高硼高鉻耐磨合金鋼及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種高硼高鉻耐磨合金鋼及其制造方法，質量百分比：0.20～0.4%C，20～26%Cr，0.4～1.0%Mo，0.7～1.10%Si，3.6～5.4%Mn，0.5～2.0%B，?0.3～1.8%Cu，0.2～0.8%Ti,?0.10～0.30%V，0.10～0.25%Ca，0.05～0.3%Ce,0.02～0.18%N，0.04～0.13%K，?S<0.03%,P<0.04%，余量為Fe；采用中頻爐熔化至1560～1620℃，將由60～100目的釩鐵、鈦鐵、氧化鉀、硅鈣鋇合金、含氮鉻鐵和BC、BN、B2O3、Si3N4和變質元素稀土Ce一起按照質量百分比配比后采用厚度0.12～0.25mm低碳鋼滾軋成直徑8～15mm的金屬包芯線作為供硼劑加入到冶煉好的鋼水中加硼和變質孕育處理，鋼水澆注溫度為1400～1450℃；鑄件經920～1150℃保溫2～4小時，然后空冷到室溫。本發明專利技術具有強度、硬度和韌性、耐熱疲勞性和耐磨性好，生產成本低等優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于鋼鐵材料
，設及一種鑄造耐磨模具鋼及其制備方法，特別是 一種高棚高銘耐磨合金鋼及其制造方法。
技術介紹
現代科技的發展對材料的要求越來越高，磨損是礦山、冶金、機械、電力、煤炭、石 油、建材、交通等工業部口普遍存在并成為引起設備損壞或材料失效和能源消耗的一個重 要原因，也是機械零件Ξ種主要的失效形式之一，研究和發展新一代耐磨材料，減少金屬磨 損，對國民經濟具有重要的意義。目前廣泛應用的金屬耐磨材料主要有合金鋼和鑄鐵基耐 磨材料，前者初性好，但存在硬度低和耐磨性差的不足。鐵基耐磨材料可分為兩大類，一類 是組織中含有大量地、粗大地、高硬度地硬質相5%vol.);另一類是組織中沒有或只含有 少量地硬質相。由于硬質相的耐磨性高于基體，所W硬質相自然成為耐磨材料的耐磨骨架。 傳統的白口鑄鐵是運一類耐磨材料的典型代表。在白口鑄鐵中，組織中含有約10%vol.的 MsC型或M,C型碳化物。因為MsC型或M,C型碳化物具有高硬度，因而，白口鑄鐵具有高耐磨 性。在鐵基耐磨材料中，目前發現的可W作為耐磨骨架的硬質相主要有兩大類，一類為碳化 物；另一類為棚化物。目前，人們對W碳化物作為耐磨骨架的鐵基耐磨材料研究的較多，而 對于W具有更高硬度的棚化物作為耐磨骨架的鐵基耐磨材料卻研究的很少。由于白口鑄鐵 具有高硬度和高耐磨性，因而目前在金屬耐磨材料領域仍然大量使用該類材料，但該類材 料存在脆性大，使用中易剝落甚至開裂的不足，因而無法滿足現代工業發展對高性能耐磨 材料的要求。因此，開發生產工藝簡單、生產成本低廉、強度和初性高、澤透性和澤硬性好的 新一代鋼鐵耐磨材料，在磨料磨損工況下取代目前廣泛使用的普通耐磨材料，無疑具有十 分重要的意義。 為提高金屬耐磨材料的抗磨性能，滿足應用要求，近年來，國內外開展了大量的研 究，開發出了大量的新型高性能耐磨材料。中國專利技術專利CN1039267公開了一種耐磨高銘 鑄鐵的組成及其制備工藝，該材料的化學成分(按重量百分比）為：2. 9~3. 2%C，0. 4~ 0. 8%Si,0. 4 ~1. 0%Μη，1. 2 ~2. 0%Mo, 18. 0 ~20. 0%Cr，4. 0 ~5. 0%V，0. 8 ~1. 2%Cu， 0. 05~0. 5%RE，P< 0. 08%，S< 0. 05%，其余為鐵。該耐磨高銘鑄鐵與普通耐磨材料相比， 具有耐磨損，機械性能好，熱處理工藝簡單，能耗低等優點，適合于制作工作環境苛刻的耐 磨零部件。但該種耐磨鑄鐵中含有較多的饑、鋼等合金元素，生產成本高，且還存在著高溫 熱處理時易開裂，材料的脆性大，使用中易剝落甚至開裂等不足。為了提高高銘白口鑄鐵的 初性，中國專利技術專利CN1115339公開了銘系白口鑄鐵復合孕育劑，該孕育劑選用對銘系白 口鑄鐵凝固起孕育作用的C、化、化Ξ元素的同時，通過添加Si、Mg、RE合金元素，W改變第 二相形態和分布，起到對金屬烙體的變質作用，在工藝上采用了孕育與變質相結合的技術 路線。采用該專利技術可W使銘系白口鑄鐵的沖擊功達到4. 5J，使沖擊初性提高60%，斷裂初性 達到32MPa.ml/ 2,提高30%，抗拉強度達到668MPa。但該材料的脆性仍然較大，在重載、沖擊 磨損工況下使用，安全可靠性較低。 棚是我國富產元素，總膽量占世界第五位。大量研究表明，在鋼中加入適量棚，通 過調節合金中棚含量和碳含量可W實現對棚化物體積百分數及基體含碳量的控制，使材料 具有優異的耐磨性和強初性。在白口鑄鐵中加入微量棚還可W細化共晶碳化物，改善碳化 物的形態和分布，提高白口鑄鐵力學性能。在工程應用中已經證實，棚加入結構鋼中可W代 替一部分或全部儀、銘、儘、鋼等，在汽車工業中用棚鋼代替40Cr鋼，其使用壽命不低于銘 鋼。開發W棚為主要合金元素的金屬耐磨材料，使其具有良好的澤硬性和澤透性，貴重合金 元素加入量少，生產成本低廉，烙煉工藝簡單，成形性好，無污染，同時采用金屬烙體凈化和 變質處理工藝，改善含棚合金材料的組織形態，使其具有良好的強初性和耐磨性，在耐磨材 料領域將具有廣泛的應用前景。為此中國專利技術專利CN1624180公開了一種高棚鑄造鐵基 耐磨合金及其熱處理方法，該高棚鑄造鐵基耐磨合金的主要化學成分(重量％)為：〇. 15~ 0. 70%C，0. 3 ~1. 9%B，0. 4 ~0. 8%Si,0. 6 ~1. 3%Μη，0. 3 ~0. 80% 化，0. 05 ~0. 25% Ce，0. 02 ~0. 10〇/〇La，0. 005 ~0. 018〇/〇Ca，0. 04 ~0. 18〇/〇Κ，0. 08 ~0. 25〇/〇Α1，Ρ< 0. 04〇/〇， S< 0. 04%，其余為化。該合金經熱處理后可W獲得板條狀馬氏體加高硬度棚化物組成的 復合組織，使材料具有較好的綜合性能，但棚化物呈連續網狀分布，使材料的脆性較大。為 提高高棚合金初性，國內外進行了大量的研究。中國專利技術專利CN1804091公開了鑄造高棚 耐磨合金的初化方法，該方法是將化學成分為：〇. 30~0. 35%C，1. 0~1. 5%Β，0. 6~0. 8% Si，0. 8~1.0%Μη，Ρ<0. 04%，S<0. 04%，其余為Fe、Ti和不可避免的雜質元素，其中Ti 是由變質劑鐵鐵帶入的。其初化方法為：先將鋼液烙煉并用侶脫氧后，加入變質劑鐵鐵合 金進行變質處理，待化清化渣后進行誘注，誘注完成后進行初化熱處理，初化熱處理溫度為 1020°C~1050°C，保溫時間為2~3小時，然后進行澤火或正火，最后回火：變質劑鐵鐵合 金用量為鑄造高棚耐磨合金的0. 75~1. 0%。經初化處理后的砂型鑄造高棚耐磨合金的共 晶棚化物呈孤立狀分布在基體中。由于該工藝沒有將棚化物變成顆粒狀，僅僅是大塊狀分 布，因此仍然存在材料的脆性大，初性不太高，僅為12. 5J，無法滿足在重載、沖擊磨損工況 下的安全使用。 前蘇聯專利號SU1，447, 926公開的一種"高強度和高沖擊初性高棚合金制造方 法"，該高棚合金的化學成分為：〇. 2~0. 50%C，2. 1~3. 5%B，0. 15~0. 6%Si, 0. 25~ 0. 80%Μη，0. 2~0. 80%Sb，該合金組成中含有較多的錬，將顯著增加高棚合金的生產成 本，且含棚量較高，合金組織中棚化物數量增加，不利于高棚合金初性的改善。 為提高高銘鑄鐵的耐磨性能，降低高銘鑄鐵的生產成本，日本專利JP3150334-A、 JP93041691-B公開了一種含棚高銘鑄鐵，其主要化學成分為：2. 7~3. 5%C，0. 2~1. 0% Si, 0. 5 ~1. 5%Μη，27 ~：34%Cr，0. 5 ~2. 0%Mo, 0. 5 ~2. 0%W，《0. 1%B，該高棚高銘 鑄鐵經過950~1100°C正火和200~500°C回火后，硬度達到62HRCW上，沖擊強度超過 0. 23。由于棚含量較少，為了提高澤透性，因此在合金中加入了 0. 5~2. 0%M〇,且含銘量較 高，增加了生產成本。 為降低生產成本，提高高銘鑄鐵的性能，中國專利技術專利CN101260497A公開了含棚 高銘耐磨鑄鐵及其制造方法，其特本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高硼高鉻耐磨合金鋼，其特征在于所屬的合金鋼的化學成分及其重量百分比為：0.20～0.4%?C，20～26%?Cr，0.4～1.0%?Mo，0.7～1.10%?Si，3.6～5.4%?Mn，0.5～2.0%?B，0.3～1.8%?Cu，0.2～0.8%?Ti,?0.10～0.30%?V，0.10～0.25%?Ca，0.05～0.3%?Ce,0.02～0.18%?N，0.04～0.13%K，?S<0.03%,?P<0.04%，余量為Fe和不可避免的雜質元素。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：丁家偉，皇志富，丁剛，耿德英，鹿微微，鹿策，施孟達，
申請(專利權)人：丹陽嘉偉耐磨材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32