一種雙相不銹鋼材料及其制備方法及在潛油電泵葉、導(dǎo)輪中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋼鐵合金材料領(lǐng)域，具體涉及一種雙相不銹鋼材料及其制備方法，本 發(fā)明同時(shí)涉及雙相不銹鋼材料在潛油電泵葉、導(dǎo)輪中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 在眾多石油鉆采設(shè)備中潛油電泵必不可少，而其排量、泵效、耐腐蝕性、使用壽命 等主要由葉、導(dǎo)輪決定，目前國內(nèi)外大中型鉆采設(shè)備的潛油電泵葉、導(dǎo)輪材料都是以高鎳鑄 鐵為主，主要是由于高鎳鑄鐵具有優(yōu)異的耐腐蝕性、抗磨損性及優(yōu)秀的綜合機(jī)械性能，在國 內(nèi)外被廣泛用于潛油電泵葉、導(dǎo)輪的制造。然而，世界鎳資源短缺，國際鎳價(jià)昂高的結(jié)果給 國內(nèi)潛油電泵生產(chǎn)行業(yè)帶來了很大困難，從長遠(yuǎn)發(fā)展需要開拓新的合金材料代替高鎳鑄鐵 用以制造潛油電泵葉、導(dǎo)輪。
[0003] 雙相不銹鋼材料具有耐腐蝕、抗磨損且綜合機(jī)械性能優(yōu)秀等特點(diǎn)，為此國外常用 來制造體型較大的污水泵，渣漿泵的葉輪或泵體，近年來國內(nèi)已經(jīng)引進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)，正在消 化吸收的過程中，而該技術(shù)在潛油電泵中的應(yīng)用目前國外也只限于泵內(nèi)的支架，支座類受 力構(gòu)件的應(yīng)用，至于葉輪和導(dǎo)輪還只是一種趨向，具體說用戶有這種使用的愿望和要求，正 是這種要求促進(jìn)了本發(fā)明的進(jìn)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供了一種雙相不銹鋼材料及其制備方法及在潛油 電泵葉、導(dǎo)輪中的應(yīng)用，該種材料具有很好的機(jī)械性能，能夠很好的滿足潛油電泵葉、導(dǎo)輪 的制造。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一種雙相不銹鋼材料確定的優(yōu)選配方，由以下重量 百分比的原料制成：C:彡 0? 04%;Mn:彡 1. 0%;Si:彡 1. 0%;P:彡 0? 04%;S:彡 0? 04% ; Cr:彡 24. 5%?26. 5%;Ni:彡 4. 7%?6. 0%;M〇 :彡 1. 7%?2. 3%;Cu:彡 2. 7%?3. 3%; N:彡 0? 10%?0? 25% ;余量為Fe。
[0006] 本發(fā)明涉及到上述所述一種雙相不銹鋼材料的制備方法，其制備的過程中先將組 成雙相不銹鋼材料的各組分按一定比例備好，接著放入容量較小的250kg)堿性中頻電 爐，采用大功率快速熔煉，熱爐熔煉時(shí)間為40-45分鐘，熔煉溫度1680°C-1700°C，其中，鋼 液用珍珠巖全程覆蓋，出爐前后分別用純鋁絲脫氧，用量為〇. 6%分兩次加入即可。
[0007] 本發(fā)明還涉及到上述所述一種雙相不銹鋼材料在潛油電泵葉、導(dǎo)輪中的應(yīng)用，其 雙相不銹鋼材料在熔煉后用于制造潛油電泵葉、導(dǎo)輪的過程中包括以下步驟：
[0008] a、針對潛油電泵葉、導(dǎo)輪產(chǎn)品對流道表面光潔度要求很高且不經(jīng)機(jī)械加工和雙相 不銹鋼材料超低碳（C< 0. 04% )使鋼液流動(dòng)性差，收縮大的特點(diǎn)，殼型選水玻璃，精制石英 砂、粉制作，經(jīng)900°C4小時(shí)焙燒；
[0009]b、熱模，高溫，快速澆注，殼型澆注溫度在450°C-600°C之間，鋼液的澆注溫度控 制在1600°C±20°C，每個(gè)殼型的澆注時(shí)間不超過3秒鐘，具體操作應(yīng)根據(jù)每一個(gè)零件的澆 冒口設(shè)計(jì)特點(diǎn)調(diào)整工藝范圍；
[0010] C、鑄件和試棒同爐鋼液澆注、同爐熱處理，處理的工藝為將經(jīng)過清砂、堿煮的葉、 導(dǎo)輪毛坯放入高溫電阻爐中加熱至1080°c，保溫2小時(shí)，再將鑄件淬入水中冷卻，取出鑄件 后自然風(fēng)干，然后將其流道表面進(jìn)行噴砂處理，以目視看不見氧化層為準(zhǔn)。
[0011] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明的一種雙相不銹鋼材料不僅具有很好的耐腐蝕 性、抗磨損性及綜合的機(jī)械性能，而雙相不銹鋼與高鎳鑄鐵相比資源更多、價(jià)格更便宜，同 時(shí)利用雙相不銹鋼制造出的潛油電泵葉、導(dǎo)輪與高鎳鑄鐵制造成的潛油電泵葉、導(dǎo)輪的合 格率更高。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面結(jié)合本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易 于被本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍作出更清晰明確的界定。
[0013] 實(shí)施例1
[0014] -種雙相不銹鋼材料在潛油電泵K002導(dǎo)輪中的應(yīng)用。
[0015] 在制作的K002導(dǎo)輪殼型時(shí)，殼型選水玻璃，注900 °C高溫4小時(shí)焙燒，然后將雙相 不銹鋼材料進(jìn)行熔煉的高溫鋼水注入殼型，其中，殼型溫度不低于450°C，澆包溫度不低于 700°C，澆注溫度不低于1600°C，結(jié)果共澆了 50件，其中45件為毛坯成品，5件流道中存有 鋼水殘留物，經(jīng)過專業(yè)打磨，有一件報(bào)廢，4件合格，合格率比通常高鎳鑄鐵澆注的同類產(chǎn)品 更尚。
[0016] K002導(dǎo)輪（K系列是本公司為美國通用公司專制產(chǎn)品）是潛油電泵導(dǎo)輪中結(jié)構(gòu)很 特殊的鑄件，其流道為進(jìn)出口截面積特小，而中間很大且彎曲程度很大，這種特殊結(jié)構(gòu)繪制 殼的掛砂帶來了很大的困難，掛上兩層面砂之后，進(jìn)出口已經(jīng)很小了，本發(fā)明通過提高面層 涂料粉、液比，強(qiáng)化風(fēng)干層次，強(qiáng)力壓漿能夠很好的提高其強(qiáng)度。
[0017] 實(shí)施例2
[0018] -種雙相不銹鋼材料在潛油電泵K018葉輪中的應(yīng)用。
[0019] 在制作的K018葉輪殼型時(shí)，殼型選精致石英砂，注900°C高溫4小時(shí)焙燒，然后將 雙相不銹鋼材料進(jìn)行熔煉的高溫鋼水注入殼型，其中，殼型溫度不低于600°C，澆注溫度不 低于1620°C，結(jié)果共澆了 50件，其中45件為毛坯成品經(jīng)過后續(xù)工序清理打磨，有45件為合 格品，基本達(dá)到了本次試制的目的，毛坯合格率比通常高鎳鑄鐵澆注的同類產(chǎn)品更高。
[0020] K018葉輪，葉片的平均厚度均為2mm，高度14mm，上下蓋板過厚容易產(chǎn)生蓋板槽 中的縮孔或疏松，薄者葉片冷隔或缺肉。針對該狀況本發(fā)明在澆、冒口設(shè)置方面采取了葉 片兩邊同時(shí)澆注同時(shí)補(bǔ)縮，改變了原來鋼液必經(jīng)流經(jīng)葉片到達(dá)另一蓋板設(shè)計(jì)方案，眾所周 知失蠟殼型通常的澆、冒口設(shè)計(jì)原則是澆口和冒口是連接在一起的，同時(shí)整個(gè)殼型的重心 盡可能通過澆口的中心線，否則因?yàn)橄災(zāi)５膹?qiáng)度不高而無法實(shí)現(xiàn)掛砂和制成殼型，很好解 決了鑄件的補(bǔ)縮問題，但又帶來了葉片澆不足或冷隔的問題，為解決這一問題，本發(fā)明特意 提高了殼型和鋼液的澆注溫度，即殼型的澆注溫度不低于600°C，鋼液的澆注溫度不低于 1620°C，從而大大降低了鋼液的過冷度，最好不用澆包，直接用爐嘴對準(zhǔn)澆口杯澆注。
[0021] 實(shí)施例3
[0022] -種雙相不銹鋼材料在潛油電泵N041導(dǎo)輪中的應(yīng)用。
[0023] 在制作的N041導(dǎo)輪殼型時(shí)，殼型選精致石英砂，注900°C高溫4小時(shí)焙燒，然后將 雙相不銹鋼材料進(jìn)行熔煉的高溫鋼水注入殼型，其中，殼型溫度不低于450°C，澆包溫度不 低于700°C，澆注溫度不低于1600°C，本實(shí)施例共澆注50件產(chǎn)品，經(jīng)后續(xù)清理有48件成品， 2件為內(nèi)軸轂澆不足判為廢品，合格率比通常高鎳鑄鐵澆注的同類產(chǎn)品更高。
[0024]N041導(dǎo)輪（N系列是本公司為美國貝克休斯公司專供產(chǎn)品）是導(dǎo)輪鑄件中又一例 難鑄造成型的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)為外圈為圓桶形，截面為上厚下薄的環(huán)面，毛坯厚處16mm薄處 6mm，接七張葉片過渡至內(nèi)輪轂，葉片厚2-3mm，葉片最高出15mm，軸孔為上大下小臺(tái)階形， 上臺(tái)階孔為〇30,下臺(tái)階孔為0 20.內(nèi)澆口設(shè)在外圓柱面靠近最厚處，鋼液必經(jīng)流過葉片 進(jìn)入內(nèi)軸轂。葉片薄面高，表面積大，極易冷卻，內(nèi)軸轂厚而短，且被周圍鋼液包圍，散熱條 件很差，又得不到足夠熱鋼液補(bǔ)縮，很容易造成縮孔或疏松。欲使其不產(chǎn)生縮孔，必須保證 流過葉片的鋼液處于半凝固狀態(tài)，即在壓力的推動(dòng)下可以繼續(xù)流動(dòng)一段距離，隨后馬上凝 固。要做到這一點(diǎn)本發(fā)明做了以下幾點(diǎn)：
[0025] ①盡可能減少內(nèi)圓的加工余量，以便流動(dòng)十分困難的鋼液實(shí)現(xiàn)完整的充型；
[0026] ②限制殼型溫度和鋼液的澆注溫度，過高的殼型溫度和鋼液澆注溫度，都會(huì)導(dǎo)致 內(nèi)軸轂產(chǎn)生大的體積收縮而形成縮孔或疏松，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)殼型溫度在450°C?500°C，鋼 液澆注溫度在1500°C?1600°C是基本都可澆注成形，且不產(chǎn)生縮孔；
[0027] ③快澆，即在2?3秒中內(nèi)充滿鑄型，若超過3秒鐘即使?jié)沧⒊尚?，大多?shù)還是縮 孔或疏松，這可能是殼型溫度超上限，鋼液澆注溫度過高所致。
[0028] ④內(nèi)澆口截面積要足夠大，本發(fā)明內(nèi)澆口截面積是七張葉片面積之和的2倍，這 樣流經(jīng)葉片的鋼液才有壓力推動(dòng)鋼液流動(dòng)。
[0029] 本發(fā)明三個(gè)實(shí)施例都帶有專用試棒，經(jīng)過和鑄件同爐按照上述熱處理工藝處理后 得到下列結(jié)果：
[0030]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙相不誘鋼材料，其特征在于，按重量百分比計(jì)： C 0. 04% ;Mn 1. 0% ;Si 1. 0% ;P 0. 04% ;S 0. 04% ;Cr 24. 5%? 26. 5% ;Ni 4. 7%?6. 0% ;Mo 1. 7%?2. 3% ;Cu 2. 7%?3. 3% ;N 0. 10%? 0. 25% ;余量為化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙相不誘鋼材料的制備方法，其特征在于，包括 W下步驟：先將組成雙相不誘鋼材料的各組分按一定比例備好，接著放入容量較小的 (《25化g)堿性中頻電爐，采用大功率快速烙煉，熱爐烙煉時(shí)間為40-45分鐘，烙煉溫度 1680°C -1700°C，其中，鋼液用珍珠巖全程覆蓋，出爐前后分別用純侶絲脫氧，用量為0.6% 分兩次加入即可。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙相不誘鋼材料，其特征在于；該雙相不誘鋼材料可W 廣泛應(yīng)用于潛油電累葉、導(dǎo)輪中，包括K002導(dǎo)輪、K018葉輪及N041導(dǎo)輪等。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙相不誘鋼材料在潛油電累葉、導(dǎo)輪中的應(yīng)用，其特征 在于，包括W下步驟： a、 殼型選水玻璃，精制石英砂、粉制作，經(jīng)900°C 4小時(shí)賠燒； b、 熱模，高溫，快速誘注，殼型誘注溫度在450°C -600°C之間，鋼液的誘注溫度控制在 1600°C ±20°C，每個(gè)殼型的誘注時(shí)間不超過3秒鐘，具體操作應(yīng)根據(jù)每一個(gè)零件的誘冒口 設(shè)計(jì)特點(diǎn)調(diào)整工藝范圍； C、鑄件和試椿同爐鋼液誘注、同爐熱處理，處理工藝為在電阻爐中加熱至1080°C保溫 2小時(shí)，直接澤入水中冷卻，后經(jīng)噴砂處理即可。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雙相不銹鋼材料及其制備方法及在潛油電泵葉、導(dǎo)輪中的應(yīng)用，該雙相不銹鋼材料按重量百分比計(jì)：C：≤0.04％；Mn：≤1.0％；Si：≤1.0％；P：≤0.04％；S：≤0.04％；Cr：≤24.5％～26.5％；Ni：≤4.7％～6.0％；Mo：≤1.7％～2.3％；Cu：≤2.7％～3.3％；N：≤0.10％～0.25％；余量為Fe，其制備方法：將組成雙相不銹鋼材料的各組分按一定比例放入容量較小的(≤250kg)堿性中頻電爐，采用大功率快速熔煉，熱爐熔煉時(shí)間為40-45分鐘，熔煉溫度1680℃-1700℃，其中，鋼液用珍珠巖全程覆蓋，出爐前后分別用純鋁絲脫氧，用量為0.6％分兩次加入即可，該雙相不銹鋼材料可以廣泛應(yīng)用于潛油電泵葉、導(dǎo)輪中，包括K002導(dǎo)輪、K018葉輪及N041導(dǎo)輪等。
【IPC分類】F04D29-02, F04D29-18, F04D29-40, C22C38-44
【公開號】CN104532141
【申請?zhí)枴緾N201410835078
【發(fā)明人】林全權(quán), 宋相宇, 蘇景弟, 王為學(xué)
【申請人】浙江振興石化機(jī)械有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月30日