[发明专利]一种无铬高硼耐磨合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁耐磨材料领域，特别是一种无铬高硼耐磨合金及其制备方法。

背景技术

铬系白口铸铁，是应用最为成熟的钢铁耐磨材料之一。然而，近年来，由于资源匮乏，价格飞涨，含铬耐磨合金的应用越来越受到限制。硼作为地壳中富有元素，以硼代铬，具有重要意义。

上世纪90年代初，澳大利亚Queensland大学材料系的研究人员在高铬合金的基础上，添加部分硼，开发了铁铬硼合金。随后，一些研究者基于铬系合金，开发了含硼铬系耐磨合金，例举如下：

中国发明专利ZL200410089538.0公开了一种高硼铸造铁基耐磨合金，其主要化学成分是(重量%):0.15～0.70C，0.3～1.9B，0.3～0.8Cr，0.4～0.8Si，0.6～1.3Mn，0.05～0.20Ce，0.02～0.10La，0.005～0.018Ca，0.04～0.18K，0.08～0.25A1，S<0.04，P<0.04，其余为Fe。该合金中含有Cr、Ce、La等，生产成本较高。

中国发明专利ZL200610105251.1公开了一种高硼耐磨铸钢及其制备方法，其化学成分重量百分比为：C：0.10%～0.50 %；B：0. 8%～5. 0 %；Cu：0. 3%～0. 6%；Mn：0.8%～2.0%；Cr：1.0%～2.5%；Si<1.5%；Ti；0.08%～0.20%；Ce：0.04%～0.12%；Mg：0.02%～0.18%；N：0.06%～0.18%；S<0.05%；P<0.05%；余量为Fe和不可避免的微量杂质。这种高硼铸钢具有较好的力学性能，但铬依然是其中不可缺的合金元素，成本高。

中国发明专利申请公开说明书200810049365.8公开了一种高碳高硼耐磨合金及其制备方法，其公开的合金成分为：C：1.0～1.8%，B：3.8～6.5%，Mo：0.3～0.8%，Ni：0.3～1.0 %，Cr：0.3～2.0%, Mn：0.5～1.0%, Si：0.5～1.0%，S<0.05%，P<0.05%，余量为铁。该种合金依然使用较多的Cr、Ni、Mo合金元素。

中国发明专利ZL200810104992.7公开了高硼低碳耐磨铸钢及其热处理方法，其公开的合金成分重量百分比为：0.15～0.30C, 1.5～2.5B, 2.6～3.0Si，1.4～1.8Cr，0.5～0.8Mn，0.05～0.12Ce，0.03～0.15V， 0.03～0.15Ti，P<0.05，S<0.05,余量为Fe。仍加入大量的Cr以及V、Ti等元素。

可见，目前含硼耐磨合金实际上均是在铬系合金基础上发展而来，均含有较多的铬、镍、钼、钒等合金元素，生产成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种无铬高硼耐磨合金及其制备方法。该合金以硼代铬，且能够通过控制硼碳和稀土变质处理，有效调节性能，能够使合金同时保持很高的硬度和韧性，以满足不同工况条件的性能要求，其生产工艺简单，成本低廉。

本发明的技术方案是：无铬高硼耐磨合金的化学成分重量百分比为：C 0.53～0.68%，B 1.0～4.5%，Si 0.75～1.0%，Mn 0.45～1.0%，Ce 0.01～0.20%，S 0.03～0.06%，P 0.05～0.08%，其余为Fe以及不可避免的微量杂质，硬度为45HRC～58HRC，冲击韧性为20J～10J。其制备工艺如下：

（1）将废钢、生铁、硼铁、硅铁、锰铁、铈铁、增碳剂等炉料按上述合金

成分及各元素的收得率进行配料； 

（2）熔炼钢液前先将硼铁与铈铁粉碎成直径为1mm～5mm的颗粒并完全烘干，然后将干燥后的硼铁颗粒置于干燥的浇包底部，铈铁颗粒先不放入浇包中；

（3）废钢、生铁、硅铁、锰铁、增碳剂等炉料烘干后，先将称量好的废钢、生铁与增碳剂加入感应电炉中进行熔化，熔清后插铝脱氧，然后依次加入锰铁、硅铁，熔炼合金液；将熔清脱氧后的合金液升至1530℃～1560℃，然后再次插铝脱氧扒渣后出炉，出炉温度1530℃～1560℃，浇注入放有硼铁颗粒的浇包中，然后将铈铁颗粒放入合金液中，搅拌直到颗粒完全熔化（合金液在浇包内先后与硼铁及铈铁颗粒反应），反应完毕后，金属液在浇包中静置2～5min后加入除渣剂除渣，待温度降至1400℃～1430℃，浇入铸型，凝固冷却后即得到合金钢；