專利名稱：長壽命水力碎漿機葉輪及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種長壽命水力碎漿機葉輪及其制造方法，屬于造紙機械制造技術領域。
背景技術：
水力碎漿機是廢紙處理、廢紙脫墨的主要設備之一。其工作原理是利用機械旋轉以及同時產生的高速水力循環作用和漿料間的相互摩擦，紙料的吸水潤脹，使結合漿和濕態下纖維結合力降低，達到碎漿的目的。水力碎漿機的關鍵部件是轉子葉輪。水力碎漿機葉輪，尺寸大，既要求質量輕、耐磨又要求耐沖擊和耐腐蝕。目前，水力碎漿機葉輪通常選用馬氏體不銹鋼制造。馬氏體不銹鋼典型的牌號有12Crl3，20Crl3，30Crl3，40Crl3等，在淬火回火處理狀態下使用。隨含碳量的提高，馬氏體不銹鋼的強度、硬度提高，但韌性和耐蝕性降低。降低含碳量，韌性和耐蝕性雖然可以提高，但由于硬度降低，耐磨性又不足。因此，目前制造的水力碎漿機葉輪使用壽命短，一般只有60-90天，需頻繁更換，不僅降低生 產率，而且還使碎漿的效率降低，增加能耗。

發明內容
本發明的目的是提供一種能克服上述缺陷、工作性能優良的長壽命水力碎漿機葉輪及其制造方法，其技術方案為一種長壽命水力碎漿機葉輪，采用馬氏體不銹鋼制造，其特征在于馬氏體不銹鋼的化學成分按質量百分比計為碳O. 005 O. 15，硅(Tl. 0，錳O. 5 2. O,磷(H). 030，硫0 0· 010，鉻 12. 5 15. 0，鎳 I. 0-4. 0，鑰 O. 4 I. 0，氮 O. 005 O. 10，鈮 O. 05 O. 50，釩 O. 5-1. 2，
余量為鐵和不可避免的雜質。所述的長壽命水力碎漿機葉輪的制備方法，包括以下步驟1)將構成元素的原料組成物經熔煉后直接鑄造成型；2)退火；3)機械加工；4)最終熱處理，其特征在于步驟2)的退火工藝為加熱到680-710°C保持l_6h后爐冷至600°C，出爐空冷；步驟4)處理工藝依次包括淬火處理和回火處理，其中淬火處理為加熱到880-1050°C保持30-120min，然后油冷或空冷；回火處理為加熱到550°C _700°C保持30-120min，然后油冷或空冷。上述發明技術方案的原理是采用一種高韌性、耐磨、耐蝕的馬氏體不銹鋼制造水力碎漿機葉輪，該馬氏體不銹鋼是通過降低碳含量來保證高韌性和耐蝕性，添加氮元素和釩、鈮元素，配合合理的熱處理工藝形成碳氮化物彌散強化相保證高的硬度和耐磨性。由于所用馬氏體不銹鋼具有高韌性、耐磨、耐蝕的特點，大大延長了水力碎漿機葉輪的使用壽命O下面對本發明所用馬氏體不銹鋼各構成元素含量范圍的選擇理由進一步解釋如下碳形成碳化物，提高硬度和耐磨性，但增加脆性，同時還消耗基體中的鉻元素，使耐蝕性降低，但過低的含碳量又會使鋼的硬度不足。因此，本發明鋼中碳的質量百分比控制在O. 005 O. 15%之間。氮與碳、鈮、釩元素結合形成MX (M指V、Nb等金屬元素，X指C和N)型碳氮化物納米強化相。氮含量過高，易于形成粗大碳氮化物相，不利于提高強度和硬度，過低又不足以形成足夠的碳氮化物強化相。因此，本發明鋼中氮的的質量百分數控制在O. 005、. 10%。鉻提高耐蝕性，但同時也是鐵素體形成元素，因此過高的鉻含量會導致最終熱處理加熱時形成大量S-鐵素體，不利于強度和硬度的提高。但鉻的質量分數低于12.5%，基體的電極電位會顯著降低，降低耐蝕性。因此，本發明鋼中鉻的質量百分數控制在12. 5 15. 0%之間。鎳奧氏體形成元素，起抑制δ-鐵素體形成的作用。鎳的質量百分含量低于1.0%時，不足以抑制最終熱處理加熱時δ -鐵素體的形成，超過4. 0%后，其有益作用不再增加，同時因鎳的價格昂貴，盡量少用。因此，本發明鋼中鎳的質量百分數控制在I. (Γ4.0%之間。鑰固溶強化元素，提高鋼的強度和硬度，從而提高耐磨性，同時還有提高鋼的淬 透性和防止第二類回火脆性的作用以及提高在非氧化性酸中的耐蝕性。但含量過高，會促進鐵素體的形成。因此，本發明鋼中鑰的質量百分數分別控制在O.Γι.ο%之間。釩和鈮是MX型碳氮化物強化相形成元素。含量過低，不足以形成足夠的MX型碳氮化物強化相，使鋼的硬度不足，耐磨性降低，含量過高，又會在熔煉和凝固過程中容易形成粗大碳氮化物相，在最終熱處理的加熱過程中難以溶入奧氏體，不利于提高強度和硬度。因此，本發明鋼中，釩和鈮的質量百分比分別控制在O. 5^1. 2%和O. 05、. 50%之間。錳奧氏體形成元素，有抑制最終熱處理加熱時δ -鐵素體形成的作用，但對耐蝕性和韌性的作用不如鎳。本發明鋼中控制錳的質量百分比在O. 5^2. 0%之間。硅、磷和硫作為雜質元素，其質量百分含量分別控制在Si ( I. 0%,Ρ: ( O. 030%,S: ^ O. 010%ο本發明水力碎漿機葉輪的制造方法中退火處理的目的是降低硬度，消除鑄造應力，便于機械加工。淬火處理的目的是為獲得全部板條馬氏體和少量殘余碳化物，提高鋼的強度、硬度和耐磨性。如果淬火加熱溫度過低得不到全部奧氏體，冷卻后得不到全部馬氏體，淬火加熱溫度過高，一方面會出現S-鐵素體，另一方面也會浪費能源。回火處理的目的一方面是消除淬火應力和增加鋼的韌性，另一方面是通過控制碳氮化物的析出，使其起彌散強化的作用，從而保證鋼具有較高的硬度和耐磨性。回火溫度低于550°C，不足以使碳氮化物完全析出，高于700°C，又會使鋼的硬度降低，影響耐磨性。本發明與現有技術相比，其優點是本發明水力碎漿機葉輪采用的馬氏體不銹鋼經最終熱處理后，組織為板條狀回火馬氏體基體上分布著顆粒狀的高硬度的碳氮化物相，既具有良好的韌性和耐蝕性，又具有高的硬度和耐磨性，使水力碎漿機葉輪的使用壽命大大提聞。
具體實施例方式表I列出了本發明水力碎漿機葉輪所用馬氏體不銹鋼的化學成分。采用中頻感應爐熔煉后澆注成型葉輪，經70(TC保持4h爐冷退火后，機械加工，然后經最終熱處理得本發明水力碎漿機葉輪成品。最終熱處理工藝見表2。從葉輪本體上取樣做力學性能試驗，測試其洛氏硬度和夏氏V型缺口試樣沖擊功，列于表2。制造的葉輪成品安裝在水力碎漿機上進行現場試驗，使用壽命亦列于表2中。從表2中的數據可以看出，采用本發明制造的水力碎漿機葉輪具有良好硬度和韌性配合。與現有技術相比，本發明水力碎漿機葉輪現場使用壽命大大延長。表I本發明長壽命水力碎漿機葉輪所用馬氏體不銹鋼的化學成分(wt. %)
權利要求
1.一種長壽命水力碎漿機葉輪，采用馬氏體不銹鋼制造，其特征在于馬氏體不銹鋼的化學成分按質量百分比計為碳O. 005 O. 15，硅(Tl. O,錳O. 5 2. O,磷(H). 030，硫0 0· 010，鉻 12. 5 15. 0，鎳 I. 0-4. 0，鑰 O. 4 I. 0，氮 O. 005 O. 10，鈮 O. 05 O. 50，釩 O. 5-1. 2，余量為鐵和不可避免的雜質。
2.一種如權利要求I所述的長壽命水力碎漿機葉輪的制備方法，包括以下步驟1)將構成元素的原料組成物經熔煉后直接鑄造成型；2)退火；3)機械加工；4)最終熱處理，其特征在于步驟2)的退火工藝為加熱到680-710°C保持l_6h后爐冷至600°C，出爐空冷；步驟4)處理工藝依次包括淬火處理和回火處理，其中淬火處理為加熱到880-1050°C保持30-120min，然后油冷或空冷；回火處理為加熱到550°C _700°C保持30_120min，然后油冷或空冷。
全文摘要
本發明提供一種長壽命水力碎漿機葉輪，采用馬氏體不銹鋼制造，其特征在于馬氏體不銹鋼的化學成分按質量百分比計為碳0.005～0.15，硅0～1.0，錳0.5～2.0，磷0～0.030，硫0～0.010，鉻12.5～15.0，鎳1.0-4.0，鉬0.4～1.0，氮0.005～0.10，鈮0.05～0.50，釩0.5-1.2，余量為鐵和不可避免的雜質。制備方法包括以下步驟1)將構成元素的原料熔煉后鑄造成型；2)退火；3)機械加工；4)最終熱處理，特征是退火工藝為加熱到680-710℃保持1-6h后爐冷至600℃，出爐空冷；處理工藝中淬火處理為加熱到880-1050℃保持30-120min，然后油冷或空冷，回火處理為加熱到550℃-700℃保持30-120min，然后油冷或空冷。本發明使用壽命長，工作性能優良。
文檔編號C21D9/00GK102899590SQ20121038800
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月13日 優先權日2012年10月13日
發明者殷鳳仕, 薛冰, 耿家東, 周麗, 孫國棟, 朱修宇, 徐振, 張文學, 賈賀澤 申請人:山東理工大學, 淄博聚豐機械有限公司