[發明專利]高硬度過共晶高鉻錳鉬鎢合金耐磨鋼鐵材料及其應用

有效

• 申請號: 200910037499.2
• 申請日: 2009-03-02
• 公開（公告）號: CN101497966A
• 公開（公告）日: 2009-08-05
• 發明（設計）人: 李衛
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: C22C38/36
• 分類號: C22C38/36;C22C38/38;C22C38/56;C22C38/58
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 裘 暉;陳燕嫻

技術領域

本發明涉及一種耐磨鋼鐵材料，特別涉及一種高硬度過共晶高鉻錳鉬鎢合金耐磨鋼鐵材料及其應用，屬于金屬耐磨材料技術領域。

背景技術

目前，在冶金、電力、建材、建筑、煤炭、化工、機械等行業的沖刷腐蝕磨損工況條件下，常用含鉻量為10％～30％的高鉻鑄鐵材料。

含鉻量為10％～30％的高鉻鑄鐵材料的代表為KmTBCr26鑄鐵，KmTBCr26鑄鐵硬度約58～61HRC(洛氏硬度)。目前，包括KmTBCr26鑄鐵在內的高鉻鑄鐵材料由于通過在空氣中冷卻淬火，從而具有馬氏體基體為主的顯微組織，硬度和耐磨性較高。但是，其耐磨性尤其是沖刷腐蝕磨損工況的耐磨蝕性能還有待提高。另外，使用目前的高鉻鑄鐵材料形成的鑄件因用空淬工藝而顯得淬透性有些不足，其中亞共晶和共晶高鉻鑄鐵的硬度還較低，鑄件使用的壽命有限。

發明內容

本發明的首要目的在于克服上述現有技術的缺點與不足，提供一種高硬度過共晶的高鉻錳鉬鎢合金耐磨鋼鐵材料。

本發明的另一目的在于提供上述鋼鐵材料的應用。

本發明的目的通過下述技術方案實現：一種高硬度過共晶的高鉻錳鉬鎢合金耐磨鋼鐵材料，含有下列質量百分比的化學成分：碳(C)3.0～5.5％，硅(Si)0.3～2.0％，鉻(Cr)25.5～40％，錳(Mn)0.3～3.5％，鉬(Mo)0.1～3.5％，鎢(W)0.1～3.5％，磷(P)≤0.1％，硫(S)≤0.1％，余量為鐵(Fe)。

所述高硬度過共晶的高鉻錳鉬鎢合金耐磨鋼鐵材料還可以包含以下一種或至少兩種的化學成分，各化學成分質量百分含量為：銅(Cu)0.1～2.0％，鎳(Ni)0.1～2.0％，鈦(Ti)0.01～1.0％，鋯(Zr)0.01～1.0％，釩(V)0.01～1.0％，鈮(Nb)0.01～1.0％，鋁(Al)0.01～0.1％，氮(N)0.01～0.3％，硼(B)0.001～0.03％或稀土元素(RE)0.01～0.4％。

為了更好地實現本發明，所述高硬度過共晶的高鉻錳鉬鎢合金耐磨鋼鐵材料包含以下質量百分含量化學成分的混合物：氮0.01～0.3％，鈮0.01～1.0％，硼0.001～0.03％和稀土元素0.01～0.4％。

在所述高硬度過共晶的高鉻錳鉬鎢合金耐磨鋼鐵材料中，當所述鉻的質量百分含量為25.5～30％，其中碳的質量百分含量優選為3.3～5.5％，更優選為3.65～5.0％；當所述鉻的質量百分含量為30.5～40％，其中碳的質量百分含量優選為3.0～5.5％，更優選為3.55～5.5％，最優選為4.55～5.5％；當所述鉻的質量百分含量為35.5～40％，其中碳的質量百分含量優選為3.05～5.5％，更優選為4.55～5.5％。

所述鎢的質量百分含量優選為0.81～3.0％，更優選為2.05～3.0％。

上述高硬度過共晶的高鉻錳鉬鎢合金耐磨鋼鐵材料的制備方法，包括如下步驟：將生鐵、廢鋼、純金屬和鐵合金等原材料加入電爐冶煉，澆鑄成型后，將鑄造零部件加熱至990℃～1060℃進行保溫，保溫時間根據鑄件壁厚而定，一般不少于2小時，然后再將零部件在空氣中淬火冷卻，再在280℃進行不少于2小時的回火處理，即得高硬度過共晶的高鉻錳鉬鎢合金耐磨鋼鐵材料。

所述純金屬為銅、鎳的一種或兩種。

所述制備方法中用到的生鐵、廢鋼、純金屬和鐵合金等原材料均為公知的商品化普通原材料，均可從市場上購買獲得。

所述材料適于制備磨損和腐蝕磨損特別是沖刷腐蝕磨損工況用的零部件。

本發明的高硬度過共晶的高鉻錳鉬鎢合金耐磨鋼鐵材料，由于其中含有高碳量(3.0～5.5％)和高鉻量(25.5～40％)，使材料達到過共晶狀態，導致所述材料顯微組織中結晶出高硬度的一次碳化物，同時致使材料的碳化物體積分數提高，約達到30～60％，從而提高材料的硬度，強化了材料的耐磨性和耐磨蝕性。隨著材料中的含碳量和/或含鉻量的增加，碳化物體積分數提高，材料的硬度提高。材料的高鉻量提高了材料的電極電位，提高了材料的抗氧化性特別是耐腐蝕性，從而強化了材料的耐磨蝕性。同時，材料的高碳含量和高鉻含量還使材料基體部分固溶高碳量和高鉻量，從而提高了材料的淬透性。

本發明的高硬度過共晶的高鉻錳鉬鎢合金耐磨鋼鐵材料，其中含有質量百分含量0.3～3.5％的錳元素(Mn)，錳不僅有利于提高材料的熱處理淬透性，而且有利于材料得到一定體積分數的殘余奧氏體，從而提高材料的韌性和固溶強化基體。