CN103643140A - 一种高耐磨泵轴中碳钢材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高耐磨泵轴中碳钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.5-0.6、硅1.7-1.9、锰5.7-6.2、铬1.5-1.8、钒0.3-0.4、硼0.15-0.20、钛1.2-1.4、Sc0.04-0.07、Ta0.12-0.16、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。本发明在中碳钢的基础上添加锰、钪、钒等元素，分批投放原料，合理控制铸后处理温度，得到的合金钢不仅韧性、可塑性好，而且硬度高、耐冲击、耐磨性好，有高的淬透性，用于泵轴，使用寿命比普通45号钢延长1倍；本发明精炼剂用于铸造生产，铸件中的气孔度降低1-2度，氧化夹杂物在2级左右。

Description

一种高耐磨泵轴中碳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，尤其涉及一种高耐磨泵轴中碳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高耐磨泵轴中碳钢材料及其制备方法，该合金材料具有高硬度、耐磨性好、耐冲击性能好的优点。
本发明的技术方案如下：
一种高耐磨泵轴中碳钢材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.5-0.6、硅1.7-1.9、锰5.7-6.2、铬1.5-1.8、钒0.3-0.4、硼0.15-0.20、钛1.2-1.4、Sc0.04-0.07、Ta0.12-0.16、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。
所述的高耐磨泵轴中碳钢材料的生产方法，其特征在于：
（1）、准备生铁与废铁按1：2-3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；（2）铬、硼、Ta；（3）其他剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为22-24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500-510℃，保温60-70分钟，再以200-210℃/小时速率升温至700-710℃，保温60-70分钟，再以180-190℃/小时速率升温至900-910℃，保温3-4小时；再以150-160℃/小时速率降温至600-610℃，再以200-210℃/小时速率升温至730-740℃，再以150-160℃/小时速率降温至500-510℃，保温70-80分钟；再以150-160℃/小时速率降温至200-210℃，保温2-3小时；再以200-210℃/小时速率升温至300-310℃，再以150-160℃/小时速率降温至200-210℃，再以180-190℃/小时速率升温至550-560℃，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30-34、氢氧化铝2-3、方解石4-5、硫酸锌1-2、麦饭石1-2、蒙脱石1-2、玉石2-3、阳起石3-4、氟化钙1-2、氟硅酸钠4-5；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
本发明在中碳钢的基础上添加锰、钪、钒等元素，分批投放原料，合理控制铸后处理温度，得到的合金钢不仅韧性、可塑性好，而且硬度高、耐冲击、耐磨性好，有高的淬透性，用于泵轴，使用寿命比普通45号钢延长1倍；本发明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。
具体实施方式
一种高耐磨泵轴中碳钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.5-0.6、硅1.7-1.9、锰5.7-6.2、铬1.5-1.8、钒0.3-0.4、硼0.15-0.20、钛1.2-1.4、Sc0.04-0.07、Ta0.12-0.16、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。
所述的高耐磨泵轴中碳钢材料的生产方法为：
（1）、准备生铁与废铁按1：2.5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；（2）铬、硼、Ta；（3）其他剩余成分；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235℃/小时速率升温至505℃，保温65分钟，再以205℃/小时速率升温至705℃，保温65分钟，再以185℃/小时速率升温至905℃，保温3.5小时；再以155℃/小时速率降温至605℃，再以205℃/小时速率升温至735℃，再以155℃/小时速率降温至505℃，保温75分钟；再以155℃/小时速率降温至205℃，保温2.5小时；再以205℃/小时速率升温至305℃，再以155℃/小时速率降温至205℃，再以185℃/小时速率升温至555℃，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32、氢氧化铝2.5、方解石4.5、硫酸锌1.5、麦饭石1.5、蒙脱石1.5、玉石2.6、阳起石3.5、氟化钙1.5、氟硅酸钠4.5；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2.4%的硅烷偶联剂KH-550、1.5%的纳米碳粉，混合均匀后，在12Mpa下压制成坯，然后，在930℃下煅烧3.5小时，冷却后，再粉碎成200目粉末，即得。
本发明高耐磨泵轴中碳钢材料的机械性能为：拉伸强度1320MPa，屈服强度954MPa，延伸率14.7％，断面收缩率26.9％，冲击吸收功55J，冲击韧性64.3J/cm2，硬度278HB。

Claims (4)

1.一种高耐磨泵轴中碳钢材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.5-0.6、硅1.7-1.9、锰5.7-6.2、铬1.5-1.8、钒0.3-0.4、硼0.15-0.20、钛1.2-1.4、Sc0.04-0.07、Ta0.12-0.16、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。
2.根据权利要求1所述的高耐磨泵轴中碳钢材料的生产方法，其特征在于：
（1）、准备生铁与废铁按1：2-3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；（2）铬、硼、Ta；（3）其他剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为22-24分钟，投料后搅拌均匀。
3.根据权利要求2所述的高耐磨泵轴中碳钢材料的生产方法，其特征在于：所述的铸后热处理是：先由室温以230-240℃/小时速率升温至500-510℃，保温60-70分钟，再以200-210℃/小时速率升温至700-710℃，保温60-70分钟，再以180-190℃/小时速率升温至900-910℃，保温3-4小时；再以150-160℃/小时速率降温至600-610℃，再以200-210℃/小时速率升温至730-740℃，再以150-160℃/小时速率降温至500-510℃，保温70-80分钟；再以150-160℃/小时速率降温至200-210℃，保温2-3小时；再以200-210℃/小时速率升温至300-310℃，再以150-160℃/小时速率降温至200-210℃，再以180-190℃/小时速率升温至550-560℃，保温2-3小时，取出空冷即得。
4.根据权利要求2所述的高耐磨泵轴中碳钢材料的生产方法，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30-34、氢氧化铝2-3、方解石4-5、硫酸锌1-2、麦饭石1-2、蒙脱石1-2、玉石2-3、阳起石3-4、氟化钙1-2、氟硅酸钠4-5；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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