CN109554633B - 耐腐蚀材料以及磷酸料浆泵的制备方法 - Google Patents

耐腐蚀材料以及磷酸料浆泵的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀材料，属于耐磷酸腐蚀材料技术领域，该耐腐蚀材料重量百分组成为：碳≤0.07；硅≤2.0；锰0.5～0.8；磷≤0.03；硫≤0.03；铬29.0～31.0；镍2.0～3.0；钼3.5～4.5；铜1.0～1.5，余量为铁。由于该耐腐蚀材料中Cr含量高，且含有3.5％～4.5％Mo，因而在含有氯化物的水溶液中耐点腐蚀和应力腐蚀的性能很好，在耐磨蚀方面，优于316L、317L以及0Cr26NiMo2N，热加工性能较好。通过1000℃～1050℃，保温2～3小时热处理，其硬度可达350～400HB。焊接和机加工性能良好，在高温磷酸中的耐腐蚀性能优良。

Description

耐腐蚀材料以及磷酸料浆泵的制备方法
技术领域
本发明涉及耐磷酸腐蚀材料技术领域，具体涉及耐腐蚀材料以及一种磷酸料浆泵的制备方法。
背景技术
在磷化工生产中，由于磷酸的浓度、温度以及介质成分对设备的使用寿命影响很大，特别是在半水法和半水—二水法磷酸生产中泵过流部件使用寿命短，原材质如316L、904L、CD4MCu等的泵使用寿命不到三个月，这就要求泵过流部件材料在使用中具有耐腐蚀、耐磨损性能。
磷酸对金属的耐蚀性是随着温度的增加而增加，在达到沸点时增加甚剧；低浓度磷酸的腐蚀性随浓度的增加而增加，达到中等浓度时腐蚀性最大，在更高的浓度下，腐蚀性随浓度的增加而降低，酸浓度超过100％，达到过磷酸范围时，腐蚀性大为减小。但杂质对磷酸的耐蚀性能影响很大，酸中的F-、Cl-以及SO4 2-是促进腐蚀的介质，他们在磷酸中的存在极大地影响了不锈钢的钝化。在湿法磷酸生产中，由于F-、Cl-以及SO4 2-的存在，对不锈钢的腐蚀比纯磷酸严重，在研发新材料时不但要考虑金属腐蚀、局部腐蚀，同时还要考虑磨蚀。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供针对磷酸生产过程中所使用的磷酸料浆泵的过流部件不具有耐腐性能且耐磨蚀性能差，从而导致泵的使用寿命短；
本发明的技术方案为：一种耐腐蚀材料，该耐腐蚀材料重量百分组成为：碳≤0.07；硅≤2.0；锰0.5～0.8；磷≤0.03；硫≤0.03；铬29.0～31.0；镍2.0～3.0；钼3.5～4.5；铜1.0～1.5，余量为铁。
本发明的工作原理/有益效果为：由于该耐腐蚀材料中Cr含量高，且含有3.5％～4.5％Mo，因而在含有氯化物的水溶液中耐点腐蚀和应力腐蚀的性能很好，在耐磨蚀方面，优于316L、317L以及0Cr26NiMo2N，热加工性能较好。通过1000℃～1050℃，保温2～3小时热处理，其硬度可达350～400HB。焊接和机加工性能良好，在高温磷酸中的耐腐蚀性能优良。
进一步限定，该耐腐蚀材料重量百分组成为：碳0.056；硅0.62；锰0.78；磷0.025；硫0.018；铬30.72；镍2.25；钼3.69；铜1.28，铁60.561。
一种磷酸料浆泵的制备方法，包括以下步骤：模具设计、制作→造型、制芯→型、芯烘干→合箱→熔炼→浇注→开箱、落砂→切割浇冒口→打磨、补焊→热处理→毛坯检验→机加工→加工产品检验→组装→泵性能测试→成品验收。
进一步限定，所述熔炼工序中，采用微碳铬铁、电解镍、电解铜、钼铁、硅铁、电解锰、稀土合金以及工业纯铁合金材料按成分要求配制炉料。
进一步限定，所述造型和制芯工序中，采用树脂砂造型制芯。
附图说明
图1是腐蚀材料在100倍率下的金相组织图；
图2是腐蚀材料在500倍率下的金相组织图；
具体实施方式
对照组1
采用316L作为过流部件的材质制备磷酸料浆泵的过流部件；得到泵A。
对照组2
采用CD4MCu作为过流部件的材质制备磷酸料浆泵的过流部件；得到泵B。
实施例1
耐腐蚀材料的重量百分组成如下：碳0.07；硅2.0；锰0.5；磷0.03；硫0.03；铬29.0；镍2.0；钼3.5；铜1.0，铁61.87。
按照以下步骤：模具设计、制作→造型、制芯→型、芯烘干→合箱→熔炼→浇注→开箱、落砂→切割浇冒口→打磨、补焊→热处理→毛坯检验→机加工→加工产品检验→组装→泵性能测试→成品验收；其中熔炼工序中，将微碳铬铁、电解镍、电解铜、钼铁、硅铁、电解锰、稀土合金以及工业纯铁合金材料按照质量百分组成为碳0.07；硅2.0；锰0.5；磷0.03；硫0.03；铬29.0；镍2.0；钼3.5；铜1.0；铁61.87配制炉料，所述造型和制芯工序中，采用树脂砂造型制芯，最后得到泵C。
实施例2
耐腐蚀材料的重量百分组成如下：碳0.056；硅0.62；锰0.78；磷0.025；硫0.018；铬30.72；镍2.25；钼3.69；铜1.28，铁60.561。
按照以下步骤：模具设计、制作→造型、制芯→型、芯烘干→合箱→熔炼→浇注→开箱、落砂→切割浇冒口→打磨、补焊→热处理→毛坯检验→机加工→加工产品检验→组装→泵性能测试→成品验收；其中熔炼工序中，将微碳铬铁、电解镍、电解铜、钼铁、硅铁、电解锰、稀土合金以及工业纯铁合金材料按照质量百分组成为碳0.056；硅0.62；锰0.78；磷0.025；硫0.018；铬30.72；镍2.25；钼3.69；铜1.28；铁60.561配制炉料，所述造型和制芯工序中，采用树脂砂造型制芯，最后得到泵D，按照上述相同方法和原料制备4台泵D。
实施例3
耐腐蚀材料的重量百分组成如下：碳0.07；硅2.0；锰0.8；磷0.03；硫0.03；铬31.0；镍3.0；钼4.5；铜1.5；铁57.07。
按照以下步骤：模具设计、制作→造型、制芯→型、芯烘干→合箱→熔炼→浇注→开箱、落砂→切割浇冒口→打磨、补焊→热处理→毛坯检验→机加工→加工产品检验→组装→泵性能测试→成品验收；其中熔炼工序中，将微碳铬铁、电解镍、电解铜、钼铁、硅铁、电解锰、稀土合金以及工业纯铁合金材料按照质量百分组成为碳0.07；硅2.0；锰0.8；磷0.03；硫0.03；铬31.0；镍3.0；钼4.5；铜1.5；铁57.07配制炉料，所述造型和制芯工序中，采用树脂砂造型制芯，最后得到泵E，按照上述相同方法和原料制备4台泵E。
将泵A、泵B以及泵C同时投入质量分数为52％H3PO4+800PPmCl-+250PPmF-的水溶液中，水溶液的温度为105℃，一个月后检测泵A、泵B以及泵C各自的过流部件的腐蚀率，如表1所示；
将4台泵D分别放入质量分数为10％H2SO4+800PPmCl-+250PPmF-的水溶液；质量分数为52％H3PO4+800PPmCl-+250PPmF-的水溶液、质量分数为16％H2SO4+500ppmCL-的水溶液以及质量分数为45％P2O5 3-+2％SO42-+0.3％Cl-+1.75％F-的水溶液中，水溶液的温度为105℃，一个月后检测4台泵D的过流部件的腐蚀速率，结果如表2；
将4台泵E投入温度分别为85℃、95℃、100℃以及105℃的质量分数分别为45％P2O5 3-+2％SO4 2-+0.3％Cl-+1.75％F-的水溶液中，一个月后检测4台泵D的过流部件的腐蚀速率，结果如表3所示；
表1
泵组 腐蚀速率/mm/a
A 0.800
B 0.670
C 0.030
表2
泵组 实验介质条件 腐蚀速率/mm/a
D 10％H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>+800PPmCl<sup>-</sup>+250PPmF- 0.023
D 52％H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>+800PPmCl<sup>-</sup>+250PPmF- 0.017
D 16％H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>+500ppmCL- 0.046
D 45％P<sub>2</sub>O<sub>5</sub><sup>3-</sup>+2％SO4<sup>2-</sup>+0.3％Cl<sup>-</sup>+1.75％F<sup>-</sup> 0.008
表3
泵组 试验温度℃ 腐蚀速率/mm/a
E 85℃ 0.001
E 95℃ 0.003
E 100℃ 0.005
E 105℃ 0.008
综上所述，由表1可知，采用本申请中的耐腐蚀材料作为磷酸料将泵的过流部件的材料，其腐蚀速率明显低于采用316L和CD4MCu制备的过流部件，其寿命可由采用316L和CD4MCu制备的过流部件的三个月延长至6个月，明显节约了生产成本，提高了经济效益。
由表2可知，在10％H2SO4+800PPmCl-+250PPmF-、52％H3PO4+800PPmCl-+250PPmF-、16％H2SO4+500ppmCL-以及45％P2O5 3-+2％SO42-+0.3％Cl-+1.75％F-中，耐腐蚀材料的腐蚀速率大大降低，因此具有延长过流部件的耐腐蚀性能，同时延长磷酸泵的使用寿命。
由表3可知，在不同的温度下，且随着温度的升高，耐腐蚀材料的腐蚀速率增加不明显，且腐蚀速率低，因此均有好的耐腐蚀性能，延长磷酸泵的使用寿命。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种用于磷酸料浆泵的耐腐蚀材料，其特征在于，该耐腐蚀材料重量百分组成为：碳≤0.07；硅≤2.0；锰0.5～0.8；磷≤0.03；硫≤0.03；铬29.0～31.0；镍2.0～3.0；钼3.5～4.5；铜1.0～1.5，余量为铁；
所述耐腐蚀材料制备的料浆泵具有优异的耐腐蚀性能：将所述料浆泵投入质量分数为52％H3PO4+800PPm Cl-+250PPm F-的水溶液中，在温度为105℃条件下，一个月后检测腐蚀速率低于0.03 mm/a；
将所述料浆泵投入质量分数10％H2SO4+800PPmCl-+250PPmF-的水溶液中，在温度为105℃条件下，一个月后检测腐蚀速率为0.023mm/a ；
将所述料浆泵投入质量分数为16％H2SO4+500PPm Cl-的水溶液中，在温度为105℃条件下，一个月后检测腐蚀速率为0.046mm/a ；
将所述料浆泵投入质量分数为45％PO4 3-+2％SO4 2-+0.3％Cl-+1.75％F-的水溶液，在温度为105℃条件下，一个月后检测的腐蚀速率为0.008 mm/a。
2.根据权利要求1所述的一种用于磷酸料浆泵的耐腐蚀材料，其特征在于，该耐腐蚀材料重量百分组成为：碳0.056；硅0.62；锰0.87；磷0.025；硫0.018；铬30.72；镍2.25；钼3.69；铜1.28；铁60.471。
3.用权利要求1-2任一项所述的一种用于磷酸料浆泵的耐腐蚀材料制备磷酸料浆泵的方法，其特征在于，包括以下步骤：模具设计、制作→造型、制芯→型、芯烘干→合箱→熔炼→浇注→开箱、落砂→切割浇冒口→打磨、补焊→热处理→毛坯检验→机加工→加工产品检验→组装→泵性能测试→成品验收。
4.根据权利要求3所述的一种用于磷酸料浆泵的耐腐蚀材料制备磷酸料浆泵的方法，其特征在于，所述熔炼工序中，采用微碳铬铁、电解镍、电解铜、钼铁、硅铁、电解锰以及工业纯铁合金材料按成分要求配制炉料。
5.根据权利要求3所述的一种用于磷酸料浆泵的耐腐蚀材料制备磷酸料浆泵的方法，其特征在于，所述造型和制芯工序中，采用树脂砂造型制芯。
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