[發明專利]一種耐高溫鋁液熔蝕-磨損高硼鑄鋼材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010132886.0
• 申請日: 2020-02-29
• 公開（公告）號: CN111235482B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 陳維平;凌自成;李兵;朱權利;楊鑫
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C22C38/32
• 分類號: C22C38/32;C22C38/34;C22C38/22;C22C38/02;C22C38/06;C22C38/04;C22C33/06;C21C7/06;C21D1/26;C21D1/18
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;馮振寧

本發明公開一種耐高溫鋁液熔蝕?磨損高硼鑄鋼材料及其制備方法。該材料的成分(wt.％)包括:C:0.1?1，B:1.0?6.5，Cr:7.5?25，Mo:0.5?12.5，Si:0.5?3.5，Al:0.5?8.5，Mn:0.2?1.2，S0.05，P0.05，余量為Fe。該方法包括：將獲得的鑄件進行退火處理，經淬火和回火處理制得的。本發明制備的材料組織由基體馬氏體相、棒狀和網狀富Cr硼化物相以及不規則塊體富Mo硼化物相組成，室溫硬度達到36.5?61.0HRC，沖擊韌性達到2.5?8.0J/cm²，經750℃高溫鋁液熔蝕?磨損速率較H13鋼降低了2.0?9.0倍。

技術領域

本發明屬于耐熔蝕-磨損金屬材料技術領域，具體涉及一種耐高溫鋁液熔蝕-磨損高硼鑄鋼材料及其制備方法。

背景技術

在鋁及其合金熔煉、成形及熱浸鍍鋁加工過程中，所使用的坩堝、模具、充液料斗、噴嘴、夾具、除氣轉子等與高溫鋁液接觸的部分發生熔蝕、磨損甚至失效的問題，縮短了服役材料的使用壽命，而且對鋁液造成污染。零件在鋁熔體中的熔蝕過程主要由以下兩部分組成：一方面，與鋁液接觸的零件表面在鋁液的作用下不斷地發生溶解、擴散，在零件表面形成一層熔蝕產物金屬間化合物；另一方面，在工況條件下，零件還有可能受到熱應力、相變應力或鋁液的沖刷作用等，在這些外部條件的作用下，很容易造成零件表面已形成的熔蝕產物金屬間化合物的剝落，促使熔蝕反應加速進行。因此，在鋁及其制品生產過程中對此類工件材料提出更高的要求，不僅要有良好的耐高溫鋁液熔蝕性能，而且要具有良好的抗熱疲勞、熱沖擊和耐磨損性能。

目前，國內外報道的耐高溫鋁液熔蝕-磨損材料主要集中在兩大類，一類是制備整體材料，另外一類是對耐熱鋼進行表面處理，如滲硼、滲氮、熱噴涂陶瓷相等。中國發明專利CN104593620A公開了一種耐高溫鋁液熔蝕-磨損的鋁液除氣中轉子制備及其修復方法，該發明通過在高強耐熱鋼基體上熱噴涂NiAl，NiCrAl或NiCr涂層以延長該工件使用壽命。采用涂層雖能提高材料的耐熔蝕-磨損性能，但存在制備工藝復雜，涂層與基體難免存在界面缺陷，結合強度低，在鋁液沖蝕磨損作用下涂層一旦發生破碎或剝落，鋁液將直接與基體接觸加速材料的熔蝕失效。中國發明專利CN104073706A公開了一種制備耐高溫鋁液熔蝕-磨損鐵基復合材料的方法，綜合考慮利用金屬/陶瓷二者的優勢，采用含鎳陶瓷預制體增強鐵基復合材料的耐高溫鋁液熔蝕-磨損性能，該方法仍存在金屬與陶瓷界面結合強度低，制備工藝復雜，陶瓷前驅體在循環熔蝕-磨損工況使用中發生剝落、失效。另外，難熔合金如鎢、鈦、鈮等具有良好的耐高溫鋁液熔蝕-磨損性能，但該系列材料的制備、加工成形困難及成本高限制了該類材料的應用。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種耐高溫鋁液熔蝕-磨損高硼鑄鋼材料及其制備方法。本發明通過調控Cr、Mo、B和Al的含量，固溶強化并穩定基體相，形成不同形貌及尺寸的強穩定性、耐蝕性硼化物相協同增強，進而制備出具有一定強韌性且耐高溫鋁液熔蝕-磨損性能優異的高硼鑄鋼。

本發明的目的至少通過如下技術方案之一實現。

本發明提供的一種耐高溫鋁液熔蝕-磨損高硼鑄鋼材料，按照質量百分比計，包括：0.1-1.0wt.％的C、1.0-6.5wt.％的B、7.5-25.0wt.％的Cr、0.5-12.5wt.％的Mo、0.5-3.5wt.％的Si、0.5-8.5wt.％的Al、0.2-1.2wt.％的Mn、S0.05wt.％、P0.05wt.％，余者為Fe。

進一步地，所述的耐高溫鋁液熔蝕-磨損高硼鑄鋼材料，按照質量百分比計，包括：0.1-0.8wt.％的C、1.0-5.0wt.％的B、10.0-25.0wt.％的Cr、0.5-10.0wt.％的Mo、0.5-3.5wt.％的Si、0.5-8.5wt.％的Al、0.2-1.2wt.％的Mn、S0.05wt.％、P0.05wt.％，余者為Fe。

本發明提供的一種制備所述的耐高溫鋁液熔蝕-磨損高硼鑄鋼材料的方法，包括如下步驟：