[發明專利]一種低碳高硼鑄造耐磨合金鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 201210003668.2
• 申請日: 2012-01-06
• 公開（公告）號: CN102560258A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 張海濱;符寒光;蔣志強;雷永平;周榮;蔣業華;岑啟宏
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C22C38/32
• 分類號: C22C38/32;C21D1/18
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明涉及一種低碳高硼鑄造耐磨合金鋼及其制備方法，屬于金屬合金耐磨耐蝕材料技術領域。

背景技術

磨損是造成材料失效的主要形式，給國民經濟造成了巨大損失。以往耐磨材料的研究，都是通過添加貴重的合金元素來提高材料的綜合性能，例如中國發明專利CN1431330A公開了一種包括AX、一種B源和任選的適量X之間不完全反應的一種產物，該產物含有至少一種化合物AX和至少ABX，其中A和B是選自鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鉻、鉬和鎢組成的組中的不同物質，X選自硼、碳、硅組成的組中，鐵的含量為0.1-0.35wt％，鈷的含量為0.1-0.5wt％。此發明雖然無須特殊壓力設備、工藝控制容易等優點，但硬度未確定、熱處理工藝復雜，對工業應用和降低生產成本不利。中國發明專利CN1405347A公開了一種高強度高耐磨硬質合金及其制造方法和應用，采用碳化鎢作硬質相，以鐵、鈷、鎳作粘結相，外加鈦或釩的碳化物或硼化物或氮化物、并外加碳化鉭或碳化鈮等，雖然具有良好的耐磨性和抗沖擊性能，但生產成本高，制備工藝復雜，不利于投資生產。中國發明專利CN1417360A涉及一種鈷基合金，具體為一種鑄造耐蝕耐磨鈷基合金，其特征在于其合金成分的重量百分數為：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％。雖然其成分中含有大量貴重的合金元素，合金硬度(HRC)僅達到48左右，生產成本高且綜合性能差。公開號為CN1182142A專利中公開了一種耐磨鑄鋼材料，其化學成分如下：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％.該材料組織為馬氏體+貝氏體，具有較高的沖擊韌性和一定的耐磨性。但其機體組織中碳化物含量少，在強磨損工況下，特別是用于制造水泥熟料破碎機襯板，使用壽命很不理想。且該材料需經水淬處理，對襯板類鑄件來說極易變形和開裂，其推廣應用受到極大限制。日本專利號為JP10219386的“具有高強度和高韌性的結構高硼合金”的主要合金元素含量為：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％。其抗拉強度達到510-550Mpa。由于C、B含量較低，耐磨硬質相硼化物數量少，合金耐磨性差。

發明內容

本發明涉及一種低碳高硼鑄造耐磨合金鋼及其制備方法。該耐磨合金鋼的主要特點是利用硼化物具有優良的熱穩定性和較高的硬度，部分取代碳化物作為耐磨硬質相，在提高合金硬度的同時，改善合金的沖擊韌性，以此提高合金的耐磨性能。該合金中不含貴重合金元素，通過特定的元素配比和適當的熱處理工藝來提高合金的綜合性能，降低了生產成本。此外，適當提高了Cr、Si、Mn等元素的含量，增強了基體的淬透性并細化組織。經過適當的熱處理工藝后，鑄態組織中網狀的共晶相組織斷網或團球化使共晶組織孤立分布，有利于鑄造高硼耐磨合金的力學性能顯著提高。

本發明的目的通過以下的技術措施來實現。一種低碳高硼鑄造耐磨合金鋼，其有效化學成分及其重量百分比為：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％；余量為Fe。

上述低碳高硼鑄造耐磨合金鋼的制備方法，其特征在于，采用感應電爐熔煉生產，具體包括下列步驟：

第一步，將普通廢鋼、低碳鉻鐵按上述化學成分要求混合放入感應電爐中熔化，鋼水熔化完全后加入硅鐵和金屬錳，最后加入硼鐵和增碳劑。

第二步，爐前調整成分合格后將鋼液溫度升至1640℃-1680℃，加入鋁預脫氧，并加入硅鈣鋇合金終脫氧后出爐。

第三步，鋼水冷卻至1540℃-1560℃時直接澆注成鑄件，空冷至室溫。

第四步，對鑄態合金淬火加熱溫度為1030℃-1060℃，升溫速度為10℃/min，保溫時間為1h-1.5h后立刻進行油冷淬火處理。

第五步，對經過第四步油冷淬火處理后的合金進行去應力回火處理，升溫速度為5℃/min，回火溫度為180℃-220℃，保溫時間為1h-1.5h后隨爐冷卻。