[发明专利]一种抗高温磨损的含铝合金钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高温耐磨材料技术领域，涉及一种抗高温磨损的合金钢，尤其是一种抗高温磨损的含铝合金钢及其制备方法。

背景技术

在冶金、电力、机械、建材、国防、军工和航空航天等许多工业部门都存在金属材料的高温磨损问题，如轧钢时，炽热钢坯与轧辊、导卫、顶头等工件的相对运动造成轧钢备件的磨损失效；热锻成形加工时，模具的高温磨损也是主要失效形式之一。现代喷气式航空发动机中的轴承必须在干燥的、高达500℃的条件下工作，因此，不可避免地要发生高温磨损。在原子能反应堆中工作的钢铁材料，除受气体腐蚀外，高温磨损也很突出。还有一些机械零件也常因高温磨损而失效，如燃气轮机零件、涡轮螺旋浆飞机零件、汽车发动机排气阀门与阀座以及活塞套环与缸套等。为了改善材料的抗高温磨损性能，中国发明专利CN1335417公开了一种高温耐磨合金钢及其生产方法。该发明高温耐磨合金钢由按比例配制的废钢、高碳铬铁、钼铁、钒铁、钛铁、锆、铝、稀土元素和适量的硅、锰脱氧剂经熔炼、扩散均匀化退火与球化退火、淬火、两次以上的回火等工艺流程生产而成。该发明通过多元少量合金化、熔体净化、热处理强化和组织细化，可显著改变合金钢的热稳定性和耐磨性能，并使晶体细化、碳化物细小且分布均匀，同时还在硬度、抗拉强度、冲击韧性、热蚀失重速率、摩擦磨损失重等方面具有优良的综合性能，因此它是钢铁冶金行业中制造高温耐磨导卫轮和轧辊等的理想材料。中国发明专利CN1908219还公开了一种耐高温抗磨抗氧化合金钢及其制备方法，该发明是由N、C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Mo、V、W、Co组成，长期在1300℃高温环境下，抗弯曲强度、高温1300℃状态下，无高温蠕变现象，高温强度不变；流动介质为20％的石英砂、云石，80％的煤在25.4米/秒流速及1100～1200℃的温度下，每100小时磨损率为0.002毫米；长期在SO₂或高含量O₂气氛下，由于氮的加入在材料表面不断形成氮化层，因此防止了金属的晶间腐蚀；可焊性好。采用该发明上述比例，冶炼制成。该产品具有较强的耐高温、抗磨、抗氧化性能，广泛应用于电力、水泥、石化、航天、航空多个领域。中国发明专利CN101591753还公开了一种硫化耐热耐磨稀土合金钢及其制备方法和应用，该发明合金钢由以下重量百分比的各组分组成：碳0.1-1.0％，硅0.2-0.4％，钨0.1-1.5％，锰0.2-0.8％，钼0.3-1.7％，硫0.5-2.5％，铬0.4-2.0％，钒0.1-0.5％，稀土0.1-0.001％，余量为铁。该发明硫化耐热耐磨稀土合金钢具有优异的耐高温、耐磨损、固体自润滑等性能，适用于制作高温耐磨作业部件，可制备成各种形状低重负荷下的滑动轴承、轴瓦、轴套、耐磨衬板、滑板、机床滑道等产品，能代替铜合金类产品，具有耐压力、抗磨损等优势，能显著延长工件的使用寿命。中国发明专利CN101037759还公开了高强耐磨耐高温纳米合金钢材料及其制作方法。该项发明属于合金钢材料生产制造领域，具体为一种高强耐磨耐高温合金钢材料及其制取方法。采用本方法制取的纳米合金钢的特征是钢中有80％晶粒粒度小于50纳米(nm)。具有优异的性能，可以满足社会对于钢铁材料的各种需求。中国发明专利CN102212753A还公开了一种新型耐热耐磨热冲压模具用合金钢材料及其制备方法，属热冲压模具材料制造工艺技术领域。该发明提供一种热冲压模具用材料，其化学成分（重量%）是：C0.40～0.50，Si0.3～0.5，Mn0.65～0.85，P<0.025，S<0.005，Cr2.5～2.7，Mo2.1～2.4，V0.8～1.0，其余为Fe及微量杂质。经过感应熔炼→电渣重熔→退火→高温均匀化→锻造→退火后，具有良好的机加工性能；经过1020℃淬火+600℃回火后，材料具有良好的热强度、热硬度，高的耐磨性和抗疲劳性能，优良的可焊接性，并具有较大的导热系数和较小的热膨胀系数，适用于热冲压成形模具。中国发明专利CN102628147A还公开了高硫合金钢轧辊及生产方法，高硫合金钢轧辊的化学成分按以下重量百分比配制：C：0.4%—1.0%、Si：0.5%—1%、Mn：0.5%—1%、S：1.5%—10%、P:<0.05%、Cr：4%—6%、V：0.05%—1.5%、Mo：0.1%—0.4%、W：<2%、Ti：0.05%—0.1%、Ba：0.005%—0.1%、Re：<0.05%，其余含量为Fe，该发明打破大家公认的硫不能超过0.03%的规定，把有害元素变成有益元素，生产出来的高硫合金钢轧辊具有耐高温、自润滑、耐磨损等优点，在应用中轧辊不需要润滑或少许润滑，从而减轻工作人员的工作强度，不含稀有金属Co，这样降低了生产成本，采用中频炉冶炼，卧式离心机浇注，普通高温电阻炉热处理，设备投资少，并且加工工艺上省去退火工艺，生产工艺简单合理，大大提高了生产效率。中国发明专利CN101368248还公开了一种用于链篦机篦板用的耐热合金钢，其包括下述重量百分含量的组分：C0.62～2.2％、Cr18～25％、Si0.8～1.6％、Ni0.5～2.0％、Mn0.4～2.0％、W0.5～2.0％、Nb0.2～1.0％、Ti0.2～1.0％、Re0.1～0.6％，其余是Fe。目前市场使用较多的篦板一般Ni含量都较高，但是Ni的价格很高，篦板又是一个高消耗品，相应地成本就很高。该发明旨在大幅度降低Ni含量，节约成本。本发明的篦板具有良好的耐磨性和良好的抗高温氧化性，从而可提高篦板的使用寿命。中国发明专利CN102534402A还公开了一种耐磨合金钢的制备方法，所述耐磨合金钢以重量百分比计由下列组份组成：C：0.4～0.6％，B：1.0～1.2％，Si：1.8～2.2％，Cr：2.4～2.8％，Mn：1.3～1.5％，Ce：0.08～0.12％，V：0.2～0.3％，Ti：0.03～0.15％，N?0.005～0.01％，P＜0.05％，S＜0.05％，余量为Fe，所述的制备方法为：①钢水熔化、炉前调整成分合格后，将温度升至1580～1600℃，加入占钢水质量0.15％～0.30％的铝脱氧，而后出炉；②用铈基稀土、钛铁和钒铁对钢水复合变质处理；变质处理后将钢水浇注成铸件；③铸件于960～980℃，奥氏体化2～4h后，直接在温度为310～330℃的等温盐浴炉中进行等温淬火，保温时间2～4h，随后空冷至室温。中国发明专利CN102560280A还公开了一种耐高温高强度合金钢及其热处理工艺，所述耐高温高强度合金钢的成分为：碳0.06～0.1，镍0.8～1.2，钒0.9～1.8，钼1.6～2.6，硅0.8～1.2，锰1.5～2.8，鉻2.3～6.0，钨0.1～0.3，稀土0.1～0.3，其余为铁，耐高温高强度合金钢在冶炼时加入了稀土硅镁合金，其用量为炉料质量的0.7～1.5%，所述稀土硅镁合金符合国家标准GB/T4138-93；所述热处理依次包括淬火热处理、固溶热处理工艺与时效热处理工艺。该发明制得的耐高温高强度合金钢不仅耐高温性能好，而且耐磨性、强韧性较强，用该钢制造高温螺栓的使用寿命比现有普通螺栓提高8倍以上。