[发明专利]一种低碳高硼铸造耐磨合金钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低碳高硼铸造耐磨合金钢及其制备方法，属于金属合金耐磨耐蚀材料技术领域。

背景技术

磨损是造成材料失效的主要形式，给国民经济造成了巨大损失。以往耐磨材料的研究，都是通过添加贵重的合金元素来提高材料的综合性能，例如中国发明专利CN1431330A公开了一种包括AX、一种B源和任选的适量X之间不完全反应的一种产物，该产物含有至少一种化合物AX和至少ABX，其中A和B是选自钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼和钨组成的组中的不同物质，X选自硼、碳、硅组成的组中，铁的含量为0.1-0.35wt％，钴的含量为0.1-0.5wt％。此发明虽然无须特殊压力设备、工艺控制容易等优点，但硬度未确定、热处理工艺复杂，对工业应用和降低生产成本不利。中国发明专利CN1405347A公开了一种高强度高耐磨硬质合金及其制造方法和应用，采用碳化钨作硬质相，以铁、钴、镍作粘结相，外加钛或钒的碳化物或硼化物或氮化物、并外加碳化钽或碳化铌等，虽然具有良好的耐磨性和抗冲击性能，但生产成本高，制备工艺复杂，不利于投资生产。中国发明专利CN1417360A涉及一种钴基合金，具体为一种铸造耐蚀耐磨钴基合金，其特征在于其合金成分的重量百分数为：C 1.0％-2.5％；Cr20％-35％；W 5％-20％；Mo 1％-6％；Nb 1％-8％；Cu 0.5％-2.0％；Si 0.5％-3.0％；Ni2％-15％；Co 35％-65％。虽然其成分中含有大量贵重的合金元素，合金硬度(HRC)仅达到48左右，生产成本高且综合性能差。公开号为CN1182142A专利中公开了一种耐磨铸钢材料，其化学成分如下：C 0.15％-0.50％；Si≤0.5％；Mn≤1.00％；Cr 1.00％-2.00％；Mo 0.20％-0.50％；V 0.02％-1.10％；Ti 0.02％-0.10％；B0.005％-0.10％；S、P≤0.04％.该材料组织为马氏体+贝氏体，具有较高的冲击韧性和一定的耐磨性。但其机体组织中碳化物含量少，在强磨损工况下，特别是用于制造水泥熟料破碎机衬板，使用寿命很不理想。且该材料需经水淬处理，对衬板类铸件来说极易变形和开裂，其推广应用受到极大限制。日本专利号为JP10219386的“具有高强度和高韧性的结构高硼合金”的主要合金元素含量为：C 0.03％-0.23％；B 0.02％-0.5％；N 0.005％；Ni 0.4％；Cr 0.9％；Mo 0.5％；V 0.3％；Nb 0.3％；Ti 0.3％和Zr 0.1％。其抗拉强度达到510-550Mpa。由于C、B含量较低，耐磨硬质相硼化物数量少，合金耐磨性差。

发明内容

本发明涉及一种低碳高硼铸造耐磨合金钢及其制备方法。该耐磨合金钢的主要特点是利用硼化物具有优良的热稳定性和较高的硬度，部分取代碳化物作为耐磨硬质相，在提高合金硬度的同时，改善合金的冲击韧性，以此提高合金的耐磨性能。该合金中不含贵重合金元素，通过特定的元素配比和适当的热处理工艺来提高合金的综合性能，降低了生产成本。此外，适当提高了Cr、Si、Mn等元素的含量，增强了基体的淬透性并细化组织。经过适当的热处理工艺后，铸态组织中网状的共晶相组织断网或团球化使共晶组织孤立分布，有利于铸造高硼耐磨合金的力学性能显著提高。

本发明的目的通过以下的技术措施来实现。一种低碳高硼铸造耐磨合金钢，其有效化学成分及其重量百分比为：C 0.2％-0.35％；B 1.8％-2.0％；Cr 10％-12％；Mn 0.5％-1.0％；Si 0.5％-1.0％；Al 0.03-0.05％；Ca 0.03-0.06％；Ba 0.03-0.06％；S≤0.04％；P≤0.04％；余量为Fe。

上述低碳高硼铸造耐磨合金钢的制备方法，其特征在于，采用感应电炉熔炼生产，具体包括下列步骤：

第一步，将普通废钢、低碳铬铁按上述化学成分要求混合放入感应电炉中熔化，钢水熔化完全后加入硅铁和金属锰，最后加入硼铁和增碳剂。

第二步，炉前调整成分合格后将钢液温度升至1640℃-1680℃，加入铝预脱氧，并加入硅钙钡合金终脱氧后出炉。

第三步，钢水冷却至1540℃-1560℃时直接浇注成铸件，空冷至室温。

第四步，对铸态合金淬火加热温度为1030℃-1060℃，升温速度为10℃/min，保温时间为1h-1.5h后立刻进行油冷淬火处理。

第五步，对经过第四步油冷淬火处理后的合金进行去应力回火处理，升温速度为5℃/min，回火温度为180℃-220℃，保温时间为1h-1.5h后随炉冷却。