一种用于轧辊再制造的颗粒增强铬硼铁基耐磨复合材料及其制备工艺制造技术

本发明专利技术为一种用于轧辊再制造的颗粒增强铬硼铁基耐磨复合材料及其制备工艺。在中、低碳高铬钢中，加入适量硼，形成高硬度的铬铁硼碳化合物，以改善高铬钢的耐磨性；同时加入适量微合金元素，改善铬铁硼碳化合物的形态和分布，提高铸造耐磨合金的强度和韧性。本发明专利技术颗粒增强铬硼铁基耐磨复合材料的化学组成成分及其质量百分数(%)是：C∶1.75～3.0,Cr∶1.5～4.0,B∶0.07～0.4,Mn∶0.4～0.8,Si∶0.4～1.2,Ni：0.30-0.45，Mg：0.02-0.04，Ce：0.03-0.05，Ti：0.04-0.08，N：0.008-0.015，S＜0.04，P＜0.04，余量Fe；其中铬、硼、锰、硅和钛分别以铬铁、硅铁、锰铁、钛铁和硼铁形式加入，而镁和镍以镁镍合金形式加入，铈以铈基稀土硅铁形式加入，氮以含氮铬铁形式加入。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术为一种用于轧辊再制造的颗粒增强铬硼铁基耐磨复合材料及其制备工艺。在中、低碳高铬钢中，加入适量硼，形成高硬度的铬铁硼碳化合物，以改善高铬钢的耐磨性；同时加入适量微合金元素，改善铬铁硼碳化合物的形态和分布，提高铸造耐磨合金的强度和韧性。本专利技术颗粒增强铬硼铁基耐磨复合材料的化学组成成分及其质量百分数(%)是：C∶1.75～3.0,Cr∶1.5～4.0,B∶0.07～0.4,Mn∶0.4～0.8,Si∶0.4～1.2,Ni：0.30-0.45，Mg：0.02-0.04，Ce：0.03-0.05，Ti：0.04-0.08，N：0.008-0.015，S＜0.04，P＜0.04，余量Fe；其中铬、硼、锰、硅和钛分别以铬铁、硅铁、锰铁、钛铁和硼铁形式加入，而镁和镍以镁镍合金形式加入，铈以铈基稀土硅铁形式加入，氮以含氮铬铁形式加入。【专利说明】一种用于轧辊再制造的颗粒增强铬硼铁基耐磨复合材料及其制备工艺
本专利技术涉及一种铁基耐磨复合材料制备工艺，特别涉及一种含有铬、硼合金元素的铁基耐磨复合材料制备工艺，属于耐磨材料制造
。
技术介绍
工程应用中的材料往往因为腐蚀、断裂和磨损而失效。而其中的磨损虽然不像腐蚀和断裂给零件带来的失效引起是灾难性的危害，但却造成了巨大的经济损失。粗略估计由磨损带来的经济损失占工业国家国民生产总值的2%到8%。我国每年消耗的金属耐磨材料高达300万吨或更多。磨损已成为日前冶金、矿山、电力、机械等等众多领域机器零件失效的罪魁祸首，在失效的零件中，磨损失效已经占到75%至80%左右。其中磨料磨损造成一半以上的磨损损耗，是金属磨损中的主要损耗形式。金属磨损已俨然成为当今经济发展的重要问题。在这种形势下，研发耐磨材料，降低金属的磨损对国民经济有重要意义。研究耐磨材料，运用相关知识开发优秀的耐磨金属材料，对我国的经济发展无疑是有着巨大的效益。目前广泛应用的金属耐磨材料主要有高锰钢、低、中合金耐磨钢和高铬铸铁。高锰钢特点为屈服强度低，在承受强烈冲击力的工况下，可以产生加工硬化，具有较好的耐磨性。低、中合金耐磨钢与高锰钢相比，其在低冲击力下工作，也能因形变产生相变而发生加工硬化，使耐磨性提高 。而高铬铸铁具有高硬度和高耐磨性，但存在脆性大，使用中易剥落甚至开裂的不足。因此，开发生产工艺简单、生产成本低廉、强度和韧性高、淬透性和淬硬性好的新一代钢铁耐磨材料，在磨料磨损工况下取代目前广泛使用的普通耐磨材料，无疑具有十分重要的意义。硼在地壳中的含量约为lOppm，是地壳中最重要的元素之一。而我国是世界上硼资源比较丰富的国家之一，位居世界第4位。随着铬、钥、镍、钨、钒等合金元素在钢铁材料中使用量的不断增加，价格飞速上涨，供应日趋紧张，导致普通钢铁耐磨材料生产成本不断攀升。在普通钢铁材料中，加入适量硼，通过调节合金中硼含量和碳含量可以实现对硼化物体积百分数及基体含碳量的控制，使材料具有优异的耐磨性和强韧性。
技术实现思路
本专利技术针对现有耐磨复合材料存在的上述不足，在中、低碳高铬钢中，加入适量硼，形成高硬度的铬铁硼碳化合物，以改善高铬钢的耐磨性；同时加入适量微合金元素，改善铬铁硼碳化合物的形态和分布，提高铸造耐磨合金的强度和韧性。本专利技术的目的可以通过以下措施来实现: 本专利技术颗粒增强铬硼铁基耐磨复合材料的化学组成成分及其质量百分数(%)是:C: 1.75 ~3.0，Cr: 1.5 ~4.0，B: 0.07 ~0.4，Mn: 0.4 ~0.8，Si: 0.4 ~1.2，Ni:0.30-0.45,Mg: 0.02-0.04, Ce:0.03-0.05, Ti:0.04-0.08,N:0.008-0.015, S < 0.04，P < 0.04，余量Fe ;其中铬、硼、锰、硅和钛分别以铬铁、硅铁、锰铁、钛铁和硼铁形式加入，而镁和镍以镁镍合金形式加入，铈以铈基稀土硅铁形式加入，氮以含氮铬铁形式加入。本专利技术颗粒增强铬硼铁基耐磨复合材料采用电炉熔炼，其制造工艺步骤是: ①将普通废钢和铬铁混合加热熔化，钢水熔清后加入硅铁和锰铁，硅铁和锰铁加入5分钟后，再加入硼铁； ②炉前调整成分合格后将温度升至1550~1650°C，加入占钢水质量0.1%~0.12%的铝脱氧，随后加入钛铁和镁镍合金2~5分钟后出炉； ③将铈基稀土硅铁、含氮铬铁和金属锌破碎至粒度为10~12mm的小块，经170~220°C烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行微合金化处理； ④钢水温度降至1450~1550°C，直接浇入铸型，钢水浇注I~10小时后开箱空冷； ⑤颗粒增强铬硼铁基耐磨复合材料进行淬火和回火热处理。淬火加热温度为950~1050°C，保温时间2~6小时，油冷至温度低于200°C进行回火热处理，回火加热温度为400~500°C，回火保温时间4~15小时，炉冷至温度低于200°C后，最后空气冷却至室温。本专利技术颗粒增强铬硼铁基耐磨复合材料具有硬度高、韧性好等特点，在实际使用中具有优异的耐磨性。采用本专利技术制造的再制造轧辊，具有良好的耐磨性和抗热疲劳性能，其使用寿命比Cr15Mo3高铬白口铸铁提高30%~60%，但生产成本比Cr15Mo3高铬白口铸铁降低20%，且克服了高铬白口铸铁轧辊使用中易剥落和开裂的不足。本专利技术材料，可提高设备运转效率，降低工人劳动强度，具有显著的经济和社会效益。本专利技术与现有技术相比具有以下优点: 1)本专利技术材料的硬度和韧性可以宽幅调整，以满足不同的磨损工况要求，其中硬度达到58~65HRC，冲击韧性达到14~30J/cm2 ；` 2)本专利技术材料以廉价的铬、硼为主要合金元素，不含价格昂贵的钨、钥、钒、铌等合金元素，镍元素加入量也较少，因此成本低廉，生产成本比市场上常用的Cr15Mo3高铬白口铸铁降低20%。3)本专利技术材料铸造、热处理和使用过程中，不会开裂和剥落，克服了高铬白口铸铁使用安全性差的不足。【具体实施方式】下面结合实施例对本专利技术做进一步详述。实施例1: 本专利技术颗粒增强铬硼铁基耐磨复合材料的化学组成成分及其质量百分数(%)是:C: 2 ~3.0，Cr: 2 ~4.0，B: 0.1 ~0.4，Mn: 0.4 ~0.8，Si: 0.4 ~1.2，N1:0.30-0.45，Mg: 0.02-0.04，Ce:0.03-0.05，Ti:0.04-0.08，N:0.008-0.015，S < 0.04，P< 0.04,余量Fe ;其中铬、硼、猛、娃和钛分别以铬铁、娃铁、猛铁、钛铁和硼铁形式加入,而镁和镍以镁镍合金形式加入，铈以铈基稀土硅铁形式加入，氮以含氮铬铁形式加入。本专利技术颗粒增强铬硼铁基耐磨复合材料采用电炉熔炼，其制造工艺步骤是: ①将普通废钢和铬铁混合加热熔化，钢水熔清后加入硅铁和锰铁，硅铁和锰铁加入5分钟后，再加入硼铁； ②炉前调整成分合格后将温度升至1600°C，加入占钢水质量0.1%的铝脱氧，随后加入钛铁和镁镍合金3分钟后出炉； ③将铈基稀土硅铁、含氮铬铁和金属锌破碎至粒度为10~12mm的小块，经180~200°C烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行微合金化处理； ④钢水温度降至1500°C，直接浇入铸型，钢水浇注I小时后进行淬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于轧辊再制造的颗粒增强铬硼铁基耐磨复合材料及其制备工艺，其特征在于其化学组成成分及其质量百分数(%) 是：C：1.75～3.0,Cr：1.5～4.0,B：0.07～0.4, Mn：0.4～0.8,Si：0.4～1.2, Ni：0.30‑0.45，Mg： 0.02‑0.04，Ce：0.03‑0.05，Ti：0.04‑0.08，N：0.008‑0.015，S＜0.04，P ＜0.04，余量Fe ；其中铬、硼、锰、硅和钛分别以铬铁、硅铁、锰铁、钛铁和硼铁形式加入，而镁和镍以镁镍合金形式加入，铈以铈基稀土硅铁形式加入，氮以含氮铬铁形式加入。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黎振华，邱小明，张莹，宋武林，张祥林，丁刚，丁家伟，耿德英，王爱华，符寒光，郭洪才，印杰，
申请(专利权)人：江苏新亚特钢锻造有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32