專利名稱：含稀土的抗腐蝕抗氣蝕耐磨鑄鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于抗磨損、抗腐蝕、抗氣蝕的含稀土合金鋼。
在造紙業(yè)中關(guān)鍵設(shè)備之一的磨紙漿機，對保證造紙質(zhì)量和提高生產(chǎn)率有重要作用。目前我國除自制一些中小型設(shè)備外，有相當(dāng)數(shù)量的大型磨紙漿機需從國外進(jìn)口或仿制。但這種磨紙漿機的關(guān)鍵部件紙漿磨盤是易損件，它由兩片或四片組成一付。由于尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定致使損耗大，對于進(jìn)口磨紙漿機的磨盤供應(yīng)問題不僅要耗費大量外匯，而且無法及時供應(yīng)生產(chǎn)的需要，成為許多大中型造紙廠嚴(yán)重問題之一。
各種磨紙漿機磨盤失效分析結(jié)果表明美制的磨盤取材為1Cr18Ni9Ti或2Cr17Ni5MoCu，失效原因主要是磨損和磨齒頂90°兩邊塌鈍，以至磨齒槽變小甚至阻塞而失去磨紙漿的能力，它一次壽命是2～3月，其價為2000美元/付;從日本進(jìn)口的為組合式磨盤，采用高鉻鑄鐵制造，硬度達(dá)HRe55，但韌性很低，使用中常因磨損或斷齒而失效，一般壽命為1～2月，有的僅能使用1～2周;國產(chǎn)磨片采用激冷鑄鐵制造，主要用于φ450mm以下，壽命在2個月以內(nèi)，但直徑在φ500～600mm以上的激冷鑄鐵磨盤，則難以勝任工作，如某廠給華豐造紙廠配用于美國進(jìn)口磨紙漿機上的φ508mm激冷鑄鐵磨盤，裝機后開車剛開始即把一部分磨齒折斷。
本申請人從現(xiàn)場調(diào)研和失效分析得知，磨盤易損壞，與其惡劣和復(fù)雜的工作條件有密切關(guān)系。主要表現(xiàn)在下述幾方面磨盤轉(zhuǎn)速較大達(dá)900～1300轉(zhuǎn)/分，以φ500mm直徑磨盤計算，其最大圓周速度達(dá)300～500米/分;紙漿濃度2～3%，pH值為6.5～7，漿料中含有機根離子及化學(xué)助劑產(chǎn)生的腐蝕性離子;還夾雜有少量塵埃和堅硬的砂粒;磨片之間高速相對運動，經(jīng)常直接接觸，同時紙漿水由于受磨盤高速轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的巨大離心力，使它高速流過磨齒面和磨槽之間，沖刷著齒面和齒槽，使其不斷遭受磨損和受紙漿的腐蝕;又由于含紙漿水流過磨片齒面和齒槽，在其界面紊流區(qū)液流受擾動而萌生空泡、長大至潰滅，此過程對磨片齒面局部帶來周期性沖擊，因而引起氣蝕破壞，而且齒面的磨損、腐蝕與氣蝕是相互促進(jìn)的。
綜上所述，目前用于各種磨紙漿機的磨盤使用壽命較短，生產(chǎn)效率較低的主要原因是磨盤所選用的材料抗磨損、抗腐蝕及抗氣蝕的性能較差所造成的。
本發(fā)明的任務(wù)是設(shè)計一種耐磨損、抗腐蝕、抗氣蝕并且具有優(yōu)良的冶金質(zhì)量和鑄造性能，適用于制造各種磨紙漿機磨盤的新合金鋼。
由于上述磨盤是尺寸大、形狀復(fù)雜、數(shù)量多的易損零件，采用鑄鋼制造具有最佳經(jīng)濟性和生產(chǎn)效率。但鑄鋼件由于鋼液冷卻速度較低，故鑄態(tài)組織中難免晶粒粗大和不均勻，又由于形狀復(fù)雜和不經(jīng)鍛造加工，一般易偏析、夾雜多，有較大內(nèi)應(yīng)力，對鋼件機械性能，尤其對韌性和塑性有不利影響。因此，鑄鋼件質(zhì)量的好壞，其關(guān)鍵在于冶金質(zhì)量、鑄造質(zhì)量。這兩方面的關(guān)鍵又在于合適的合金化，即采取合理的成分含量設(shè)計以及選用恰當(dāng)?shù)囊睙捴贫扰c澆鑄制度及其后的熱處理。
本發(fā)明的成分含量設(shè)計如下1.碳的含量鋼液流動性隨含碳量增加而得到改善;含碳量的增加，使鋼的抗熱裂性也隨之提高，但超過0.2～0.25%C以后又迅速降低;鋼的收縮率隨含碳量增加而增大，但含碳量由0.1%增至0.40%時無論線收縮率和體積收縮率都變化不大，為使本鑄鋼具有完全的板條狀馬氏體，淬火后得到高硬度和良好韌性，本發(fā)明選擇碳含量范圍為0.15～0.35%。
2.鉻的含量研究表明鋼的抗磨蝕性和抗氣蝕性隨含鉻量增加而提高，在到8%Cr以后，繼續(xù)增加，提高不多，對弱腐蝕介質(zhì)，10～12%Cr即可保證足夠抗蝕性，但鑄鋼含鉻量增加會降低鋼的流動性、增加熱裂傾向及收縮率、易形成樹枝狀偏析。本發(fā)明在考慮鉻含量時，主要顧及抗磨蝕性和抗氣蝕性兼顧其它性能，選擇的變化范圍在7.2～13.5%Cr。
3.錳的含量錳是本鑄鋼主要合金元素之一，其作用一是提高鋼的奧氏體的穩(wěn)定性，增加淬透性，提高強韌性，降低淬火溫度，以利于熱處理設(shè)備的選用;二是縮小結(jié)晶溫度范圍，提高流動性。應(yīng)注意錳含量不宜過高，否則易產(chǎn)生粗大柱狀晶和裂紋，同時使奧氏體過于穩(wěn)定，在一般條件下對抗磨性不利。故取含量范圍為1.5～6.0%。
4.稀土含量稀土亦是本鑄鋼主要合金元素之一。加稀土的主要作用是使鑄鋼夾雜物變質(zhì)，使其呈細(xì)小質(zhì)點彌散均勻地分布于鑄鋼基體中，根據(jù)我們的實踐研究，摻加適量稀土能有效提高鑄鋼的冶金質(zhì)量和鑄造質(zhì)量。加入的稀土可凈化晶界，并使表面氧化物致密，與基體結(jié)合加強，對改善鑄鋼抗蝕性和抗氣蝕性有利。含稀土范圍0.02～0.2%。
5.含硅0.6～0.8%，加硅可降低鋼的熔點，改善流動性，但含量高時易形成柱狀晶，對抗熱裂性能不利。
6.含鉬0.2～0.4%，以改善可能產(chǎn)生的回火脆性。
7.含銅0.2～0.5%，改善鑄造性能和抗蝕性。
8.含釩或鈦0.1%，可取其中一種，其作用是可細(xì)化組織，提高硬度，改善耐磨性。
9.選擇性成分鋁的含量0.04～0.08%，以消除樹脂砂造型時鑄件易形成的針孔缺陷。
10.選擇性成分鈣含微量。
11.硫和磷均要求＜0.03%。
12.余為鐵。
本發(fā)明合金鋼的冶煉及磨盤的制備方法1.用電弧爐冶煉時的方法1)冶煉采用廢鋼熔清后，鋼水過氧化脫氧、沸騰、增碳一步法，還原精煉采用沉淀與擴散相結(jié)合的合金化方法，加入除稀土外的所需的各種合金元素，還原精煉后期出鋼前加鋁脫氧，在擋渣出鋼時，鋼包中加入硅稀土。
2)磨盤澆鑄與造型(1)對于機加工銑齒或刨齒磨盤采用普通砂造型、磨盤邊側(cè)澆口及兩保溫冒口三等分分布，澆注與點注數(shù)次補縮。
(2)對于直接澆鑄成齒磨盤采用鐵芯復(fù)砂造型，磨盤邊側(cè)澆口及兩保溫冒口，三等分分布澆鑄補縮，水瀑清砂。
3)磨盤機加工與熱處理過程預(yù)熱處理、機加工、淬火、低溫回火、磨兩平面。
2.用中頻電爐冶煉時的方法1)精確配料除成分中鉬、銅、鈦或釩、稀土外，均分批加入爐中，在通電熔化、控溫、部分脫氧后再加入鉬、銅，最后加入鈦或釩，出鋼前加鋁脫氧。
2)擋渣出鋼，鋼包中加入硅稀土合金。
3)磨盤造型與澆注(1)采用普通砂造型，磨盤邊側(cè)澆口，兩保溫冒口澆注與點注數(shù)次補縮，可水瀑清砂，再銑齒或刨齒磨盤。
(2)采用直接失臘精鑄成齒磨盤。
4)機加工與熱處理過程預(yù)熱處理、機加工、淬火、低溫回火及磨兩平面;如失臘精鑄，則直接淬火低溫回火，磨兩平面。
本發(fā)明的顯著優(yōu)點1.具有高強度(高硬度)，較好的韌性，并有良好的抗磨蝕、抗氣蝕性能。
2.具有優(yōu)良的冶金質(zhì)量和鑄造性能，適于對尺寸大、形狀復(fù)雜的構(gòu)件進(jìn)行鑄造，在成型后只需經(jīng)少量機加工或熱處理強化后進(jìn)行少量磨加工后即可用于生產(chǎn)。
3.原材料來源豐富，價廉，生產(chǎn)成本低，使本鑄鋼具有良好的經(jīng)濟性。例如用于中大型磨盤代替美國進(jìn)口的φ508mm 2Cr17Ni5MoCu磨盤，壽命提高4倍以上，成本僅其50%，代替日本進(jìn)口的高鉻鑄鐵φ560mm磨盤，壽命提高3倍以上，成本僅其70%。
具體實施例方式例1成分含量0.28%C、12.8%Cr、1.5%Mn、0.6%Si、0.4%Mo、0.4%Cu、0.1%V、0.2%RE、0.04%Al、Ca微量、要求P和S均＜0.03%。
在電弧爐中冶煉澆鑄制成φ508mm磨盤，經(jīng)過合適的熱處理代替美國進(jìn)口磨盤，在從美國Beloit公司進(jìn)口雙磨盤磨紙漿機上裝機使用，已應(yīng)用一年多比美國進(jìn)口的Cr17Ni5Cu3磨盤壽命提高四倍以上。
例2成分含量0.28%C、7.8%Cr、3.5%Mn、0.40%Mo、0.4%Cu、0.1%V、0.7%Si、0.05%Al、0.15%RE、Ca微量，要求P和S都＜0.03%。
在中頻爐中冶煉，失臘精鑄制成φ560mm組合磨盤，經(jīng)過合適的熱處理，取代日本進(jìn)口的高鉻鑄鐵制組合磨盤，在從日本進(jìn)口的雙磨盤紙漿機上使用，壽命提高三倍以上。
權(quán)利要求
1.一種含稀土的抗腐蝕抗氣蝕耐磨鑄鋼，其特征是含有0.15～0.35%C，7.2～13.5%Cr，1.5～6.0%Mn，0.02～0.2%RE，0.2～0.4%Mo，0.2～0.5%Cu，0.6～0.8%Si以及0.1%V，Ti0.1%中至少一種，余量為Fe組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄鋼，其特征是含有0.28%C，12.8%Cr，1.5%Mn，0.2%RE，0.4%Mo，0.4%Cu，0.1%V，0.6%Si，0.04%Al，Ca微量，及＜0.03%P，＜0.03%S，余為Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄鋼，其特征含有0.28%C，7.8%Cr，3.5%Mn，0.15%RE，0.40%Mo，0.4%Cu，0.4%Cu，0.1%V，0.7%Si，0.05%Al，Ca微量，及＜0.03%P，＜0.03%S，余量為Fe。
全文摘要
一種含稀土的抗磨損抗腐蝕抗氣蝕的鑄鋼。其成分范圍0.15～0.40％C、7.2～13.5％Cr、1.5～6.0％Mn、0.60～0.80Si、0.02～0.2％RE、0.2～0.4％Mo、0.2～0.5％、Cu0.04～0.08％Al、釩或鈦占0.1％，要求硫和磷低于0.03％，余為鐵。本發(fā)明的鑄鋼，具有高強度、高韌性和良好的抗腐蝕、抗氣蝕性能。由于優(yōu)良的冶金質(zhì)量和鑄造性能，特別適于鑄造生產(chǎn)大型形狀復(fù)雜的要求抗磨損、抗腐蝕、抗氣蝕的構(gòu)件，如大型磨紙漿機的磨盤。本鑄鋼的原材料供應(yīng)充足，價格低廉，因而具有良好的經(jīng)濟性。
文檔編號C22C38/38GK1067072SQ92105228
公開日1992年12月16日 申請日期1992年6月24日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月24日
發(fā)明者李志章, 凌國平, 姚天貴, 吳年強 申請人:浙江大學(xué)