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一种高铬耐酸铸铁材料、制备方法及其应用
申请号	CN202210320310.6	申请日	2022-03-29	公开(公告)号	CN114769509A	公开(公告)日	2022-07-22
申请人	石家庄工业泵厂有限公司;			发明人	于延龙; 李春海; 韩跃; 杨宪明; 闫龙; 李启;
摘要	本发明涉及一种高铬耐酸铸铁材料，包括以下质量百分比的化学成分：C：1.0‑3.0；Cr：35‑45；Si：1.0‑2.0；Mn：≤1.0；Ni：3.0‑7.0；Mo：1.0‑3.0；Cu：1.0‑3.0，余量为Fe。本发明还涉及一种高铬耐酸铸铁材料的制备方法，涉及熔炼、浇注、热处理以及稳定生产渣浆泵过流部件的应用。本发明相比奥氏体不锈钢 06Cr17Ni12Mo2(316)、06Cr19Ni10(304)材料，通过一定的工艺处理，在含颗粒物的氧化性酸溶液中耐腐蚀和磨损性大幅提高。
权利要求	1.一种高铬耐酸铸铁材料，其特征在于，包括以下质量百分比的化学成分：C：1.0‑3.0； Cr：35‑45；Si：1.0‑2.0；Mn：≤1.0；Ni：3.0‑6.0；Mo：1.0‑3.0；Cu：1.0‑2.5，余量为Fe。 2.根据权利要求1所述的一种高铬耐酸铸铁材料，其特征在于高铬耐酸铸铁材料包括以下质量百分比的化学成分：C：1.5‑2.5；Cr：37‑40；Si：1.2‑1.8；Mn：0.5‑1.0；Ni：4.0‑6.0； Mo：1.0‑2.0；Cu：1.0‑1.8，余量为Fe。 3.根据权利要求1所述的一种高铬耐酸铸铁材料，其特征在于高铬耐酸铸铁材料包括以下质量百分比的化学成分：C：2.0；Cr：39；Si：1.5；Mn：0.8；Ni：5.5；Mo：1.4；Cu：1.5，余量为Fe。 4.一种1‑3任一项所述的高铬耐酸铸铁材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 1)按照废钢、铬铁、钼铁、镍板、铜、硅铁、锰铁的加料顺序依次加入炉内，加热熔化； 2)熔炼温度升至1570‑1600℃，完全熔化后检验成分； 3)铁水的浇注温度1420‑1480℃； 4)采用消失模铸造工艺：EPS发泡成型，表面使用锆铝粉水基涂料涂刷，粘连冒口辅助浇注系统后干燥，整体装箱造型，造型砂使用宝珠砂，粒度10‑20目，浇注全程砂箱保持负压状态； 5)铸件抖箱后，冷却至室温进行清铲，包括去除冒口、清除飞边和打磨； 6)铸件在热处理设备中升温至850℃，保温3‑4小时后，出炉空冷处理，然后650℃保温4小时，回火处理。 5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中的废钢质量含量为25％，铬铁质量含量为63.3％，钼铁质量含量为0.3％、镍板质量含量为0.5％、铜质量含量为0.2％，硅铁质量含量为0.1％，锰铁质量含量为0.1％。 6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤3)铁水浇注前，浇包内加入一种或两种稀土以及硅铝合金，其总加入量不超过包内铁水质量的0.5％，浇注后冒口位置加入保温覆盖剂。 7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于步骤4)中浇注过程控制真空度不低于 0.04MPa，浇注速度不低于1t/min；步骤4)浇注结束保压时间不低于10min，真空度不低于 0.02MPa。 8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中待铸件冷却至400‑500℃冷却8‑12h后抖箱，空气中冷却至室温。 9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤6)铸件在热处理设备中，当炉温低于350℃时，按照每小时30‑40℃的速度升温，350℃至700℃按照每小时40‑60℃的速度升温，700℃至850℃阶段升温速度不低于每小时80℃，整体升温期间设置4‑6段的保温温度。 10.一种高铬耐酸铸铁材料的应用，其特征在于，在渣浆泵过流部件以及被浆液浸润的泵零件使用。
说明书全文	一种高铬耐酸铸铁材料、制备方法及其应用技术领域 [0001] 本发明涉及铸铁材料技术领域，具体涉及一种高铬耐酸铸铁材料、制备方法及其在渣浆泵上的应用。背景技术 [0002] 渣浆泵广泛的应用于矿山、电厂、疏浚、冶金、化工、建材及石油等多个领域，用于物料的输送，其过流部件(叶轮、蜗壳、护板)时刻受到介质的冲刷、腐蚀、冲击等作用，是一种常规消耗品，其使用寿命直接制约生产单位的生产效率和产量。湿法冶金是利用浸出剂将矿石、精矿、焙砂及其他物料中有价金属组分溶解在溶液中或以新的固相析出，进行金属分离、富集和提取的科学技术，通常使用价格相对低廉的硫酸，受腐蚀影响，湿法冶金行业渣浆泵常用材料为塑料何不锈钢，其耐磨性差，零件更换频繁，严重制约了企业的生产效率，增加了维护费用，是制约行业发展的瓶颈。 [0003] 中国专利CN110079725A一种超高耐磨过共晶高铬铸铁材料、制备方法及其应用公开一种超高耐磨过共晶高铬铸铁材料，超高耐磨过共晶高铬铸铁材料包括以下质量百分比的化学成分：C：4.0‑5.0；Cr：25‑35；Si：0.5‑1.0；Mn：1.5‑2.5；Ni：≤1；Mo：2‑4；余量为Fe。本发明还涉及一种超高耐磨过共晶高铬铸铁材料的制备方法，涉及到熔炼工艺以及稳定生产渣浆泵过流部件的应用。本发明相对与BTMCr26和Cr15Mo3材料，本发明的超高耐磨过共晶高铬铸铁材料碳含量和铬含量高，碳化物数量多，能够有效的提高材料的耐磨性。但是韧性较差。 [0004] 中国专利CN107502814A公开了高镍铸铁‑高铬铸铁双材料铸件的工艺，涉及耐磨铸铁制备技术领域。本发明包括高镍铸铁；高镍铸铁各成分的重量百分比如下：C：4.45％，Ni：19.7％，W：2.2％，Cr：6.85％，Mn：0.46％，Si：0.92％，Ti：0.16％，P<0.018％，S<0.014％，B：0.021％，Cu：0.39％，Mo：0.35％，V：0.15％，Re：0.08％，Nb：0.11％，其余为Fe。本发明通过调整铸铁中碳和镍的含量配比，调整碳和铬的含量配比，通过采用高镍铸铁‑高铬铸铁双材料铸件的工艺形成的铸件，能够同时满足高镍铸铁和高铬铸铁结构特性，减少变形与裂纹倾向，调整组织，消除组织缺陷。但是相对耐磨和耐腐蚀性较差。发明内容 [0005] 本发明的目的是提供一种高铬耐酸铸铁材料、制备方法及其在湿法冶金行业渣浆泵的应用。 [0006] 本发明的技术方案： [0007] 一种高铬耐酸铸铁材料，其特征在于高铬耐酸铸铁材料包括以下质量百分比的化学成分：C：1.0‑3.0；Cr：35‑45；Si：1.0‑2.0；Mn：≤1.0；Ni：3.0‑6.0；Mo：1.0‑3.0；Cu：1.0‑2.5，余量为Fe。 [0008] 优选的，包括以下质量百分比的化学成分：C：1.5‑2.5；Cr：37‑40；Si：1.2‑1.8；Mn：0.5‑1.0；Ni：4.0‑6.0；Mo：1.0‑2.0；Cu：1.0‑1.8，余量为Fe。 [0009] 优选的，包括以下质量百分比的化学成分：C：2.0；Cr：39；Si：1.5；Mn：0.8；Ni：5.5；Mo：1.4；Cu：1.5，余量为Fe。 [0010] 一种高铬耐酸铸铁材料的制备方法，包括以下步骤： [0011] 1)按照废钢、铬铁、钼铁、镍板、铜、硅铁、锰铁的加料顺序依次加入炉内，加热熔化。 [0012] 2)熔炼温度升至1570‑1600℃，完全熔化后检验成分。 [0013] 3)铁水的浇注温度1420‑1480℃。 [0014] 4)采用消失模铸造工艺：EPS发泡成型，表面使用锆铝粉水基涂料涂刷，粘连冒口等辅助浇注系统后干燥，整体装箱造型，造型砂使用宝珠砂，粒度10‑20目，浇注全程砂箱保持负压状态。 [0015] 5)铸件抖箱后，冷却至室温进行清铲，包括去除冒口、清除飞边和打磨。 [0016] 6)铸件在热处理设备中升温至850℃，保温3‑4小时后，出炉空冷处理，然后650℃保温4小时，回火处理。 [0017] 7)铸件需进行热处理，按照设定曲线升温至850℃，保温3‑4小时后出炉空冷，然后按照曲线加热至650℃，保温4小时，进行回火。 [0018] 优选的，步骤1)中的废钢质量含量为25％，铬铁质量含量为63.3％，钼铁质量含量为0.3％、镍板质量含量为0.5％、铜质量含量为0.2％，硅铁质量含量为0.1％，锰铁质量含量为0.1％。 [0019] 优选的，步骤3)铁水浇注前，浇包内加入一种或两种稀土以及硅铝合金，其总加入量不超过包内铁水质量的0.5％，必要时浇注后冒口位置加入保温覆盖剂。 [0020] 优选的，步骤4)浇注过程中砂箱真空度不低于0.04MPa，浇注速度不低于1t/min，浇注后砂箱保压负压不低于0.02MPa，时间不低于10分钟。 [0021] 优选的，步骤5)铸件在砂箱内冷却至400‑500℃(一般为浇注后8‑12小时)开始抖箱。 [0022] 优选的，步骤6)铸件在热处理设备中，当炉温低于350℃时，按照每小时30‑40℃的速度升温，350℃至700℃按照每小时40‑60℃的速度升温，700℃至850℃阶段升温速度不低于每小时80℃，整体升温期间设置4‑6段的保温温度。 [0023] 一种高铬耐酸铸铁材料的应用，在渣浆泵过流部件以及其他被浆液浸润的泵零件使用。 [0024] 本发明的室温为4‑37℃。 [0025] 本发明的有益效果： [0026] 本发明提供一种高铬耐酸铸铁材料，含有超过35％铬，在基体中会析出大量碳化物，成网状分布，极大降低材料力学性能，同时渣浆泵叶轮、蜗壳等零件结构复杂，铸造和热处理过程极易由于应力集中导致裂纹，进而产生废品。本发明在考虑保证材料良好耐腐蚀性和耐磨性的基础上，通过加入其它合金元素和铸造、热处理工艺控制提高了材料韧性，使其应用于渣浆泵零件生产制造，成品率高，在湿法冶金行业氧化性酸介质(硫酸、硝酸等)，替代传统的塑料和不锈钢材料，显著提高渣浆泵使用寿命。 [0027] 本发明高铬耐酸铸铁材料有效的化学成分设计依据以及限定范围理由如下：适当的碳含量，考虑材料需具备一定的耐磨性，需要形成高硬度碳化合物，但过高的碳含量会降低材料的耐腐蚀性，不宜超过2％。 [0028] 材料中极高的铬含量，铬的加入有效提高铁基固溶体的电极电位，阻止氧化性酸的电化学腐蚀，同时铬能够吸收材料中铁的电子使铁钝化，防止基体的腐蚀，除此以外部分铬元素与碳、铁形成碳化物，如(Fe,Cr)7C3，等，具有极高硬度，能够有效提高材料耐磨性。 [0029] 镍能够扩大奥氏体相区，提高奥氏体的稳定性，对材料形成铁素体‑奥氏体双相组织提供有利条件，同时镍能够稳定基体钝化层的稳定性，进一步提高材料耐腐蚀性。 [0030] 钼能够提高基体淬透性，推迟奥氏体向珠光体的转变，是期望奥氏体组织的稳定元素，除此以外部分钼会与碳形成高硬度钼碳化合物(Mo2C)，提高碳化物的稳定性，提高材料抗晶间腐蚀的能力。 [0031] 铜与钼共同作用能显著提高材料耐氧化性酸介质腐蚀能力，有助组织细化，但过多铜会析出聚集，降低材料强度。 [0032] S、P在材料中是有害元素，应尽可能降低其含量。 [0033] 稀土元素这里指一种或几种镧系元素，作为变质剂加入，能够细化晶粒，去除铁水中气体，改善铁水的粘度和流动性，有效去除非金属夹杂物，显著提高本发明中材料性能。 [0034] 硅铝合金作用为去除铁水中的氧，降低材料气孔等缺陷。具体实施方式 [0035] 使用消失模铸造工艺，模样使用EPS发泡成型，模样表面使用锆铝粉水基涂料涂刷3遍，粘连冒口等辅助浇注系统后干燥，整体装箱落砂造型，造型砂使用宝珠砂，粒度10‑20目。 [0036] 实施例1：将废钢309kg，铬铁600kg，钼铁22kg、镍板32kg、铜23kg，硅铁5kg，锰铁9kg依次加入1吨中频炉中加热熔化；待铁液达到1600℃，完全熔化后检测成分，浇包内加入稀土元素和硅铝合金，总加入量为5kg，全部熔化后倒入包内，全部熔化后倒入包内。 [0037] 当包内测温达到1480℃，浇注铸件，砂箱内负压0.045MPa，浇注速度1.2t/min，浇注完成后沙箱内负压保持在0.025MPa，保持10分钟后关闭。 [0038] 实施例2：将废钢260kg，铬铁640kg，钼铁30kg、镍板40kg、铜12kg，硅铁10kg，锰铁9kg依次加入1吨中频炉中加热熔化；待铁液达到1590℃，完全熔化后检测成分，浇包内加入稀土元素和硅铝合金，总加入量为5kg，全部熔化后倒入包内。 [0039] 当包内测温达到1470℃，浇注铸件，砂箱内负压0.05MPa，浇注速度1.2t/min，浇注完成后沙箱内负压保持在0.026MPa，保持10分钟后关闭。 [0040] 实施例3：将废钢212kg，铬铁680kg，钼铁46kg、镍板48kg、铜15kg，硅铁11kg，锰铁10kg依次加入1吨中频炉中加热熔化；待铁液达到1580℃，完全熔化后检测成分，浇包内加入稀土元素和硅铝合金，总加入量为4kg，全部熔化后倒入包内。 [0041] 当包内测温达到1450℃，浇注铸件，砂箱内负压0.045MPa，浇注速度1.2t/min，浇注完成后沙箱内负压保持在0.026MPa，保持10分钟后关闭。 [0042] 实施例4：将废钢150kg，铬铁730kg，钼铁26kg、镍板53kg、铜18kg，硅铁13kg，锰铁10kg依次加入1吨中频炉中加热熔化；待铁液达到1580℃，完全熔化后检测成分，浇包内加入稀土元素和硅铝合金，总加入量为3kg，全部熔化后倒入包内。 [0043] 当包内测温达到1430℃，浇注铸件，砂箱内负压0.043MPa，浇注速度1.2t/min，浇注完成后沙箱内负压保持在0.024MPa，保持10分钟后关闭。 [0044] 以上四个实施例铸件在浇注12小时(约400℃)后，抖箱，空冷至室温，清除浇注系统、冒口并打磨。 [0045] 铸件毛坯打磨后，在热处理设备中按照设定好的曲线升温，室温至350℃每小时升温40℃，350至700℃每小时升温50℃，700至850℃每小时升温100℃，期间在200℃，350℃，500℃，700℃分别保温1小时，最终升至850℃保温4小时后，出炉空冷，然后随即进行650℃保温4小时的回火处理。 [0046] 热处理后铸件进行加工，直到设计要求尺寸。 [0047] 通过以上述方式能够稳定生产渣浆泵过流部件及其他被浆液浸润的泵零件。 [0048] 上述实例的渣浆泵过流部件化学成分、硬度及冲击韧性见表1。 [0049] 表1实例成分、硬度及冲击韧性 [0050] [0051] 本发明金相组织为奥氏体+铁素体+合金碳化物，硬度范围HRC42‑48，冲击韧性范2 围4.6‑6.3J/cm。 [0052] 腐蚀试验：本发明与国标中06Cr17Ni12Mo2(316)腐蚀试验对比，加工为18mm×18mm×38mm统一尺寸，放置于20％硫酸溶液中，温度20℃，腐蚀时间185小时。材料状态为：固溶+回火。性能比较见表2： [0053] 表2腐蚀对比 [0054] [0055] [0056] 在同等强酸性静态腐蚀状况下，本发明材料低于316不锈钢材料的年腐蚀深度，最优仅为其1/2损失量，在湿法冶金中强氧化性酸腐蚀工况具有优于常用316不锈钢的性能。 [0057] 冲蚀磨损实验：本发明与国标中06Cr17Ni12Mo2(316)腐蚀试验对比，加工为18mm×18mm×38mm统一尺寸，使用自制磨损试验机进行实验，介质为硫酸、硫酸盐和石英砂混合溶液(100目石英砂2kg，200ml浓硫酸，硫酸铵1kg，硫酸锰0.25kg，水2kg)，温度20℃，转速960r/min，线速度600m/min。材料状态为：固溶+回火。性能比较见表3： [0058] 表3材料年磨蚀深度 [0059]材料年磨蚀深度/mm 06Cr17Ni12Mo2(316) 60.80 实施例1 21.43 实施例2 16.37 实施例3 17.21 实施例4 16.42 [0060] 在同等强酸磨损介质中，本发明材料年磨蚀深度远低于316不锈钢，在湿法冶金含颗粒和强氧化性酸磨蚀工况中，具有远超常用316不锈钢的性能，能够有效提高此行业渣浆泵使用寿命。

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