[发明专利]一种多元微合金化铬锰耐磨合金钢吸砂管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种合金钢吸砂管及其制备方法，特别涉及一种多元微合金化铬锰耐磨合金钢吸砂管及其制备方法，属于船用装备技术领域。

背景技术

采砂船，顾名思义即沙石采掘工具，多为流动作业之用。一般对采砂而言,砂质用途不同，采挖形式也不同。细砂多用吸砂式采砂船，粗砂则多用链斗式或吊挂式采砂船。其中链斗式采砂船工作时的位置相对比较固定，移动范围小，而且移动速度也慢。吸砂式采砂船工作时分定位和自航吸砂式，前者较为稳定，后者活动范围大，上下移动快，左右摆动大。吊挂式与吸砂式基本相同，但活动采砂时稍比吸砂式慢一点，且范围稍小一点。其中吸砂式采砂船中的吸砂管是主要的作业设备，要求承受河底采掘的砂石的冲击和磨损双重作用，要具有高硬度和适宜的强度和韧性。目前吸砂管主要采用高锰钢制造，存在初始硬度低，加工硬化能力不强和耐磨性差等不足，开发耐磨合金钢吸砂管是采砂船关键作业设备的重要发展趋势。

为了提高合金钢的耐磨性和强韧性，中国发明专利CN 105385949公开了一种含硼耐磨合金钢及其制造方法，质量百分比：0.20～0.5％C，2～6％Cr，0.4～1.0％Si，3.0～5.0％Mn，0.3～2.5％B，0.2～1.2％Cu，0.2～0.6％Ti，0.05～0.25％Ca，0.03～0.3％ReSiMg，0.02～0.18％N，0.05～0.3％Nb，0.03～0.08％Al，0.04-0.13％K，S＜0.03％，P＜0.04％，余量为Fe；采用中频炉熔化至1560～1620℃，将由60～100目的钒铁、钛铁、氧化钾、硅钙钡合金、含氮铬铁和BC、BN、B₂O₃、Si₃N₄、Al和ReSiMg一起按照质量百分比配比后采用厚度0.12～0.25mm低碳钢滚轧成直径8～15mm的金属包芯线作为供硼剂加入到冶炼好的钢水中加硼和变质孕育处理，钢水浇注温度为1400～1450℃；铸件经920～1150℃保温2～4小时，空冷到室温。这种材料尽管硬度高，耐磨性好，但含有0.3～2.5％B，易形成脆性硼化物，降低合金钢强度和韧性，不适于制造吸砂管。中国发明专利CN105369066还公开了一种高耐磨性钛合金钢管，所述高耐磨性钛合金钢管是由主要成分和次要成分组成的，所述主要成分包括按质量百分比组成的下列成分：Ti：40.0％-42.0％，Cr：36.5％-38.5％，Al：9.5％-11.5％，W：5.5％-7.0％，所述次要成分的含量为4％-5％，其包括C、Si、Co、Mo、V中的两种以上。通过上述方式，该发明能够提高钛合金的硬度、耐磨性及耐腐蚀性，使其具有良好的冲击性能，不易磨损脱落。尽管耐磨性好，但含有高达5.5-7.0％的贵金属W，成本太高。中国发明专利CN105331896还公开了一种高硼高铬耐磨合金钢及其制造方法，质量百分比：0.20～0.4％C，20～26％Cr，0.4～1.0％Mo，0.7～1.10％Si，3.6～5.4％Mn，0.5～2.0％B，0.3～1.8％Cu，0.2～0.8％Ti，0.10～0.30％V，0.10～0.25％Ca，0.05～0.3％Ce，0.02～0.18％N，0.04～0.13％K，S≤0.03％，P≤0.04％，余量为Fe；采用中频炉熔化至1560～1620℃，将由60～100目的钒铁、钛铁、氧化钾、硅钙钡合金、含氮铬铁和BC、BN、B₂O₃、Si₃N₄和变质元素稀土Ce一起按照质量百分比配比后采用厚度0.12～0.25mm低碳钢滚轧成直径8～15mm的金属包芯线作为供硼剂加入到冶炼好的钢水中加硼和变质孕育处理，钢水浇注温度为1400～1450℃；铸件经920～1150℃保温2～4小时，然后空冷到室温。这种材料尽管硬度高，耐磨性好，但含有0.5～2.0％B，易形成脆性硼化物，降低合金钢强度和韧性，不适于制造吸砂管，还存在铬含量太高，成本过高的不足。中国发明专利CN105316572还公开了一种矿山机械用耐磨钢板，所述耐磨合金钢以(重量)百分比计由下列组份组成：C：0.8-1.0％，Si：0.7-0.9％，Mn：1.8-2.0％，P≤0.02％，S≤0.005％，La：0.07-0.09％，V：0.3-0.5％，Ti：0.3-0.5％，N：0.03-0.04％，Al：0.03-0.08％，B：0.005-0.008％，其余为铁Fe和不可避免的杂质，所述耐磨钢板中含有碳化钛、碳化钒、钒三氮、硼化钛和氮化铝等化合物，这些化合物在钢基体中弥散分布。这种材料中含有较多价格昂贵的钒元素，生产成本高，且没有太高淬透性和回火稳定性铬元素，材料耐磨性不足，不宜用于制造吸砂管。中国发明专利CN105256251还公开了一种高耐磨合金钢，该合金钢的重量百分比是，0.45-0.52％的碳，0.24-0.25％的硅，0.3-0.35％的锰，0.3-0.5％的铬，0.6-1.0％的镍，0.42％的铜，0.02％的锆，0.01％的钴，0.03％的钼，0.06％的钴，0.08％的矾，0.6％的钨，0.0001％的钛，0.003％的硼余量为铁。通过正火过程获取大量的珠光基体，并通过选择盐浴等温淬火，使合金钢的奥氏体转变成下贝氏体组织，使得合金硬度、耐磨性能及表面耐热性能均得到很大的提高。这种材料中含有较多价格昂贵的镍元素，生产成本高，且铬、锰含量过低，用于制造吸砂管耐磨性仍显不足。中国发明专利CN105177465还公开了一种高强度耐磨合金钢，其特征在于：由以下重量组分组成：碳0.15-0.27％、硅0.25-0.46％、硼0.12-0.18％、镍0.05-0.14％、钛0.16-0.22％、铝0.04-0.09％、锑0.5-1.2％、铬0.6-1.8％、锆0.4-1.3％、锌0.05-0.8％、复合稀土元素0.04-0.1％、磷≤0.03％、硫≤0.03％、余量为铁。该材料中含有较多价格昂贵的锆、锑元素，生产成本高。中国发明专利CN 105154787还公开了一种高钒耐磨合金辊齿，所述高钒耐磨合金辊齿由高钒耐磨合金钢制成，所述高钒耐磨合金钢的组分按重量百分比计算(以下％均表示重量百分比)为：碳为1.5～2.0％，铬为4.0～6.0％，锰为0.12～0.2％，钒为13.0～15.0％，钛为0.8～2.2％，钼为1.3～2.5％，镍为2.3～3.1％，硅为0.2～0.4％，稀土为0.56～1.73％，磷和硫的总量不超过0.035％，余量为铁及其不可避免的杂质。该材料中含有较多价格昂贵的钒、钼和镍元素，生产成本高。中国发明专利CN 104962825还公开了一种超高锰多元素稀土耐磨合金钢衬板的制备方法，按质量百分比计，衬板包括以下成分：C：0.9～1.4％，Mn：16.0～19.0％，Si：﹤1.0％，Cr：1.5～3.0％，Mo：0.3～1.0％，V：0.2～0.5％，Ti：0.1～0.4％，Cu：﹤0.3％，S：﹤0.035％，P：﹤0.05％，RE：0.2％，其余为钢；衬板的制备方法包括以下步骤：加入熔炼炉熔化铸造衬板，将衬板放至热处理炉中进行正火调质处理；风冷处理；将风冷处理后的衬板低温回火处理；进行机械性能测试、打磨、抛光。该材料锰含量过高，且含有较多价格昂贵的钒和钼元素，生产成本高，不宜用于制造吸砂管。中国发明专利CN104561835还公开了一种高强度耐磨合金钢及其制备方法，由以下重量百分数的原料组成，铁：68％～73％、碳：2％～3.5％、硫：3％～3.2％、铜：0.8％～1.2％、钨：5％～12％、镍：1.8％～2.3％、铬：1.8％～3％、锰：0.7％～1.5％、硅：0.7％～1.5％、磷：2.9％～3.4％、铝：1.7～2.3％、氧化钒：0.9～1.2％，按照上诉重量百分比，将铁高温熔化，向高温铁水中加入钨，待钨融化之后，加入铁、铬、镍，然后在加入锰、硅、硫、磷以及氧化钒，待上述所加入的物质完全融化后，将高温金属液进行除铜、脱氧后出炉，并保持温度在1500-1700℃；该发明电冶钢结硬质合金材料成本低、成品率高，且韧性和耐磨性高于粉冶工艺产品的1.5～2倍。但含有较多增加脆性的硫、磷元素，不宜于制造吸砂管。中国发明专利CN 104313511还公开了一种耐磨性能高的合金及制备方法，该合金钢的重量百分比是，0.45-0.52％的碳，0.01-0.03％的石墨，0.24-0.25％的硅，0.3-0.35％的锰，0.3-0.5％的铬，0.6-1.0％的镍，0.01-0.03％的钼，0.04-0.06％的钴，0.001-0.003％的碲，0.001-0.003％的氮，0.001-0.003％的钕，0.003-0.005％的锆，0.03-0.08％的钒，0.2-0.6％的钨，0.0001-0.0005％的钛，0.003-0.005％的硼，余量为铁。通过正火过程获取大量的珠光基体，并通过选择盐浴等温淬火，使合金钢的奥氏体转变成下贝氏体组织，使得合金硬度、耐磨性能得到很大的提高。但这种材料需要复杂的盐浴等温淬火，污染环境，不宜用于制造吸砂管。