CN101942617A - 新型耐蚀耐磨耐高温合金材料及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
一种新型耐蚀耐磨耐高温合金材料及其生产工艺,合金中各成分的质量百分比是C-1.6~2.0、Si-0.8~1.2、Mn-8.0~11.0、Cr-24~27、Mo-2.0~3.0、Ni-5.0~7.5、Nb≤1.0、Ti≤1.0、B≤0.20、Re≤0.10、S≤0.030、P≤0.030。生产步骤是首先根据成品对原料化学成分的要求进行配料,然后在可控硅中频感应电炉内进行熔炼,最后进行铸造和热处理。本发明使用了微合金化技术,大幅度提高了材料的力学性能,既保证了较高的耐蚀性能,还提高了硬度、耐磨性、高温强度及耐高温性能,可广泛应用于石油、化工、冶金、电力、煤炭和国防工业等领域。用本发明制作的泵产品比普通不锈钢耐酸泵提高寿命一倍以上,产品成本降低三分之一,真正实现价廉物美。
Description
技术领域
本发明涉及一种不锈耐酸钢及其生产方法。
背景技术
石油、化工、冶金、电力、煤炭和国防工业等领域,大量使用工业泵、阀门、管道、糖散器、混合器、解裂器、辐射管等产品,这些产品往往在恶劣的工况条件下运行,有的接触稀硫酸、盐酸、磷酸、氢氧酸等强腐蚀化合物,有的工作于高磨损状态,有的处于高温高腐环境中。仅上述六大工业领域,每年要生产上亿吨的石油、几千万吨硫酸、盐酸、磷酸、各种化肥和化工原料,将消耗几十万台泵阀及配件。以石油、化工行业为例,每年需要70多万台耐强腐蚀泵。
目前,制造耐强腐蚀泵及各种耐腐管道的合金材料一般为4Cr25Ni20Si2。该材料虽然耐腐蚀性能较好,但是存在下列不足之处:
1、高温强度低,硬底低(HRC25~28)。
2、抗疲劳能力差,易变形。
3、抗磨性能不强。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型耐蚀耐磨耐高温合金材料,做到既具有优良的抗强腐蚀性能,又增加了耐磨性和较好的高温强度、抗氧化性和抗热废劳性能。
本发明提供的合金材料各成分的质量百分比如下:
C 1.6~2.0 Si 0.8~1.2 Mn 8.0~11.0
Cr 24~27 Mo 2.0~3.0 Ni 5.0~7.5
Nb≤1.0 Ti≤1.0 B≤0.20
Re≤0.10 S≤0.030 P≤0.030
其余为Fe。
本发明生产工艺如下:
1、配料
首先用1Cr18Ni9Ti不锈钢作底料,底料质量为总量的64~72%,再配制高碳铬铁或中碳铬铁26~18%,底料与高碳铬铁或中碳铬铁加入量之和≥总量的90%且<91%,然后根据成品对原料化学成分要求进行精确计算,按质量加入钼铁4~6%、钛铁1~2%、铌铁2~3%、硼铁0.2~0.5%、稀土0.1~0.5%,后面五种原料加入量之和≤总量的10%;
2、熔炼
熔炼在可控硅中频感应电炉内进行,采用不氧化法,熔炼温度为1600~1680℃,熔炼时间每炉2小时,出钢温度为1500~1550℃。
3、铸造
可用砂型工艺、干型加涂料或精密铸造工艺浇铸铸件。
4、热处理
将铸件加热到800~850℃,进行炉冷退火,或将铸件加热到固溶温度1000~1050℃,进行空冷退火。
经测试,本发明生产的合金材料技术性能指标如下:
1、室温力学性能
σb=900~1000MPa σ0.2=550~650MPa
δ5=10~15% ak=15~30J/cm2
HRc45~55
2、耐腐蚀性能
(1)甲酸(浓度50%),在50℃时,腐蚀速率为1.00mm/a
(2)硝酸(浓度90%),在90℃时,腐蚀速率为0.5mm/a
(3)硫酸(浓度5%),在80℃时,腐蚀速率为0.5mm/a
(4)磷酸(浓度85%),在80℃时,腐蚀速率为0.5mm/a
(5)盐酸(浓度30%),在80℃时,腐蚀速率为2.0mm/a
3、高温抗氧化性:1000~1100℃
而美国CD4Mcu耐蚀双相不锈钢技术性能指标如下:
1、室温力学性能
σb=600~700MPa σ0.2=400~500MPa
δ5=10~16% ak=30~40J/cm2
HB250~280
2、耐腐蚀性能
(1)甲酸(浓度50%),在50℃时,腐蚀速率为3.0mm/a
(2)硝酸(浓度90%),在90℃时,腐蚀速率为1.0mm/a
(3)硫酸(浓度5%),在80℃时,腐蚀速率为2.0mm/a
(4)磷酸(浓度85%),在80℃时,腐蚀速率为3.0mm/a
(5)盐酸(浓度30%),在80℃时,腐蚀速率为4.0mm/a
3、高温抗氧化性:800~900℃
通过对比可以看出:本发明的合金材料无论强度、硬度、耐腐性、高温抗氧化性均高于美国CD4Mcu耐蚀双相不锈钢。
在固溶温度为1000~1050℃时对本发明提供的泵壳、叶轮铸件进行力学性能测试,结果是冲击值为14.5~25CJ/cm2,硬度为HRc45~53.5。
本发明试样经钢铁研究总院结构材料研究所检试,在25℃时抗拉强度Rm为355~385MPa、在1000℃时Rm为124~156MPa,在1100℃时,Rm为71~75MPa。上述试验证明,本发明的合金材料具有较强的耐高温性能。
与已有技术相比,本发明使用了微合金化技术,加入了Cr、Mn、Ni、Nb、B、Ti、Re等合金元素,大幅度提高了材料的力学性能,既保证了较高的耐蚀性能,还提高了硬度、耐磨性、高温强度及耐高温性能。本发明广泛应用于石油、化工、冶金、电力、煤炭和国防工业等领域,可生产石油、化工企业在强度、强碱腐蚀工况下作业的泵、阀门、管道,可生产冶金、电力部门在高温腐蚀工况下作业的加热构件,如高温压块、支撑板、喷燃嘴、风帽等可在1000℃~1100℃高温状态下工作。用本发明制作的泵产品比普通不锈钢耐酸泵提高寿命一倍以上,产品成本降低三分之一,真正实现价廉物美,赢得市场竞争优势。
具体实施方式
实施例一
1、配料
首先用1Cr18Ni9Ti不锈钢680kg作底料,再配料220kg中碳铬铁,然后加入钼铁50kg、钛铁15kg、铌铁25kg、硼铁5kg、稀土5kg。
2、在可控硅中频感应电炉内进行熔炼,采用不氧化法,熔炼温度为1600~1680℃,熔炼时间每炉2~3小时,出钢温度为1500~1550℃。
3、采用砂型工艺浇铸铸件。
4、热处理:将铸件加热到800~850℃,进行炉冷退火。
实施例二
1、配料
首先用1Cr18Ni9Ti不锈钢640kg作底料,再配料260kg中碳铬铁,然后加入钼铁40kg、钛铁20kg、铌铁30kg、硼铁5kg、稀土5kg。
2、熔炼工艺与实施例一相同。
3、采用干型加涂料工艺浇铸铸件。
4、热处理:将铸件加热到固溶温度1000~1050℃,进行炉冷退火。
实施例三
1、配料
首先用1Cr18Ni9Ti不锈钢720kg作底料,再配料180kg高碳铬铁,然后加入钼铁60kg、钛铁10kg、铌铁20kg、硼铁5kg、稀土5kg。
2、熔炼工艺与实施例一相同。
3、采用精密铸造工艺浇铸铸件。
4、热处理与实施例一或例二相同。
实施例四
1、配料
首先用1Crl8Ni9Ti不锈钢684kg作底料,再配料220kg中碳铬铁,然后加入钼铁50kg、钛铁15kg、铌铁25kg、硼铁5kg、稀土1kg。
其余步骤与实施例一相同。
实施例五
1、配料
首先用1Cr18Ni9Ti不锈钢680kg作底料,再配料223kg中碳铬铁,然后加入钼铁50kg、钛铁15kg、铌铁25kg、硼铁2kg、稀土5kg。
其余步骤与实施例一相同。
实施例六
1、配料
首先用1Cr18Ni9Ti不锈钢680kg作底料,再配料225kg中碳铬铁,然后加入钼铁50kg、钛铁15kg、铌铁25kg、硼铁3kg、稀土2kg。
其余步骤与实施例一相同。
Claims (2)
1.一种新型耐蚀耐磨耐高温合金材料,其特征在于各成分的质量百分比如下:
C 1.6~2.0 Si 0.8~1.2 Mn 8.0~11.0
Cr 24~27 Mo 2.0~3.0 Ni 5.0~7.5
Nb≤1.0 Ti≤1.0 B≤0.20
Re≤0.10 S≤0.030 P≤0.030
其余为Fe。
2.一种新型耐蚀耐磨耐高温合金材料生产工艺,其特征在于生产步骤如下:
a、配料
首先用1Cr18Ni9Ti不锈钢作底料,底料质量为总量的64~72%,再配制高碳铬铁或中碳铬铁26~18%,底料与高碳铬铁或中碳铬铁加入量之和≥总量的90%且<91%,然后根据成品对原料化学成分的要求进行精确计算,按质量加入钼铁4~6%、钛铁1~2%、铌铁2~3%、硼铁0.2~0.5%、稀土0.1~0.5%,后面五种原料加入量之和≤总量的10%;
b、熔炼
熔炼在可控硅中频感应电炉内进行,采用不氧化法,熔炼温度为1600~1680℃,熔炼时间每炉2小时,出钢温度为1500~1550℃;
c、铸造
可用砂型工艺、干型加涂料或精密铸造工艺浇铸铸件;
d、热处理
将铸件加热到800~850℃,进行炉冷退火,或将铸件加热到固溶温度1000~1050℃,进行空冷退火。
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