中碳合金鋼耐磨材料及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及抗磨鑄鋼領(lǐng)域，具體說是中碳合金鋼耐磨材料及其制備方法，該耐磨鑄鋼的組分按以下質(zhì)量百分比組成：C：0.25?0.45%、Si：0.5?1.5%、Mn：0.5?1.0%、Cr：1.0?2.0%、Ti：1.0?2.0%、B：1.0??1.5%、Mo：0.1??0.3%、S：≤0.04%、P：≤0.04%，余量為鐵；本發(fā)明專利技術(shù)加入了Ti元素，使鋼液生成足夠多的形核質(zhì)點(diǎn)TiC，使其顆粒數(shù)量大大增加；可使抗磨材料中碳化物顆粒形態(tài)更加團(tuán)球化，分布更加均勻，克服現(xiàn)有技術(shù)中碳化物存在大塊狀、開花狀、條狀、桿狀和蠕蟲狀等幾種不太理想的形態(tài)以及顆粒分布存在菊花狀分布等形態(tài)和分布的不足，提高材料的綜合性能。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及抗磨鑄鋼材料領(lǐng)域，具體說是錳鎢鈦耐磨鑄鋼及其制備方法。
技術(shù)介紹
目前在耐磨材料領(lǐng)域大都是應(yīng)用具有馬氏體或者貝氏體基體組織的耐磨材料或者除馬氏體和貝氏體、殘余奧氏體基體以外還具有顆粒增強(qiáng)相的第三代耐磨材料-高鉻鑄鋼開發(fā)耐磨零部件，由于在高鉻鑄鋼中還有高硬度的增強(qiáng)相Cr7C3，其碳化物顯微硬度達(dá)到了HV1300～1600，故其比前兩代耐磨材料-白口鑄鋼和高錳鋼性能有了較大幅度提升，硬度可以達(dá)到HRC60～65，但是由于其碳化物通常呈現(xiàn)長條形且比較粗大，故其沖擊韌性一般都在3～7J/cm2之間，有些還有低于3J/cm2，普遍比較低，材料相對(duì)較脆，耐沖擊性比較差，因而其綜合耐磨性能仍然不是特別理想。隨著某些工程機(jī)械、礦山機(jī)械、冶金機(jī)械等工況進(jìn)一步惡劣以及裝備大型化，例如在制砂機(jī)設(shè)備、熱軋輥等裝備市場，對(duì)具有更高耐磨性的耐磨材料需求越來越迫切。在這種情況下，前人經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)研究，開發(fā)了多種耐磨材料來制造耐磨關(guān)鍵零部件，以滿足在惡劣工況下提高工件實(shí)際使用壽命的服役要求。在我國已經(jīng)起步研究開發(fā)基于鉻、錳、硅等復(fù)合耐磨材料，并且成功地開始應(yīng)用于熱軋輥耐磨件。雖然目前使用鑄造工藝開發(fā)的復(fù)合耐磨材料的凝固特性、變質(zhì)機(jī)理和熱處理工藝特征等方面的研究基本趨于成熟。在耐磨材料中碳化物顆粒形態(tài)有很多種，呈現(xiàn)團(tuán)球狀、大塊狀、開花狀、條狀、桿狀和蠕蟲狀等幾種形態(tài)；其中邊界比較圓滑的團(tuán)球狀初生相是最理想的形態(tài)，有利于性能提升。因此，通過進(jìn)一步優(yōu)化碳化物顆粒形態(tài)和分布，對(duì)提高耐磨材料的耐磨性能和其性能穩(wěn)定性是十分有利的。現(xiàn)有技術(shù)對(duì)耐磨材料采用的變質(zhì)處理方法主要是使用稀土硅鎂或者（含B、含Zr）鉀鹽作為孕育變質(zhì)劑，使用量均在0.5～1.0﹪之間。使用常用的稀土硅、鎂作為變質(zhì)劑，稀土一方面有凈化鋼液的作用，能與鋼液中的氧、氮等生成化合物，同時(shí)這些化合物還可以作為形核質(zhì)點(diǎn)起到細(xì)化碳化物的作用；另一方面稀土是一種表面活性元素，在凝固過程中可以富集在碳化物的表面，從而抑制碳化物沿晶界長大，使碳化物細(xì)化。現(xiàn)有技術(shù)中常采用稀土作為變質(zhì)劑，利用稀土凈化鋼液時(shí)產(chǎn)生大量稀土氧化物、氮化物等作為碳化物的形核質(zhì)點(diǎn)；然而這些稀土氧化物、氮化物的晶格類型不同于碳化物的晶格類型。所以這些稀土氧化物、氮化物并不能作為碳化物碳化物的有效異質(zhì)形核核心，其效果十分有限。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供一種性能可靠的中碳合金鋼耐磨材料，該材料的組分按以下質(zhì)量百分比組成：C：0.25-0.45%、Si：0.5-1.5%、Mn：0.5-1.0%、Cr：1.0-2.0%、Ti：1.0-2.0%、B：1.0--1.5%、Mo：0.1--0.3%、S：≤0.04%、P：≤0.04%，余量為鐵；本專利技術(shù)中加入了Ti元素，使鋼液生成足夠多的形核質(zhì)點(diǎn)TiC，使其顆粒數(shù)量大大增加。本專利技術(shù)還提供一種中碳合金鋼耐磨材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行：1）將廢鋼、硼鐵、錳鐵、鉬鐵、鈦鐵和鉻鐵清理干凈，按上述質(zhì)量百分比要求進(jìn)行配料，分類放置，并將硼鐵、錳鐵、鈦鐵、鉬鐵和鉻鐵烘干后待用，烘干是為了避免鋼液中帶入氣體；2）然后向爐內(nèi)加入廢鋼，再加入錳鐵、鉬鐵和鉻鐵進(jìn)行熔煉；3）在熔煉后期加入硼鐵，待熔清后向爐中加入鈦鐵；4）然后加入鋁粒脫氧后出爐；5）出爐后的鋼液進(jìn)行澆注，然后進(jìn)行熱處理。作為優(yōu)選，熔煉溫度為1550～1650℃。作為優(yōu)選，脫氧采用的鋁粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)占鋼液質(zhì)量的0.1%-0.15%。作為優(yōu)選，澆注溫度為1500℃。作為優(yōu)選，熱處理采用三次淬火一次回火。作為優(yōu)選，先以950～1000℃淬火30min，然后采用空氣冷卻，再以900～950℃淬火30min后進(jìn)行水冷，接著以600～800℃淬火5min后進(jìn)行水冷，最后以200～300℃回火2h后進(jìn)行空氣冷卻。從以上技術(shù)方案可知，上述制備方法可使抗磨材料中碳化物顆粒形態(tài)更加團(tuán)球化，分布更加均勻，克服現(xiàn)有技術(shù)中碳化物存在大塊狀、開花狀、條狀、桿狀和蠕蟲狀等幾種不太理想的形態(tài)以及顆粒分布存在菊花狀分布等形態(tài)和分布的不足，提高材料的綜合性能。具體實(shí)施方式下面將詳細(xì)說明本專利技術(shù)，在此本專利技術(shù)的示意性實(shí)施例以及說明用來解釋本專利技術(shù)，但并不作為對(duì)本專利技術(shù)的限定。本專利技術(shù)的錳鎢鈦耐磨鑄鋼按以下質(zhì)量百分比組成：C：0.25-0.45%、Si：0.5-1.5%、Mn：0.8-1.5%、Cr：1.0-2.0%、Ti：1.0-2.0%、B：1.0--1.5%、Mo：0.1--0.3%、S：≤0.04%、P：≤0.04%，余量為鐵；其中，碳C對(duì)復(fù)合耐磨材料的組織與性能來說至關(guān)重要，它既可以固溶于基體中起固溶強(qiáng)化作用，又是形成碳化物增強(qiáng)相的基本元素，還能促進(jìn)馬氏體轉(zhuǎn)變，提高復(fù)合耐磨材料的淬硬性。碳含量太多會(huì)增加材料脆性，太少則減少碳化物增強(qiáng)相的數(shù)量致使其耐磨性降低。因此，本材料中控制C含量在0.20-0.35%%。鉻Cr也可與C反應(yīng)形成Cr6C、Cr7C3和Cr23C6等碳化物，但由于鉻的碳化物顯微硬度低，且其形貌由于呈長條形而導(dǎo)致其韌性較差，在基體組織凝固過程中優(yōu)先形成；因此，本專利技術(shù)中Cr元素的加入量較少，少量的Cr還可以使其固溶于奧氏體中，主要起提高基體的淬硬性和淬透性作用。硼B(yǎng)是Fe2B顆粒的主要形成元素，容易在鋼液凝固過程中與Fe元素反應(yīng)形成大量呈現(xiàn)網(wǎng)狀的Fe2B顆粒，分布在高硼耐磨合金材料中起到耐磨骨架作用。鉻Cr和鉬Mo，通過添加Cr和Mo可起到穩(wěn)定Fe2B的作用，Cr能降低Fe2B相本質(zhì)脆性；Cr也可與C反應(yīng)形成Cr6C、Cr7C3和Cr23C6等碳化物，但由于Cr元素加入量較少，只能固溶于奧氏體中，主要提高基體的淬硬性和淬透性以及起到穩(wěn)定Fe2B的作用。Mo也能形成Mo2C碳化物，但由于加入量很少，只能夠固溶于基體中。因此，基體中加入Cr和Mo能起到穩(wěn)定Fe2B的作用。鈦Ti是強(qiáng)碳化物形成元素，與鋼液中的C元素反應(yīng)形成大量細(xì)小、彌散分布的TiC質(zhì)點(diǎn)，可以細(xì)化奧氏體枝晶，改善共晶碳化物的形態(tài)與分布。故在成分設(shè)計(jì)中，直接將Ti含量控制在1.0-2.0%，直接將合金加入鋼液中，以便易于熔化，通過所采用的中頻感應(yīng)熔煉爐電磁場攪拌作用使其產(chǎn)生大量相對(duì)均勻的TiC質(zhì)點(diǎn)。但是，鋼液中Ti元素含量過少或過多都不利于達(dá)到實(shí)際效果，過少則不利于使基體產(chǎn)生足夠多的結(jié)晶核心質(zhì)點(diǎn)和共晶碳化物來細(xì)化碳化物，過多則使鋼液的流動(dòng)性和充型能力降低，不利于提高工件致密性，對(duì)耐磨性能有負(fù)面影響，所以在其成分設(shè)計(jì)中控制其上限為2.0%。本專利技術(shù)的熱處理采用三次淬火一次回火，即先以950～1000℃淬火30min，然后采用空氣冷卻，再以900～950℃淬火30min后進(jìn)行水冷，接著以600～800℃淬火5min后進(jìn)行水冷，最后以200～300℃回火2h后進(jìn)行空氣冷卻；這種方式不僅可獲得較多的奧氏體，而且可增加組織回火過程中形成的碳化物硬質(zhì)點(diǎn)，以提高硬度。實(shí)施例1將廢鋼、硼鐵、錳鐵、鈦鐵、鉬鐵和鉻鐵清理干凈，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%C本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
中碳合金鋼耐磨材料，其組分按以下質(zhì)量百分比組成：C：0.25?0.45%、Si：0.5?1.5%、Mn：0.5?1.0%、Cr：1.0?2.0%、Ti：1.0?2.0%、B：1.0??1.5%、Mo：0.1??0.3%、S：≤0.04%、P：≤0.04%，余量為鐵。

【技術(shù)特征摘要】
1.中碳合金鋼耐磨材料，其組分按以下質(zhì)量百分比組成：C：0.25-0.45%、Si：0.5-1.5%、Mn：0.5-1.0%、Cr：1.0-2.0%、Ti：1.0-2.0%、B：1.0--1.5%、Mo：0.1--0.3%、S：≤0.04%、P：≤0.04%，余量為鐵。
2.一種權(quán)利要求1所述中碳合金鋼耐磨材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行：
1）將廢鋼、硼鐵、錳鐵、鈦鐵、鉬鐵和鉻鐵清理干凈，按上述質(zhì)量百分比要求進(jìn)行配料，分類放置，并將硼鐵、錳鐵、鈦鐵、鉬鐵和鉻鐵烘干后待用；
2）然后向爐內(nèi)加入廢鋼，再加入錳鐵、鉬鐵和鉻鐵進(jìn)行熔煉；
3）在熔煉后期加入硼鐵，待熔清后加入鈦鐵；
4）然后加入鋁粒脫氧后出爐；

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黎超英，吳沛榮，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：柳州凱通新材料科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：廣西;45