[发明专利]粉末冶金耐磨耐蚀合金管材

说明书

技术领域

本发明涉及一种工模具钢类合金管材，尤其涉及一种粉末冶金耐磨耐蚀合金管材。

背景技术

在一些特殊工况条件下，塑料模具或机械零部件表面不仅经受运动部件或工作介质中硬的研磨颗粒直接接触引起磨损，还经受潮湿、酸或其它腐蚀剂的腐蚀作用，如注塑成形机械中的螺杆、机筒等零部件，一方面由于塑料中添加大量硬质颗粒，如玻璃纤维、碳纤维等，导致这些零部件磨损加剧，另一方面塑料中腐蚀性成分对零部件产生化学腐蚀。为了使应用于这些特殊工况的零部件具备长的使用寿命，所使用塑料模具钢表面必须具有高的耐磨性能和耐蚀性能，另外为了承受工作应力加载和冲击，塑料模具钢需具备一定的硬度和韧性。

目前模具钢主要采用传统的铸锻工艺制备，采用铸锻工艺制备模具钢受到工艺过程钢液缓慢冷却凝固特点的限制，合金成分在凝固过程中容易发生偏析，形成粗大的碳化物组织，即使经过后续锻轧处理，这种不良组织仍然会对合金性能带来不良影响，导致铸锻模具钢性能上包括强度、韧性、耐磨性能、可磨削性能等处于偏低水平。采用粉末冶金工艺制备模具钢解决了合金元素偏析的问题，制备得到合金组织细小均匀，相比铸锻合金性能有大幅度提升，但是粉末制备成本高昂，带来合金整体成本的提高，如何降低粉末冶金模具钢的成本是需要解决的问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种低成本的粉末冶金耐磨耐蚀合金管材。

为实现上述目的，本发明的粉末冶金耐磨耐蚀合金管材，管壁由外层合金和内层合金组成，所述外层合金为碳素钢或不锈钢，内层合金由粉末冶金的金属粉末致密化后制得，金属粉末化学组分按质量百分比计包括：C：2.36%-3.30%，W：0.1%-1.0%，Mo: ≤1.8%，Cr：12.6%-18.0%，V：6.0%-12.5%，Nb：0.5%-2.1%，Co：0.1%-0.5%，Si：≤1.0%，Mn：0.2%-1.0%，N：0.05%-0.35%，余量为铁和杂质。

本发明中外层合金对内层合金提供力学支撑，内层合金金属粉末的组分设计是实现耐磨耐蚀性能的关键。

C元素部分固溶于基体，提高基体强度，C元素同时是碳化物的组成元素之一，C的含量不小于2.36%，以保证合金元素能够充分参与碳化物析出，C的最大含量不超过3.30%，避免过多的C固溶于基体导致韧性下降；在上述C含量为2.36%-3.30%范围内，能够获得最大耐磨性能以及强韧性的配合。

W 、Mo固溶于基体，提高基体淬透性，本发明内层合金W含量范围是0.1%-1.0%，Mo的含量范围是Mo≤1.8%。

Cr一方面固溶于基体，提高耐蚀性能及淬透性，另一方面Cr以M₇C₃碳化物形式析出，考虑到Cr固溶于基体以及以碳化物形式析出之间存在的平衡，限定Cr含量为12.6%-18.0%。

V主要用于形成MC型碳化物，提高耐磨性能，V含量控制范围为6.0%-12.5%。

Nb的作用与V类似，参与形成MC碳化物，本发明内层合金Nb固溶于MC碳化物，提高MC碳化物析出时的形核数量，促进MC碳化物析出和细化，提高耐磨性能；Nb添加含量上限在于避免富Nb的MC碳化物析出；因此Nb的含量范围为0.5%-2.1%。

Co主要固溶于基体，促进热处理过程碳化物析出，Co含量的范围限定为0.1%-0.5%。

Si不参与碳化物形成，作为一种脱氧剂和基体强化元素来使用，Si过多会使基体的韧性下降，限定Si含量范围是Si≤1.0%。

Mn作为脱氧剂加入，并可以固硫减少热脆性，另外Mn增加淬透性，Mn含量范围是0.2%-1.0%。

N参与形成MC碳化物，快速冷却条件下，N促进MC碳化物形核析出，同时不会导致MC碳化物过分长大，有利于提高耐磨性能，N也可促进钢的耐蚀性能；N添加含量上限在于避免具有高稳定性富N的MC碳化物在过高温析出，导致碳化物粗化；本发明内层合金N含量范围是0.05%-0.35%。

内层合金中V、Nb、C、N等元素形成MC碳化物类型为（V、Nb）（C、N），在粉末冶金工艺钢液快速冷却凝固条件下，添加的Nb和N参与MC碳化物形成，提高碳化物形核率和细化MC碳化物颗粒，使韧性提高。

作为对上述方式的限定，所述内层合金金属粉末的化学组分中杂质包括O，O≤0.01%。

O过高导致韧性下降，本发明中控制O含量范围为≤0.01%。