[发明专利]一种合金材料及使用该材料制造气化炉内开式小齿轮的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金材料，本发明还涉及使用该合金材料制造碎煤加压气化炉内专用开式小齿轮的方法。

背景技术

近几年，我国在煤化工行业先后投资几百亿建造了煤制油、煤制气等清洁能源项目，其中所用的一个核心设备就是碎煤加压气化炉，即煤在气化炉内燃烧后再转化为气体，而煤在燃烧和气化时需要炉内一套炉蓖设备同时旋转工作，驱动炉蓖设备旋转的就是置于炉体内的开式齿轮副（速比6，模数32，小齿轮齿数10）。由于开式齿轮副需要在350-450℃的环境温度中工作（有时工作温度还会超过450℃），在这样高温、高粉尘的环境中工作，制造齿轮的合金材料的选择以及后续的加工工艺就成为一个非常重要的问题。普通硬齿面齿轮用钢材在环境温度达到350-450℃时，强度会很快下降，因为普通硬齿面齿轮淬火后的回火温度在200℃以下，当温度升高到400℃时，表面硬度在高温回火状态下急剧下降，会很快失效。

我国最早使用的碎煤加压气化炉成套设备是引进外国的，但很快就国产化了。由于我国煤质及设备工艺水平与国外有些差异，致使我国气化炉内的压力要比国外偏高，负荷偏大，这样就对炉内使用的开式齿轮副（特别是开式小齿轮）的强度及耐热性提出了更高的要求。

目前国外同类型设备中的开式小齿轮采用的是强度较高且又具有一定耐热性的合金钢30CrNiMo8（德国标准材料牌号），但国外设备中限定开式小齿轮的工作温度不超过400℃，所以由合金钢30CrNiMo8制造的开式小齿轮不能完全满足在国内气化炉内使用的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐热性及强度均较高的合金材料，本发明还提供了使用该合金材料制造碎煤加压气化炉内专用的开式小齿轮的方法，生产的成品开式小齿轮强度、回火稳定性和耐磨性均可满足国产气化炉内的使用要求。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的合金材料，其主要化学成分为：碳元素0.26-0.34%，铬元素1.8-2.2%，钼元素0.3-0.5%，镍元素1.8-2.2%，钒元素0.1-0.2%。

使用上述合金材料制造碎煤加压气化炉内专用开式小齿轮的方法，包括对冶炼而成的上述合金圆钢材料进行的锻造、机加工、热处理等工艺步骤；

对合金圆钢材料的锻造工艺包括：原料检查、探伤---锯切下料---加热---锻造---锻后正火、回火处理；

其中加热工序要求为：将锯切后的圆钢工件入室状炉加热，首先加热2小时到650°C，保温2小时；继续加热2小时至850°C，保温2小时；再继续加热2小时至1220°C，保温3—3.5小时出炉锻造；

锻造时，要求镦粗比≥2.5，总变形≥6.5；开锻温度为1220℃，终锻温度为880℃；

锻后正火时：先升温1小时至650℃，保温2小时后再升温1小时至880℃，保温6小时后吹风冷却；回火时，先升温1小时至670℃，保温9小时后出炉空气冷却；

所述热处理工艺包括调质处理和表面感应淬火处理：

调质处理时，将粗加工后的齿轮工件于450-550℃入炉，升温至650℃后保温3小时；然后再继续升温至890-900℃，保温5小时后取出用油淬火，然后再于470-500℃入炉，升温至650-690℃后保温8小时，将工件取出自然冷却即可；

表面感应淬火时，先将精加工后的齿轮工件表面加热至890-900℃时油淬，然后回火，回火温度350-400℃，保温5-7小时后自然冷却即可。

本发明的优点在于利用元素钒所具有特殊性能，将其按照科学的比例添加在合金钢30CrNiMo8中，冶炼出的合金材料的强度、回火稳定性和耐磨性都有明显提高；另外由于合金元素钒能细化晶粒并提高淬透性，使本发明的合金材料的晶粒度比合金钢30CrNiMo8至少提高一级，末端淬透性也至少比合金钢30CrNiMo8提高一级，本发明合金材料在深度100mm处调质硬度几乎没有改变，用于制作气化炉内使用的开式小齿轮时（开式小齿轮的模数为32，齿深不到80mm），可省去调质前预开槽工序，节约了机加工时间。同时由于合金元素“钒”在我国资源丰富价格又较为低廉，所以材料成本提高甚微。

具体实施方式

本发明所述的合金材料，其主要化学成分为：碳元素0.26-0.34%，铬元素1.8-2.2%，钼元素0.3-0.5%，镍元素1.8-2.2%，钒元素0.1-0.2%。

使用上述合金材料制造碎煤加压气化炉内专用开式小齿轮的方法，包括对冶炼而成的上述合金圆钢材料进行的锻造、机加工、热处理等工艺步骤；