类型为M23C6。
实施例2
本实施例提供一种耐磨耐蚀无磁性合金材料，由下述重量比例的组分熔炼而成：碳为1.3％、硅为0.5％、锰为0.9％、铬为29％、镍为10％、铜为2％、钼为3.7％、钨为0.5％、磷为0.016％、硫为0.022％，钛0.1％，钒0.28％，铌0.09％，铈0.07％，其余为铁。经测试，本发明生产的合金材料性能指标如下所示：
制备过程与实施例1中相同：
1)、硬度指标：40～45HRC
2)、耐腐蚀性能：
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，25℃：腐蚀速率为0.271mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，85℃：腐蚀速率为1.219mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸+40～70#石英砂，25℃，浆料冲刷速度为2m/s：腐蚀速率为2.25mm/y；
实施例3
本实施例提供一种耐磨耐蚀无磁性合金材料，由下述重量比例的组分熔炼而成：碳为1.5％、硅为1.4％、锰为0.4％、铬为31％、镍为9％、铜为1.0％、钼为3.7％、钨为0.9％、磷为0.016％、硫为0.025％，钛0.03％，钒0.2％，铌0.04％，铈0.05％其余为铁。
制备过程与实施例1中相同：
1)、硬度指标：42～47HRC
2)、耐腐蚀性能：
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，25℃：腐蚀速率为0.378mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，85℃：腐蚀速率为2.274mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸+40～70#石英砂，25℃，浆料冲刷速度为2m/s：腐蚀速率为3.483.mm/y；
实施例4
本实施例提供一种耐磨耐蚀无磁性合金材料，由下述重量比例的组分熔炼而成：碳为1.3％、硅为0.5％、锰为0.9％、铬为29％、镍为10％、铜为2％、钼为3.7％、钨为0.5％、磷为0.018％、硫为0.021％，钛0.09％，钒0.25％，铌0.08％，铈0.1％，其余为铁。
制备过程为：
(1)冶炼：按照材料成分配比将碳钢、回炉料、铬铁、钼铁、电解铜、电解镍、硅铁、纯钛、稀土铈、纯钒、纯铌等投炉料依次加入到中频感应炉中，铁液温度控制在1650℃，待材料完全熔化，加入部分锰铁进行预脱氧处理。
(2)出炉：当铁液温度控制在1630℃左右时采用石灰：电石比例为1:3的混合剂做脱硫剂，采用，待温度达到1600℃时出炉，出炉前进行成分检测控制以及变质处理。
(3)浇注：浇注前先对铁液进行扒渣处理，镇静3分钟后开始浇注，浇注温度为1560℃。
(4)热处理：浇注成形后，铸件在热处理炉内进行三道次退火处理，在处理过程中，材料四周由碳粉包裹，以5℃/min升温到980℃保温2h，然后随炉冷却至840℃，保温2h，再随炉冷却至680℃保温4h后炉冷至室温。得到一种耐磨耐蚀无磁性合金材料。
经测试，本发明生产的合金材料性能指标如下所示：
1)、硬度指标：40～42HRC
2)、耐腐蚀性能：
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，25℃：腐蚀速率为0.263mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，85℃：腐蚀速率为1.188mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸+40～70#石英砂，25℃，浆料冲刷速度为2m/s：腐蚀速率为3.184mm/y；
实施例5
本实施例提供一种耐磨耐蚀无磁性合金材料，由下述重量比例的组分熔炼而成：碳为1.3％、硅为0.5％、锰为0.9％、铬为29％、镍为10％、铜为2％、钼为3.7％、钨为0.5％、磷为0.018％、硫为0.022％，钛0.08％，钒0.28％，铌0.07％，铈0.08％，其余为铁。制备过程为：
(1)冶炼：按照材料成分配比将碳钢、回炉料、铬铁、钼铁、电解铜、电解镍、硅铁、纯钛、稀土铈、纯钒、纯铌等投炉料依次加入到中频感应炉中，铁液温度控制在1650℃，待材料完全熔化，加入部分锰铁进行预脱氧处理。
(2)出炉：当铁液温度控制在1630℃左右时采用石灰：电石比例为1:3的混合剂做脱硫剂，采用，待温度达到1600℃时出炉，出炉前进行成分检测控制以及变质处理。
(3)浇注：浇注前先对铁液进行扒渣处理，镇静3分钟后开始浇注，浇注温度为1560℃。
(4)热处理：浇注成形后，铸件在热处理炉内进行三道次退火处理，在处理过程中，材料四周由碳粉包裹，以5℃/min升温至900℃保温2h后随炉冷却至820℃保温2h，后炉冷至630℃保温4h后炉冷至室温
经测试，本发明生产的合金材料性能指标如下所示：
1)、硬度指标：41～43HRC
2)、耐腐蚀性能：
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，25℃：腐蚀速率为0.284mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，85℃：腐蚀速率为1.268mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸+40～70#石英砂，25℃，浆料冲刷速度为2m/s：腐蚀速率为2.878mm/y；
对比例1
碳1.38％、硅1.3％、锰0.8％、铬30.5％、镍9.8％、铜1.3％、钼3.62％、钨0.7％、磷0.02％、硫0.023％，钛0.07％，钒0.1％，铌0.04％，其余为铁。制备工艺为：
(1)冶炼：按照材料成分配比将碳钢、回炉料、铬铁、钼铁、电解铜、电解镍、硅铁、纯钛、稀土铈、纯钒、纯铌等投炉料依次加入到中频感应炉中，铁液温度控制在1650℃，待材料完全熔化，加入部分锰铁进行预脱氧处理。
(2)出炉：当铁液温度控制在1630℃左右时采用石灰：电石比例为1:3的混合剂做脱硫剂，采用，待温度达到1600℃时出炉，出炉前进行成分检测控制以及变质处理。
(3)浇注：浇注前先对铁液进行扒渣处理，镇静3分钟后开始浇注，浇注温度为1560℃。
(4)热处理：浇注成形后，铸件在热处理炉内进行三道次退火处理，在处理过程中，材料四周由碳粉包裹，以5℃/min升温到980℃保温2h，然后随炉冷却至830℃，保温2h，再随炉冷却至650℃保温4h后炉冷至室温，得到一种耐磨耐蚀无磁性合金材料。
经测试，本发明生产的合金材料性能指标如下所示：
1)、硬度指标：37～42HRC
2)、耐腐蚀性能：
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，25℃：腐蚀速率为0.407mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，85℃：腐蚀速率为2.012mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸+40～70#石英砂，25℃，浆料冲刷速度为2m/s：腐蚀速率为5.237mm/y。
对比例2
碳1.31％、硅0.7％、锰0.5％、铬29％、镍9.2％、铜1.1％、钼3.65％、钨0.5％、磷0.017％、硫0.024％，其余为铁。
制备过程与对比例1相同。
经测试，本发明生产的合金材料性能指标如下所示：
1)、硬度指标：33～36HRC
2)、耐腐蚀性能：
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，25℃：腐蚀速率为0.343mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，85℃：腐蚀速率为1.625mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸+40～70#石英砂，25℃，浆料冲刷速度为2m/s：腐蚀速率为5.85mm/y；
对比例3
碳1.31％、硅0.6％、锰0.5％、铬29.7％、镍9.3％、磷为0.017％、硫为0.022％，钛0.09％，钒0.26％，铌0.08％，铈0.05％，其余为铁。制备工艺与对比例1相同：
经测试，本发明生产的合金材料性能指标如下所示：
1)、硬度指标：30～36HRC
2)、耐腐蚀性能：
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，25℃：腐蚀速率为2.043mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，85℃：腐蚀速率为4.625mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸+40～70#石英砂，25℃，浆料冲刷速度为2m/s：腐蚀速率为10.42mm/y；
对比例4
碳为1.3％、硅为0.5％、锰为0.9％、铬为29％、镍为10％、铜为2％、钼为3.7％、钨为0.5％、磷为0.018％、硫为0.022％，钛0.09％，钒0.26％，铌0.08％，铈0.05％，其余为铁。制备工艺为：
(1)冶炼：按照材料成分配比将碳钢、回炉料、铬铁、钼铁、电解铜、电解镍、硅铁、纯钛、稀土铈、纯钒、纯铌等投炉料依次加入到中频感应炉中，铁液温度控制在1650℃，待材料完全熔化，加入部分锰铁进行预脱氧处理。
(2)出炉：当铁液温度控制在1630℃左右时采用石灰：电石比例为1:3的混合剂做脱硫剂，采用，待温度达到1600℃时出炉，出炉前进行成分检测控制以及变质处理。
(3)浇注：浇注前先对铁液进行扒渣处理，镇静3分钟后开始浇注，浇注温度为1560℃。
(4)热处理：浇注成形后，铸件在热处理炉内进行三道次退火处理，在处理过程中，材料四周由碳粉包裹，以5℃/min升温到850℃保温2h后随炉冷却至780℃保温2h后炉冷至580℃保温4h后炉冷至室温
经测试，本发明生产的合金材料性能指标如下所示：
1)、硬度指标：37～41HRC
2)、耐腐蚀性能：
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，25℃：腐蚀速率为0.324mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，85℃：腐蚀速率为1.618mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸+40～70#石英砂，25℃，浆料冲刷速度为2m/s：腐蚀速率为4.878mm/y；
对比例5
碳1.31％、硅0.5％、锰0.9％、铬29.3％、镍10.0％、铜2.0％、钼3.64％、磷0.016％、硫0.021％、钛0.09％、钒0.24％、铌0.09％、铈0.05％，其余为铁。制备工艺为：
(1)冶炼：按照材料成分配比将碳钢、回炉料、铬铁、钼铁、电解铜、电解镍、硅铁、纯钛、稀土铈、纯钒、纯铌等投炉料依次加入到中频感应炉中，铁液温度控制在1650℃，待材料完全熔化，加入部分锰铁进行预脱氧处理。
(2)出炉：当铁液温度控制在1630℃左右时采用石灰：电石比例为1:3的混合剂做脱硫剂，采用，待温度达到1600℃时出炉，出炉前进行成分检测控制以及变质处理。
(3)浇注：浇注前先对铁液进行扒渣处理，镇静3分钟后开始浇注，浇注温度为1560℃。
(4)热处理：浇注成形后，铸件在热处理炉内进行三道次退火处理，在处理过程中，材料四周由碳粉包裹，以5℃/min升温到1050℃保温2h后随炉冷却至900℃保温2h后炉冷至720℃保温4h后炉冷至室温
经测试，本发明生产的合金材料性能指标如下所示：
1)、硬度指标：34～38HRC
2)、耐腐蚀性能：
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，25℃：腐蚀速率为0.284mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，85℃：腐蚀速率为1.335mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸+40～70#石英砂，25℃，浆料冲刷速度为2m/s：腐蚀速率为4.036mm/y；
对比例6
碳1.34％、硅0.6％、锰0.7％、铬29.8％、镍9.6％、铜1.8％、钼3.61％、磷0.019％、硫0.025％、钛0.06％、钒0.19％、铌0.07％、铈0.06％，其余为铁。制备工艺为：
(1)冶炼：按照材料成分配比将碳钢、回炉料、铬铁、钼铁、电解铜、电解镍、硅铁、纯钛、稀土铈、纯钒、纯铌等投炉料依次加入到中频感应炉中，铁液温度控制在1650℃，待材料完全熔化，加入部分锰铁进行预脱氧处理。
(2)出炉：当铁液温度控制在1630℃左右时采用石灰：电石比例为1:3的混合剂做脱硫剂，采用，待温度达到1600℃时出炉，出炉前进行成分检测控制以及变质处理。
(3)浇注：浇注前先对铁液进行扒渣处理，镇静3分钟后开始浇注，浇注温度为1560℃。
(4)热处理：浇注成形后，铸件在热处理炉内进行三道次退火处理，在处理过程中，材料四周无保护措施，以5℃/min升温到980℃保温2h后随炉冷却至830℃保温2h后炉冷至650℃保温4h后炉冷至室温
经测试，本发明生产的合金材料性能指标如下所示：
1)、硬度指标：29～35HRC
2)、耐腐蚀性能：
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，25℃：腐蚀速率为0.294mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，85℃：腐蚀速率为1.443mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸+40～70#石英砂，25℃，浆料冲刷速度为2m/s：腐蚀速率为4.92mm/y；
对比例7
碳1.37％、硅0.8％、锰0.6％、铬29.3％、镍9.7％、铜1.5％、钼3.6％、钨0.5％、磷0.021％、硫0.023％、钛0.07％、钒0.16％、铌0.05％、铈0.07％，其余为铁。制备工艺为：
(1)冶炼：按照材料成分配比将碳钢、回炉料、铬铁、钼铁、电解铜、电解镍、硅铁、纯钛、稀土铈、纯钒、纯铌等投炉料依次加入到中频感应炉中，铁液温度控制在1650℃，待材料完全熔化，加入部分锰铁进行预脱氧处理。
(2)出炉：当铁液温度控制在1630℃左右时采用石灰：电石比例为1:3的混合剂做脱硫剂，采用，待温度达到1600℃时出炉，出炉前进行成分检测控制以及变质处理。
(3)浇注：浇注前先对铁液进行扒渣处理，镇静3分钟后开始浇注，浇注温度为1560℃。
(4)热处理：浇注成形后，铸件在热处理炉内进行三道次退火处理，在处理过程中，材料四周由碳粉包裹，以5℃/min升温到980℃保温2h后随炉冷却至室温
经测试，本发明生产的合金材料性能指标如下所示：
1)、硬度指标：29～33HRC
2)、耐腐蚀性能：
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，25℃：腐蚀速率为0.314mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，85℃：腐蚀速率为1.765mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸+40～70#石英砂，25℃，浆料冲刷速度为2m/s：腐蚀速率为7.24mm/y；
对比例8
碳1.38％、硅0.9％、锰0.8％、铬29.6％、镍9.67％、铜1.7％、钼3.68％、磷0.019％、硫0.025％、钛0.07％、钒0.23％、铌0.07％、铈0.08％，其余为铁。制备工艺为：
(1)冶炼：按照材料成分配比将碳钢、回炉料、铬铁、钼铁、电解铜、电解镍、硅铁、纯钛、稀土铈、纯钒、纯铌等投炉料依次加入到中频感应炉中，铁液温度控制在1650℃，待材料完全熔化，加入部分锰铁进行预脱氧处理。
(2)出炉：当铁液温度控制在1630℃左右时采用石灰：电石比例为1:3的混合剂做脱硫剂，采用，待温度达到1600℃时出炉，出炉前进行成分检测控制以及变质处理。
(3)浇注：浇注前先对铁液进行扒渣处理，镇静3分钟后开始浇注，浇注温度为1560℃。
(4)热处理：浇注成形后，铸件在热处理炉内进行三道次退火处理，在处理过程中，材料四周由碳粉包裹，以10℃/min升温到980℃保温2h后随炉冷却至830℃保温2h后炉冷至650℃保温4h后炉冷至室温
经测试，本发明生产的合金材料性能指标如下所示：
1)、硬度指标：29～35HRC
2)、耐腐蚀性能：
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，25℃：腐蚀速率为0.294mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，85℃：腐蚀速率为1.443mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸+40～70#石英砂，25℃，浆料冲刷速度为2m/s：腐蚀速率为4.92mm/y；
对比例9
本实施例提供一种耐磨耐蚀无磁性合金材料，由下述重量比例的组分熔炼而成：碳为1.3％、硅为0.5％、锰为0.9％、铬为29％、镍为10％、铜为2％、钼为3.7％、钨为0.5％、磷为0.02％、硫为0.025％，其余为铁。经测试，本发明生产的合金材料性能指标如下所示：
制备过程与实施例1相同
1)、硬度指标：37～40HRC
2)、耐腐蚀性能：
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，25℃：腐蚀速率为0.348mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，85℃：腐蚀速率为1.873mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸+40～70#石英砂，25℃，浆料冲刷速度为2m/s：腐蚀速率为7.846mm/y；
对比例10
本实施例提供一种耐磨耐蚀无磁性合金材料，由下述重量比例的组分熔炼而成：碳为1.3％、硅为0.5％、锰为0.9％、铬为29％、镍为10％、铜为2％、钼为3.7％、钨为0.5％、磷为0.02％、硫为0.023％，钒为0.5％，钛，铌，铈均>0.2％，其余为铁。经测试，本发明生产的合金材料性能指标如下所示：
制备过程与实施例1相同
1)、硬度指标：41～46HRC
2)、耐腐蚀性能：
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，25℃：腐蚀速率为0.263mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸，85℃：腐蚀速率为1.138mm/y；
160g/L硫酸+8g/L盐酸+13g/L氢氟酸+40～70#石英砂，25℃，浆料冲刷速度为2m/s：腐蚀速率为3.898mm/y。

Claims (10)

1.一种耐磨耐蚀无磁性合金材料，其特征在于：其成份按质量百分比计组成如下：
碳1.1～1.5％、硅0.2～1.4％、锰0.4～1.2％、铬26～32％、镍6.0～15.0％、铜0.7～2.0％、钼2.5～5.0％、钨0.1～0.9％、磷0～0.1％、硫0～0.1％，钛0.01～0.1％，钒0.1～0.3％，铌0.01～0.1％，铈0.01～0.1％，其余为铁。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨耐蚀无磁性合金材料，其特征在于：所述耐磨耐蚀无磁性合金材料，其成份按质量百分比计组成如下：
碳1.1～1.5％、硅0.2～1.4％、锰0.4～0.9％、铬29～31％、镍9～12.0％、铜1.0～2.0％、钼3.4～3.7％、钨0.2～0.9％、磷为0.016～0.019％、硫为0.021～0.025％，钛0.03～0.1％，钒0.2～0.28％，铌0.04～0.09％，铈0.05～0.1％，其余为铁。
3.根据权利要求2所述的一种耐磨耐蚀无磁性合金材料，其特征在于：所述耐磨耐蚀无磁性合金材料，其成份按质量百分比计组成如下：
碳1.3～1.5％、硅0.5～1.4％、锰0.4～0.9％、铬29～31％、镍9～10.0％、铜1.0～2.0％、钼3.6～3.7％、钨0.5～0.9％、磷为0.016～0.018％、硫为0.021～0.025％，钛0.03～0.1％，钒0.2～0.28％，铌0.04～0.0.09％，铈0.05～0.07％，其余为铁。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种耐磨耐蚀无磁性合金材料，其特征在于：所述耐磨耐蚀无磁性合金材料的显微组织为：奥氏体+M23C6碳化物。
5.制备如权利要求1-3任意一项所述的一种耐磨耐蚀无磁性合金材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：按照材料成分配比将碳钢、回炉料、铬铁、钼铁、电解铜、电解镍、硅铁、纯钛、稀土铈、纯钒、纯铌进行熔炼，熔炼过程中，控制铁液温度为1620℃～1650℃；待原料完全熔化后然后依次进行预脱氧、脱硫、脱氧处理，待铁液温度下降至1600℃及以下铁液出炉，然后对铁液浇铸成型获得铸件，铸件退火后即得耐磨耐蚀无磁性合金材料。
6.根据权利要求5所述的一种耐磨耐蚀无磁性合金材料的制备方法，其特征在于：待原料完全熔化后即采用锰铁进行预脱氧处理。
7.根据权利要求5所述的一种耐磨耐蚀无磁性合金材料的制备方法，其特征在于：所述脱硫时，控制铁液温度为1620～1640℃，所述脱硫剂由石灰：电石按质量比1:3混合获得。
8.根据权利要求5所述的一种耐磨耐蚀无磁性合金材料的制备方法，其特征在于：所述浇注温度为1530～1560℃。
9.根据权利要求5所述的一种耐磨耐蚀无磁性合金材料的制备方法，其特征在于：所述退火过程中，材料四周采用碳粉包裹。
10.根据权利要求5所述的一种耐磨耐蚀无磁性合金材料的制备方法，其特征在于：所述退火程序为：以3～7℃/min升温到900～980℃保温1.5～2h，然后随炉冷却至820～840℃，保温1.5～2h，再随炉冷却至630～680℃保温3～5h后炉冷至室温。
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