一种轴套衬套用铬镍合金及其制备方法
阅读说明：本技术 一种轴套衬套用铬镍合金及其制备方法 (Chromium-nickel alloy for bushing bush and preparation method thereof ) 是由 蔡红涛 邓家祥 吴志宏 田银良 李家虎 于 2021-06-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种轴套衬套用铬镍合金及其制备方法,该合金各化学成分的重量百分比为：不超过0.08％的C、3.0-4.0％的Si、2.5-3.5％的Mn、26.0-35.0％的Cr、26.0-35.0％的Ni、2.0-4.0％的Mo、2.0-4.0％Cu,其余为Fe和不可避免杂质。本发明合金的制备方法,按铬镍合金各化学成分的重量百分比,将纯铁、镍板、铜板、微碳铬、钼铁、电解锰、低碳硅铁依次投入熔炼炉熔炼成钢水；之后采用硅钙进行脱氧处理,然后浇铸成型后进行固溶热处理和硬化热处理,得到铬镍合金产品。本发明的合金耐腐蚀磨蚀性能强,使用寿命高,满足高温浓硫酸工况的耐蚀要求。(The invention discloses a chromium-nickel alloy for a bushing bush and a preparation method thereof, wherein the alloy comprises the following chemical components in percentage by weight: not more than 0.08% of C, 3.0-4.0% of Si, 2.5-3.5% of Mn, 26.0-35.0% of Cr, 26.0-35.0% of Ni, 2.0-4.0% of Mo, 2.0-4.0% of Cu, and the balance of Fe and inevitable impurities. According to the preparation method of the alloy, pure iron, a nickel plate, a copper plate, micro-carbon chromium, ferromolybdenum, electrolytic manganese and low-carbon ferrosilicon are sequentially put into a smelting furnace according to the weight percentage of each chemical component of the chromium-nickel alloy to be smelted into molten steel; and then carrying out deoxidation treatment by adopting calcium silicate, and then carrying out solid solution heat treatment and hardening heat treatment after casting forming to obtain a chromium-nickel alloy product. The alloy of the invention has strong corrosion and abrasion resistance and long service life, and meets the corrosion resistance requirement of the working condition of high-temperature concentrated sulfuric acid.)
技术领域
本发明涉及一种轴套衬套用铬镍合金及其制备方法，属于金属材料制备领域。
背景技术
目前低温余热回收泵轴套衬套所选用的材质是SS920，其布氏硬度在HB400以上，在130℃以下的93-98％浓硫酸工位使用状况良好(腐蚀率)，但在低温余热回收泵这一工位，轴套和衬套需要承受220℃，93-98％硫酸的腐蚀，同时泵在运转过程中，轴套衬套间旋转磨损，其使用寿命只有9-10个月。轴套及衬套腐蚀、磨损影响泵的使用寿命，为了满足该工况下腐蚀磨蚀和使用寿命的要求，需要研制新材质的轴套衬套。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有材质的轴套衬套在高温浓硫酸介质中不耐腐蚀磨蚀、使用寿命短的问题，而提供一种轴套衬套用铬镍合金及其制备方法。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
本发明的一种轴套衬套用铬镍合金，其各化学成分的重量百分比为：不超过0.08％的C、3.0-4.0％的Si、2.5-3.5％的Mn、26.0-35.0％的Cr、26.0-35.0％的Ni、2.0-4.0％的Mo、2.0-4.0％Cu，其余为Fe和不可避免杂质。
优选的，所述铬镍合金化学成分的不可避免杂质中，P和S的重量百分比为P≤0.05％、S≤0.05％。
本发明的一种轴套衬套用铬镍合金的制备方法，其具体制备步骤如下：
1)按上述铬镍合金各化学成分的重量百分比，将纯铁、镍板、铜板、微碳铬、钼铁、电解锰、低碳硅铁依次投入熔炼炉内，升温至1580-1600℃，溶清后得到钢水；
2)步骤1)所得的钢水采用硅钙进行脱氧，脱氧结束后在1600-1620℃时出炉；当钢水温度降至1520-1550℃时将钢水倒入预制好的型腔内，自然冷却凝固至室温，得到合金铸件；
3)将步骤2)得到的合金铸件以不超过每小时140℃升温速率加热至1100-1200℃，进行固溶热处理，保温2-4小时，然后在空气中冷却至室温；
4)将经过步骤3)固溶热处理后的合金铸件以不超过每小时100℃升温速率加热至500-550℃，进行硬化热处理，保温2-4小时，然后在空气中冷却至室温，即可得到所述铬镍合金。
本发明铬镍合金中各合金元素的作用如下：
碳：碳在钢中是强烈形成、稳定并扩大奥氏体的重要合金元素，但碳形成的铬碳化合物会导致金属产生晶间腐蚀，因此在奥氏体不锈钢中一般要求≤0.08％；
硅：硅具有良好的抗氧化性能，高含量的硅能形成富硅、均匀的保护膜与铬一起起到复合的钝化效果；
锰：锰有稳定奥氏体组织的作用，锰在不锈钢中能促进δ相等脆性相的析出，降低钢的塑性、韧性；
铬：铬是使奥氏体不锈钢钝化、再钝化并保持在稳定钝态的重要元素，铬与镍相匹配可以显示提高奥氏体不锈钢耐点蚀、耐缝隙腐蚀的性能；
镍：镍是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素，镍可以强化钝化膜的稳定性和钢的热力学稳定性；
钼：钼提高钢的耐还原性配介质的耐腐蚀性和耐点蚀以及耐缝隙腐蚀等局部腐蚀的性能；
铜：铜可以提高奥氏体不锈钢在还原性酸介质中的耐腐蚀性，铜钼复合使用可提高钢耐全面腐蚀和耐点蚀、耐缝隙腐蚀的使用。
有益效果
本发明的铬镍合金，通过有效设计各元素的合金成分，生成富镍的奥氏体组织，该材质显微组织为奥氏体+第二相。通过热处理后，本发明铬镍合金的硬度可达HB400以上，在220℃，93-98％硫酸中进行腐蚀试验，其腐蚀率为0.06mm/a，使用寿命高，满足高温浓硫酸工况的耐蚀要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的内容作进一步描述。
实施例1
采用本发明的方法制备轴套衬套用铬镍合金，其各化学成分的重量百分比为：
表1合金化学成分(wt.％)
C
Si
Mn
Cr
Ni
Mo
Cu
S
P
0.08
4.1
4.2
30.5
30.2
3.3
3.2
0.021
0.025
1)根据表1的化学成分比例，按照400kg中频炉计算各类合金所需要的重量并称取。
2)将称取好的纯铁、镍板、铜板、微碳铬、钼铁、电解锰、低碳硅铁依次投入中频炉内，升温至1580℃，溶清后得到钢水；
3)步骤2)所得的钢水采用硅钙进行脱氧，脱氧结束后在1600℃时出炉；当钢水温度降至1520℃时将钢水倒入预制好的型腔内，自然冷却凝固至室温，得到轴套衬套铸件；
4)将步骤3)得到的轴套衬套铸件以每小时140℃升温速率加热至1100℃，进行固溶热处理，保温2小时，然后在空气中冷却至室温；
5)将经过步骤4)固溶热处理后的合金铸件以每小时100℃升温速率加热至550℃，进行硬化热处理，保温3小时，然后在空气中冷却至室温，即可得到所述轴套衬套合金。
将实施例1得到的轴套衬套合金，取随炉试样制取三份Φ30*3mm圆柱状腐蚀试样，分别为试样1、2、3，在220℃，98％浓硫酸中腐蚀168小时，测量腐蚀试样的均匀腐蚀率(mm/a,毫米/年)；取随炉试样制取三份Φ20*20圆柱状硬度试样，分别为试样4、5、6，测试布氏硬度(HB)，其性能指标如表2所示。
表2实施例1轴套衬套合金的硬度和均匀腐蚀率
实施例2
采用本发明的方法制备轴套衬套用铬镍合金，其各化学成分的重量百分比为：
表3合金化学成分(wt.％)
C
Si
Mn
Cr
Ni
Mo
Cu
S
P
0.06
4.9
4.8
34.8
34.9
3.9
4.1
0.01
0.025
1)根据表3的化学成分比例，按照400kg中频炉计算各类合金所需要的重量并称取。
2)将称取好的纯铁、镍板、铜板、微碳铬、钼铁、电解锰、低碳硅铁依次投入中频炉内，升温至1590℃，溶清后得到钢水；
3)步骤2)所得的钢水采用硅钙进行脱氧，脱氧结束后在1610℃时出炉；当钢水温度降至1530℃时将钢水倒入预制好的型腔内，自然冷却凝固至室温，得到轴套衬套铸件；
4)将步骤3)得到的轴套衬套铸件以每小时120℃升温速率加热至1130℃，进行固溶热处理，保温3小时，然后在空气中冷却至室温；
5)将经过步骤4)固溶热处理后的合金铸件以每小时90℃升温速率加热至540℃，进行硬化热处理，保温3小时，然后在空气中冷却至室温，即可得到所述轴套衬套合金。
将实施例2得到的轴套衬套合金，取随炉试样制取三份Φ30*3mm圆柱状腐蚀试样，分别为试样1、2、3，在220℃，98％浓硫酸中腐蚀168小时，测量腐蚀试样的均匀腐蚀率(mm/a,毫米/年)；取随炉试样制取三份Φ20*20圆柱状硬度试样，分别为试样4、5、6，测试布氏硬度(HB)，其性能指标如表4所示。
表4实施例2轴套衬套合金的硬度和均匀腐蚀率
实施例3
采用本发明的方法制备轴套衬套用铬镍合金，其各化学成分的重量百分比为：
表5合金化学成分(wt.％)
C
Si
Mn
Cr
Ni
Mo
Cu
S
P
0.042
3.1
3.1
26.3
26.2
2.1
2.1
0.012
0.025
1)根据表5的化学成分比例，按照400kg中频炉计算各类合金所需要的重量并称取。
2)将称取好的纯铁、镍板、铜板、微碳铬、钼铁、电解锰、低碳硅铁依次投入中频炉内，升温至1600℃，溶清后得到钢水；
3)步骤2)所得的钢水采用硅钙进行脱氧，脱氧结束后在1620℃时出炉；当钢水温度降至1540℃时将钢水倒入预制好的型腔内，自然冷却凝固至室温，得到轴套衬套铸件；
4)将步骤3)得到的轴套衬套铸件以每小时100℃升温速率加热至1150℃，进行固溶热处理，保温4小时，然后在空气中冷却至室温；
5)将经过步骤4)固溶热处理后的合金铸件以每小时80℃升温速率加热至530℃，进行硬化热处理，保温3小时，然后在空气中冷却至室温，即可得到所述轴套衬套合金。
将实施例3得到的轴套衬套合金，取随炉试样制取三份Φ30*3mm圆柱状腐蚀试样，分别为试样1、2、3，在220℃，98％浓硫酸中腐蚀168小时，测量腐蚀试样的均匀腐蚀率(mm/a,毫米/年)；取随炉试样制取三份Φ20*20圆柱状硬度试样，分别为试样4、5、6，测试布氏硬度(HB)，其性能指标如表6所示。
表6实施例3轴套衬套合金的硬度和均匀腐蚀率
实施例4
采用本发明的方法制备轴套衬套用铬镍合金，其各化学成分的重量百分比为：
表7合金化学成分(wt.％)
C
Si
Mn
Cr
Ni
Mo
Cu
S
P
0.021
3.2
3.3
29.9
30.1
2.9
3.1
0.015
0.016
1)根据表7的化学成分比例，按照400kg中频炉计算各类合金所需要的重量并称取。
2)将称取好的纯铁、镍板、铜板、微碳铬、钼铁、电解锰、低碳硅铁依次投入中频炉内，升温至1610℃，溶清后得到钢水；
3)步骤2)所得的钢水采用硅钙进行脱氧，脱氧结束后在1630℃时出炉；当钢水温度降至1550℃时将钢水倒入预制好的型腔内，自然冷却凝固至室温，得到轴套衬套铸件；
4)将步骤3)得到的轴套衬套铸件以每小时50℃升温速率加热至1200℃，进行固溶热处理，保温4小时，然后在空气中冷却至室温；
5)将经过步骤4)固溶热处理后的合金铸件以每小时70℃升温速率加热至550℃，进行硬化热处理，保温3小时，然后在空气中冷却至室温，即可得到所述轴套衬套合金。
将实施例4得到的轴套衬套合金，取随炉试样制取三份Φ30*3mm圆柱状腐蚀试样，分别为试样1、2、3，在220℃，98％浓硫酸中腐蚀168小时，测量腐蚀试样的均匀腐蚀率(mm/a,毫米/年)；取随炉试样制取三份Φ20*20圆柱状硬度试样，分别为试样4、5、6，测试布氏硬度(HB)，其性能指标如表8所示。
表8实施例4轴套衬套合金的硬度和均匀腐蚀率