CN105779860A - 一种使用寿命长耐磨管的制备方法 - Google Patents
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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
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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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160720 |