專利名稱：含稀土的抗腐蝕抗氣蝕耐磨鑄鋼的制作方法
技術領域：
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)中關鍵設備之一的磨紙漿機，對保證造紙質量和提高生產率有重要作用。目前我國除自制一些中小型設備外，有相當數量的大型磨紙漿機需從國外進口或仿制。但這種磨紙漿機的關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、結構復雜、生產質量不穩(wěn)定致使損耗大，對于進口磨紙漿機的磨盤供應問題不僅要耗費大量外匯，而且無法及時供應生產的需要，成為許多大中型造紙廠嚴重問題之一。
各種磨紙漿機磨盤失效分析結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;從日本進口的為組合式磨盤，采用高鉻鑄鐵制造，硬度達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，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。
本申請人從現場調研和失效分析得知，磨盤易損壞，與其惡劣和復雜的工作條件有密切關系。主要表現在下述幾方面磨盤轉速較大達900～1300轉/分，以φ500mm直徑磨盤計算，其最大圓周速度達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助劑產生的腐蝕性離子;還夾雜有少量塵埃和堅硬的砂粒;磨片之間高速相對運動，經常直接接觸，同時紙漿水由于受磨盤高速轉動所產生的巨大離心力，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)明的任務是設計一種耐磨損、抗腐蝕、抗氣蝕并且具有優(yōu)良的冶金質量和鑄造性能，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、形狀復雜、數量多的易損零件，采用鑄鋼制造具有最佳經濟性和生產效率。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，又由于形狀復雜和不經鍛造加工，一般易偏析、夾雜多，有較大內應力，對鋼件機械性能，尤其對韌性和塑性有不利影響。因此，鑄鋼件質量的好壞，其關鍵在于冶金質量、鑄造質量。這兩方面的關鍵又在于合適的合金化，即采取合理的成分含量設計以及選用恰當的冶煉制度與澆鑄制度及其后的熱處理。
本發(fā)明的成分含量設計如下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，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，以利于熱處理設備的選用;二是縮小結晶溫度范圍，提高流動性。應注意錳含量不宜過高，否則易產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，使其呈細小質點彌散均勻地分布于鑄鋼基體中，根據我們的實踐研究，摻加適量稀土能有效提高鑄鋼的冶金質量和鑄造質量。加入的稀土可凈化晶界，并使表面氧化物致密，與基體結合加強，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、磨盤邊側澆口及兩保溫冒口三等分分布，澆注與點注數次補縮。
(2)對于直接澆鑄成齒磨盤采用鐵芯復砂造型，磨盤邊側澆口及兩保溫冒口，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，磨盤邊側澆口，兩保溫冒口澆注與點注數次補縮，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)良的冶金質量和鑄造性能，適于對尺寸大、形狀復雜的構件進行鑄造，在成型后只需經少量機加工或熱處理強化后進行少量磨加工后即可用于生產。
3.原材料來源豐富，價廉，生產成本低，使本鑄鋼具有良好的經濟性。例如用于中大型磨盤代替美國進口的φ508mm 2Cr17Ni5MoCu磨盤，壽命提高4倍以上，成本僅其50%，代替日本進口的高鉻鑄鐵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，經過合適的熱處理代替美國進口磨盤，在從美國Beloit公司進口雙磨盤磨紙漿機上裝機使用，已應用一年多比美國進口的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，經過合適的熱處理，取代日本進口的高鉻鑄鐵制組合磨盤，在從日本進口的雙磨盤紙漿機上使用，壽命提高三倍以上。
權利要求
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.根據權利要求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.根據權利要求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)良的冶金質量和鑄造性能，特別適于鑄造生產大型形狀復雜的要求抗磨損、抗腐蝕、抗氣蝕的構件，如大型磨紙漿機的磨盤。本鑄鋼的原材料供應充足，價格低廉，因而具有良好的經濟性。
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