一种基于(V、Ti)C颗粒增强的铁基复合耐磨钢及其制造方法技术

本发明专利技术属于冶金领域，具体涉及高硬度高韧性耐磨钢及其制造方法。本发明专利技术公开了一种耐磨钢，所述耐磨钢的化学成分以百分比计(重量)由下列组份组成：C 2.0～3.0％，Mn 0.4～0.8％，Si 0.5～0.8％，Cr 3.0～5.0％，V 4.64～9.0％，Ti 0～4.36％，Mo 2.0～4.0％，Re 0.05～0.2％，P≤0.07％，S≤0.07％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明专利技术所得耐磨钢具有良好的冲击韧性和较高的硬度，可达到如下力学性能：硬度HRC≥65，抗拉强度σ

Iron base composite wear resistant steel based on (V, Ti) C particle reinforced and its manufacturing method

The invention belongs to the metallurgical field, and specifically relates to high hardness and high toughness wear-resistant steel and a manufacturing method thereof. The present invention discloses a kind of wear-resistant steel, which consists of the following components: C 2 ~ 3%, Mn 0.4 ~ 0.8%, Si 0.5 ~ 0.8%, Cr 3 to 5%, V 4.64 ~ 9%, Ti 0 ~ 4.36%, Mo 2 ~ 4%, Re For Fe and unavoidable impurities. The wear resistant steel has good impact toughness and high hardness, and can achieve the following mechanical properties: hardness HRC > 65, tensile strength sigma B > 1600Mpa, impact toughness aKu more than 60J/cm2, wear resistance is 3~4 times of high chromium cast iron (Cr26), and overcoming the shortage of high chromium cast iron, easy to break and break in use. High production cost, low chromium cast iron.

【技术实现步骤摘要】
一种基于(V、Ti)C颗粒增强的铁基复合耐磨钢及其制造方法
本专利技术涉及钢铁材料加工
，特别涉及一种基于(V、Ti)C颗粒增强的铁基复合耐磨钢及其制造方法。
技术介绍
材料磨损造成的经济损失相当惊人，它损失了世界上1/3的一次能源。我国每年因磨损造成的经济损失占GDP的2％～7％，仅磨料磨损每年就要消耗300多万吨金属耐磨材料，且还以每年15％的速度在增长。故研制和使用高性能、高寿命耐磨材料，具有重大的经济意义。目前，耐磨材料归纳起来有以下几种：(1)奥氏体耐磨锰钢，以高韧性著称，原始组织为单相奥氏体或奥氏体加少量碳化物的组织，在强烈的冲击载荷或挤压载荷下，受力表面被加工硬化，硬度可从原始的200HB左右提高到500HB以上，而心部仍保持着良好的韧性。(2)铬系白口铸铁，组织为(Fe，Cr)7C3型碳化物和γ相，且主要靠(Fe，Cr)7C3碳化物提高耐磨性。(3)钢铁耐磨复合材料，是以钢为粘结金属，以难熔金属碳化物作陶瓷硬质相的结合材料，其组织特点是微细陶瓷硬质颗粒均匀分散于钢基体中，兼有陶瓷颗粒的硬度、耐磨性，以及钢的强度和韧性。目前我国仍将高锰钢作为主要耐磨材料，但在中、小冲击负荷下，由于以切削磨损为主，高铬白口铸铁尽管硬度高、耐磨性好，但存在脆性大和冲击负荷下使用安全性差以及生产成本高等不足。复合耐磨材料由于结合了各耐磨材料的优点，具有优异的耐磨性能，成为最近几年耐磨材料研究的重点。为了提高颗粒增强材料的耐磨性，中国专利技术专利CN101886219A公开了一种颗粒增强耐磨钢复合材料及其制备方法。耐磨铸钢含有C1.0～1.2％、Mn15％～19％、V2.0％～4.0％、Co0.2％～0.4％、Si0.02％～0.05％、Pr0.03％～0.09％、Nd0.05％～0.2％、Gd0.05％～0.1％、余量为Fe。本专利技术的颗粒增强耐磨钢复合材料主要是将C、Mn、Si、V、Co和铁的原料加入电炉熔化后(温度1590～1620℃)，倒入底部装有Pr、Nd和Gd的原料的包中，吹氩搅拌；当包内钢液温度达到1590℃时便浇铸成形，形成铸态颗粒增强耐磨钢复合材料，再将材料经1050～1080℃奥氏体化后水韧处理后，即制备而成。采用本工艺生产的耐磨钢工艺简单，成本较低，但是其耐磨性能还需要进一步提高。中国CN200910218979.9公开了一种高锰钢基SiC颗粒表面复合材料的制备方法，该方法首先对SiC颗粒进行表面处理，然后制备消失模模样，并在消失模模样相应于零件的磨损面覆加SiC颗粒膏块，对处理后的模样按照常规消失模浇铸工艺进行造型、涂覆涂料，浇注时采取负压实型铸造工艺，选用高锰钢作为浇铸基体材料，并将浇铸温度控制在1350℃，浇注后空冷20min。铸型经冷却、脱型、清理后获得烧结较好的表面高锰钢基SiC颗粒复合层。本技术中采取外加SiC颗粒制备复合材料，必须进行预处理，工序复杂，也难以控制复合材料的质量。中国专利CN103667850A公开了一种颗粒增强金属基复合材料的制备方法，先将增强颗粒与基体粉末置于球磨机中，使其能够混合均匀，然后将混合后粉末置于放电等离子烧结设备中在真空下进行烧结，将烧结后试样进行重熔，取出后即为颗粒增强金属基复合材料，本专利技术工艺较为复杂，且生产后的产品中容易出现气孔等缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足之外，提供一种(V，Ti)C颗粒增强的铁基复合耐磨钢及其制造方法，该耐磨钢利用硬度更高的TiC相(HV3400)代替部分VC相(HV2600)，在现有的基础上进一步提高了材料的硬度、耐磨性和韧性，同时利用部分金属Ti代替了金属V，降低了制造成本。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于(V、Ti)C颗粒增强的铁基复合耐磨钢的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：在1000kg电炉炉内熔炼本专利技术材料，具体制造工艺步骤是：①先在电炉内以废钢、生铁、增碳剂、锰铁、铬铁、钒铁、钛铁和金属铝为原料，熔炼耐磨钢铁水，熔化温度为1580～1620℃，钢水中元素的质量分数控制在：C2.0～3.0％，Mn0.4～0.8％，Si0.5～0.8％，Cr3.0～5.0％，V4.64～7.82.0％，Ti1.18～4.36％，Mo2.0～4.0％，Re0.05～0.2％，P≤0.07％；S≤0.07％，余量为Fe及不可避免的杂质。②在钢包底部提前加入Re稀土元素，将熔化好的钢液倒入钢包中，吹氩搅拌；③当包内钢液温度达到1540～1550℃时便浇铸成形，浇铸完1～3h后，开箱空冷铸件，清理浇冒口；④将铸件随炉加热至600℃，保温1h，然后升温至900～960℃，保温1～4h，然后进行空冷，即可得到(V，Ti)C颗粒增强的铁基耐磨钢。本专利技术的有益效果为：1)本专利技术的一种基于(V、Ti)C颗粒增强的铁基复合耐磨钢通过降低钒含量，而用价格较低的钛替代部分钒。可生成高硬度的钛碳化合物(钒碳化合物硬度为2600HV，而钛碳化合物硬度可达3400HV)颗粒增强相，可明显提高材料的硬度和耐磨性，并且降低了生产成本。本专利技术的一种基于(V、Ti)C颗粒增强的铁基复合耐磨钢可达到如下力学性能：硬度HRC≥65，抗拉强度σb≥1600Mpa，冲击韧性aKu≥60J/cm2。2)本专利技术一种基于(V、Ti)C颗粒增强的铁基复合耐磨钢应用于磨损领域，耐磨性是高铬铸铁(Cr26)的3～4倍，而且克服了高铬铸铁脆性大、使用中易破碎和断裂的不足，生产成本较高铬铸铁低30％以上。具体实施方式实施例1本实施例的(V，Ti)C颗粒增强的铁基复合耐磨钢的化学成分以百分比计(重量)由下列组份组成：C2.0％，Mn0.4％，Si0.5％，Cr5.0％，V4.64％，Ti4.36％，Mo2.0％，Re0.05％，P≤0.07％，S≤0.07％，余量为Fe及不可避免的杂质。本实施例的(V，Ti)C颗粒增强的铁基复合耐磨钢的制造，包括下列步骤：在1000kg电弧炉内熔炼本专利技术材料，具体制造工艺步骤是：①先在电炉内以废钢、生铁、增碳剂、锰铁、铬铁、钒铁、钛铁和金属铝为原料，熔炼耐磨钢铁水，熔化温度为1580～1620℃；②在钢包底部提前加入Re稀土元素，将熔化好的钢液倒入钢包中，吹氩搅拌；③当包内钢液温度达到1540～1550℃时便浇铸成形，浇铸完1～3小时候，开箱空冷铸件，清理浇冒口；④将铸件随炉加热至600℃，保温1h，然后升温至900～960℃，保温1～4h，然后进行空冷，即可得到(V，Ti)C颗粒增强的铁基耐磨钢。实施例2本实施例的(V，Ti)C颗粒增强的铁基复合耐磨钢的化学成分以百分比计(重量)由下列组份组成：C2.3％，Mn0.5％，Si0.6％，Cr3.5％，V5.13％，Ti3.87％，Mo2.5％，Re0.08％，P≤0.07％，S≤0.07％，余量为Fe及不可避免的杂质。制造方法参照实施例一。实施例3本实施例的(V，Ti)C颗粒增强的铁基复合耐磨钢的化学成分以百分比计(重量)由下列组份组成：C2.7％，Mn0.65％，Si0.7％，Cr4.5％，V6.54％，Ti2.46％，Mo3.5％，Re0.12％，P≤0.07％，S≤0.07％，余量为Fe及不可避免的杂质。制造方法参照实施例一。实施例4本实施例的(V，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于(V、Ti)C颗粒增强的铁基复合耐磨钢，其特征在于，所述铁基复合耐磨钢成分质量百分比如下：C 2.0～3.0％，Mn 0.4～0.8％，Si 0.5～0.8％，Cr 3.0～5.0％，V 4.64～7.82％，Ti 1.18～4.36％，Mo 2.0～4.0％，Re 0.05～0.2％，P≤0.07％，S≤0.07％，余量为Fe及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种基于(V、Ti)C颗粒增强的铁基复合耐磨钢，其特征在于，所述铁基复合耐磨钢成分质量百分比如下：C2.0～3.0％，Mn0.4～0.8％，Si0.5～0.8％，Cr3.0～5.0％，V4.64～7.82％，Ti1.18～4.36％，Mo2.0～4.0％，Re0.05～0.2％，P≤0.07％，S≤0.07％，余量为Fe及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的(V，Ti)C颗粒增强的铁基耐磨钢，其特征在于，所述铁基复合耐磨钢成分质量百分比如下：C2.0％，Mn0.4％，Si0.5％，Cr5.0％，V4.64％，Ti4.36％，Mo2.0％，Re0.05％，P≤0.07％，S≤0.07％，余量为Fe及不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的(V，Ti)C颗粒增强的铁基耐磨钢，其特征在于，所述铁基复合耐磨钢成分质量百分比如下：C2.3％，Mn0.5％，Si0.6％，Cr3.5％，V5.13％，Ti3.87％，Mo2.5％，Re0.08％，P≤0.07％，S≤0.07％，余量为Fe及不可避免的杂质。4.根据权利要求1所述的(V，Ti)C颗粒增强的铁基耐磨钢，其特征在于，所述铁基复合耐磨钢成分质量百分比如下：C...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新彬，李天生，
申请(专利权)人：湖南工学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43