CN105779860A - 一种使用寿命长耐磨管的制备方法 - Google Patents

一种使用寿命长耐磨管的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种使用寿命长耐磨管的制备方法，将原料升温，保温得到第一物料；将第一物料浇注，冷却，进行表面机处理得到第二物料；将第二物料升温至TA℃进行奥氏体化，然后保温tAh，取出置于硝盐浴中，升温至TB℃，保温tBh，风冷至100～120℃，接着升温至TC℃进行回火，保温tCh，空冷至室温得到使用寿命长耐磨管；TA为1050～1100，tA为2.6～3.2，TB为300～330，tB为1～1.5，TC为200～220，tC为3～4；TA、tA、TB、tB、TC、tC符合以下关系：TB/K1＝TA‑955，TA×tA＝K2×TB×tB+TC×tC，K1的值为2.5～3，K2的值为4～9。

Description

一种使用寿命长耐磨管的制备方法
技术领域
本发明涉及耐磨管技术领域，尤其涉及一种使用寿命长耐磨管的制备方法。
背景技术
在冶金、矿山、电力、石油、建筑、煤炭等行业中，物料的输送都是通过管道压力输送，由于物料为块状或颗粒状，输送管受到较大的压力和严重的磨损，为保证正常工作的进行，管路必须具备优异的耐磨损耐冲击的属性。但现有技术中管道的耐磨耐冲击性能还不足，还需进行改进。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种使用寿命长耐磨管的制备方法，所得耐磨管耐磨性能优异，其硬度可达HRC 72，冲击韧性可达8.2J/cm2，满足实际使用过程中对耐磨管的要求。
本发明提出的一种使用寿命长耐磨管的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温得到第一物料，其中第一物料按重量百分比包括：C：0.8～1.1％，Si：0.45～0.55％，Mn：0.2～0.3％，Ni：0.12～0.15％，W：0.05～0.08％，Nb：0.15～0.18％，Zr：0.03～0.06％，Cr：3.6～4.0％，Ti：0.6～0.9％，Co：0.04～0.07％，Mo：0.13～0.16％，B：0.09～0.12％，Ce：0.15～0.18％，S≤0.02％，P≤0.02％，余量为Fe；
S2、将第一物料出炉进行浇注，冷却至375～395℃，进行表面机处理得到第二物料；
S3、将第二物料升温至TA℃进行奥氏体化，然后保温tAh，取出置于温度为200～220℃的硝盐浴中，升温至TB℃，保温tBh，风冷至100～120℃，接着升温至TC℃进行回火，保温tCh，空冷至室温得到使用寿命长耐磨管；其中，TA为1050～1100，tA为2.6～3.2，TB为300～330，tB为1～1.5，TC为200～220，tC为3～4；TA、tA、TB、tB、TC、tC符合以下关系：TB/K1＝TA-955，TA×tA＝K2×TB×tB+TC×tC，K1的值为2.5～3，K2的值为4～9。
本发明中各元素作用如下：
碳(C)：作为形成石墨球的主要元素，可以有效的控制石墨个数及石墨大小，同时，适当的碳当量可以使铁液易于流动，增加铁液的充型能力，减少缩松缩孔，提高铸件的致密性，但是碳含量过高，容易产生石墨漂浮，影响铸铁的性能，还会降低钢的耐大气腐蚀能力，增加钢的冷脆性和时效敏感性。
硅(Si)：作为强烈促进石墨化的元素，又能起到孕育的效果。较高的含硅量对铸件的浇注及自补缩都有很大的好处，能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度。硅含量高些，对形成球状石墨有利，但硅含量超过3.0％时，冲击韧性会急剧降低，还能降低钢的焊接性能。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用。
锰(Mn)：可以扩大奥氏体区，增强了奥氏体的稳定性；固溶在基体和碳化物中，可以强化基体，提高硬度，提高基体的淬透性。但是，较高的含锰量会引起晶粒粗大，且极易富集到共晶团的边界形成珠光体或碳化物。严重时碳化物形成网状，极大地影响了材料的韧性。
镍(Ni)：在钢中强化铁素体并细化珠光体，能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性，还能提高钢对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。
钨(W)：可与碳形成碳化钨，具有很高的硬度和耐磨性，能显著提高红硬性和热强性。
铌(Nb)：能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度、抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力，改善焊接性能，防止晶间腐蚀现象，但塑性和韧性有所下降。
锆(Zr)：在钢中作用与铌、钛、钒相似，有脱氧、净化和细化晶粒的作用，提高钢的低温韧性，消除时效现象，提高钢的冲压性能。
铬(Cr)：可提高淬透性，能显著提高强度、硬度和耐磨性，还能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，但会降低塑性和韧性，同时也是碳化物形成元素，在球墨铸铁中，它能与碳生成M3C型碳化物可以作为有效的硬质点弥散分布在基体上，提高材料的硬度及耐磨度。经试验发现证实：含Cr0.5％，碳化物约占15～20％，满足实际需求。
钛(Ti)：能使钢的内部组织致密，细化钢的晶粒组织，从而提高钢的强度和韧性，消除或减轻钢的晶间腐蚀现象，降低时效敏感性和冷脆性，改善焊接性能它能细化晶粒力。固溶强化作用强，但降低固溶体的韧性，固溶于奥氏体中提高钢的淬透性，但化合钛却降低钢的淬透性。改善回火稳定性，并有二次硬化作用，提高耐热钢的抗氧化性和热强性，如蠕变和持久强度，且改善钢的焊接性。
钴(Co)：能强化铁素体，加入碳素钢中，在退火或正火状态下能提高钢的硬度、屈服点和抗拉强度，还具有抗氧化性能，使钢具有高的高温硬度，在耐热钢和耐热合金中得到应用。
钼(Mo)：细化钢的晶粒，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。钴与钼相互配合可使钢超高硬度和良好综合力学性能。
硼(B)：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。
铈(Ce)：影响钢中非金属夹杂物的类型、数量和形态，净化钢质，减少了Al2O3对疲劳性能的危害，对高周疲劳和低周疲劳都很有利，促进钢中的组织转变，可吸附在正在长大的固态晶核表面，形成薄的富集层，降低表面能，阻碍晶体生长，从而降低了晶体长大速率，细化树枝状晶体，抑制柱状晶生长，进而减少枝晶偏析和区域偏析，细化晶粒，抑制回火脆性，提高钢的热塑性、热强性、疲劳性能、耐磨性、抗氢致脆性、抗氧化性。
优选地，S1的第一物料中，Nb元素、Ti元素、Mo元素的含量满足如下关系：100×nTi＝[100×(nNb+nMo)]2/4+0.7，其中nNb、nTi、nMo分别表示Nb元素、Ti元素、Mo元素在第一物料中所占重量百分比。
优选地，S1的第一物料中，Ni元素和Co元素的重量比为13～14：5～6。
优选地，S1的第一物料中，W元素和Cr元素的重量比为0.06～0.07：3.7～3.9。
优选地，S1中，第一物料按重量百分比包括：C：0.9～1.0％，Si：0.48～0.52％，Mn：0.25～0.28％，Ni：0.13～0.14％，W：0.06～0.07％，Nb：0.16～0.17％，Zr：0.04～0.05％，Cr：3.7～3.9％，Ti：0.7～0.8％，Co：0.05～0.06％，Mo：0.14～0.15％，B：0.10～0.11％，Ce：0.16～0.17％，S≤0.02％，P≤0.02％，余量为Fe；
优选地，S3中，K1的值为2.6～2.8，K2的值为6～8。
奥氏体化温度较高时，奥氏体中碳含量较高时，奥氏体更加稳定，最终组织中具有较多的高碳残余奥氏体，等温温度较高时，奥氏体不易转变成针状铁素体和马氏体，也使得最终组织中具有较多的高碳残余奥氏体；而奥氏体组织可以改善材料的冲击韧性，但是会降低材料的硬度；在热处理过程中，冲击韧性和硬度表现出相互竞争、动态变化的过程，因此，根据合金成分调整热处理制度，平衡冲击韧性与硬度的关系成为获得良好综合性能的关键。
本发明采用强碳化物与等温淬火相互结合，使得贝氏体+奥氏体基体中弥散分布着M3C型铬碳化合物，通过整体考虑奥氏体化温度、等温淬火温度、回火温度、奥氏体化时间、等温淬火的保温时间、回火的保温时间，揭示六个工艺参数之间的关系，通过对六个工艺参数进行综合考虑，优化了热处理工艺制度，使得材料具有良好的综合性能，发现奥氏体化温度、等温淬火温度、回火温度、奥氏体化时间、等温淬火时间和回火时间之间存在函数关系，等温淬火温度随着奥氏体化温度升高而升高，使本发明所得使用寿命长耐磨管晶粒细化均匀，显著改善本发明所得使用寿命长耐磨管的热脆性，通过对奥氏体化温度、等温淬火温度、回火温度进行限定，使本发明所得使用寿命长耐磨管的耐磨性能优异，其硬度可达HRC 72，冲击韧性可达8.2J/cm2，能延长使用寿命。
本发明采用铌元素、钛元素、钼元素相互配合，该三种元素固溶于奥氏体中，降低了碳的扩散速度，从而延缓奥氏体的转变，延长贝氏体转变的孕育期，因此便于增加贝氏体型铁素体的数量；镍元素和钴元素相互配合，强化铁素体，细化珠光体，使本发明保持良好的塑性和韧性的同时，提高本发明的强度；钨元素和铬元素相互配合，在奥氏体化过程中阻碍了晶界的移动和晶粒的长大，细化了奥氏体的晶粒，从而为贝氏体提供了更多的有利形核位置，使得在等温淬火过程中贝氏体的数量增加，并细化了贝氏体组织，使外圈中残余奥氏体的量逐渐减少，针状铁素体的量逐渐增加且变得细小致密，且碳化物的数量也随之增多，大幅提高本发明的韧性、硬度、耐磨性能。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种使用寿命长耐磨管的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温得到第一物料，其中第一物料按重量百分比包括：C：0.8％，Si：0.55％，Mn：0.2％，Ni：0.15％，W：0.05％，Nb：0.18％，Zr：0.03％，Cr：4.0％，Ti：0.7289％，Co：0.04％，Mo：0.16％，B：0.09％，Ce：0.18％，S≤0.02％，P≤0.02％，余量为Fe；
S2、将第一物料出炉进行浇注，冷却至375℃，进行表面机处理得到第二物料；
S3、将第二物料升温至1075℃进行奥氏体化，然后保温2.8h，取出置于温度为220℃的硝盐浴中，升温至300℃，保温1.5h，风冷至100℃，接着升温至200℃进行回火，保温4h，空冷至室温得到使用寿命长耐磨管。
实施例2
本发明提出的一种使用寿命长耐磨管的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温得到第一物料，其中第一物料按重量百分比包括：C：1.1％，Si：0.45％，Mn：0.3％，Ni：0.12％，W：0.08％，Nb：0.15％，Zr：0.06％，Cr：3.6％，Ti：0.7196％，Co：0.07％，Mo：0.13％，B：0.12％，Ce：0.15％，S≤0.02％，P≤0.02％，余量为Fe；
S2、将第一物料出炉进行浇注，冷却至395℃，进行表面机处理得到第二物料；
S3、将第二物料升温至1065℃进行奥氏体化，然后保温3h，取出置于温度为200℃的硝盐浴中，升温至330℃，保温1h，风冷至120℃，接着升温至220℃进行回火，保温3h，空冷至室温得到使用寿命长耐磨管。
实施例3
本发明提出的一种使用寿命长耐磨管的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温得到第一物料，其中第一物料按重量百分比包括：C：0.9％，Si：0.52％，Mn：0.25％，Ni：0.14％，W：0.06％，Nb：0.17％，Zr：0.04％，Cr：3.9％，Ti：0.7256％，Co：0.05％，Mo：0.15％，B：0.10％，Ce：0.17％，S≤0.02％，P≤0.02％，余量为Fe；
S2、将第一物料出炉进行浇注，冷却至380℃，进行表面机处理得到第二物料；
S3、将第二物料升温至1070℃进行奥氏体化，然后保温3h，取出置于温度为215℃的硝盐浴中，升温至310℃，保温1.3h，风冷至105℃，接着升温至205℃进行回火，保温3.8h，空冷至室温得到使用寿命长耐磨管。
实施例4
本发明提出的一种使用寿命长耐磨管的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温得到第一物料，其中第一物料按重量百分比包括：C：1.0％，Si：0.48％，Mn：0.28％，Ni：0.13％，W：0.07％，Nb：0.16％，Zr：0.05％，Cr：3.7％，Ti：0.7225％，Co：0.06％，Mo：0.14％，B：0.11％，Ce：0.16％，S≤0.02％，P≤0.02％，余量为Fe；
S2、将第一物料出炉进行浇注，冷却至390℃，进行表面机处理得到第二物料；
S3、将第二物料升温至1073℃进行奥氏体化，然后保温2.9h，取出置于温度为205℃的硝盐浴中，升温至320℃，保温1.2h，风冷至110℃，接着升温至210℃进行回火，保温3.2h，空冷至室温得到使用寿命长耐磨管。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种使用寿命长耐磨管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温得到第一物料，其中第一物料按重量百分比包括：C：0.8～1.1％，Si：0.45～0.55％，Mn：0.2～0.3％，Ni：0.12～0.15％，W：0.05～0.08％，Nb：0.15～0.18％，Zr：0.03～0.06％，Cr：3.6～4.0％，Ti：0.6～0.9％，Co：0.04～0.07％，Mo：0.13～0.16％，B：0.09～0.12％，Ce：0.15～0.18％，S≤0.02％，P≤0.02％，余量为Fe；
S2、将第一物料出炉进行浇注，冷却至375～395℃，进行表面机处理得到第二物料；
S3、将第二物料升温至TA℃进行奥氏体化，然后保温tAh，取出置于温度为200～220℃的硝盐浴中，升温至TB℃，保温tBh，风冷至100～120℃，接着升温至TC℃进行回火，保温tCh，空冷至室温得到使用寿命长耐磨管；其中，TA为1050～1100，tA为2.6～3.2，TB为300～330，tB为1～1.5，TC为200～220，tC为3～4；TA、tA、TB、tB、TC、tC符合以下关系：TB/K1＝TA-955，TA×tA＝K2×TB×tB+TC×tC，K1的值为2.5～3，K2的值为4～9。
2.根据权利要求1所述使用寿命长耐磨管的制备方法，其特征在于，S1的第一物料中，Nb元素、Ti元素、Mo元素的含量满足如下关系：100×nTi＝[100×(nNb+nMo)]2/4+0.7，其中nNb、nTi、nMo分别表示Nb元素、Ti元素、Mo元素在第一物料中所占重量百分比。
3.根据权利要求1或2所述使用寿命长耐磨管的制备方法，其特征在于，S1的第一物料中，Ni元素和Co元素的重量比为13～14：5～6。
4.根据权利要求1-3任一项所述使用寿命长耐磨管的制备方法，其特征在于，S1的第一物料中，W元素和Cr元素的重量比为0.06～0.07：3.7～3.9。
5.根据权利要求1-4任一项所述使用寿命长耐磨管的制备方法，其特征在 于，S1中，第一物料按重量百分比包括：C：0.9～1.0％，Si：0.48～0.52％，Mn：0.25～0.28％，Ni：0.13～0.14％，W：0.06～0.07％，Nb：0.16～0.17％，Zr：0.04～0.05％，Cr：3.7～3.9％，Ti：0.7～0.8％，Co：0.05～0.06％，Mo：0.14～0.15％，B：0.10～0.11％，Ce：0.16～0.17％，S≤0.02％，P≤0.02％，余量为Fe。
6.根据权利要求1-5任一项所述使用寿命长耐磨管的制备方法，其特征在于，S3中，K1的值为2.6～2.8，K2的值为6～8。
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