一种含硼多元低合金耐磨铸钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含硼多元低合金耐磨铸钢，其化学成分是（重量％）：Ｃ，０．２０％～０．４５％；Ｍｎ，１．１％～１．８％；Ｓｉ，０．８％～１．５％；Ｃｒ，０．３％～１．２％；Ｂ，０．０５％～０．２０％；Ｔｉ，０．０８％～０．３０％；Ｎ，０．０３％～０．２０％；Ｃａ，０．０５％～０．１５％；Ｋ，０．０４％～０．１５％；其余为Ｆｅ和不可避免的微量杂质。制备采用废钢、硅铁、铬铁、锰铁配料，用废石墨电极或生铁增碳，钢水熔化、炉前调整成分合格后，将钢水升温至１６２０～１６６０℃，出炉前加入硅钙合金、硼铁、钛铁和含氮铬铁，而后出炉，将钇基稀土镁合金和含钾物质破碎至粒度小于１５ｍｍ的小块，经１３０～１８０℃烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水复合变质处理，钢水浇注温度１４８０℃～１５２０℃铸件经８３０℃～１０５０℃×（０．５～４）ｈ奥氏体化后，快速冷却，随后在１５０℃～３００℃保温（２～６）ｈ后炉冷或空冷，即可得到含硼多元低合金耐磨铸钢。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于耐磨金属材料
，涉及一种耐磨铸钢及其制备方法， 特别是一种不含钼、镍等贵重合金元素的含硼多元低合金耐磨铸钢及其制备 方法。
技术介绍
磨损是冶金、矿山、机械、电力、煤炭、石油、交通、航空和军工等许 多工业部门普遍存在并成为引起设备失效或材料破坏的一个重要原因，也是 造成经济损失最多的问题之一，研究和发展新一代耐磨材料，减少金属磨损， 对国民经济具有重要的意义。目前广泛应用的耐磨材料主要有合金钢和白口 铸铁，前者韧性好，但存在强度和硬度低、耐磨性差的不足，后者具有高硬 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。为了提高材料的强韧性和耐磨性，通常都要加入钼、 镍、铬、钨、钒等合金元素，随着合金资源的日益紧缺，钼、镍、铬、钩、 钒等合金供应日趋紧张，价格飞速上涨，导致普通钢铁耐磨材料生产成本不断攀升。日本专利JP8144009-A报道了一种含锰、镍、铬、钼的高韧性用于 制造破碎机锤头的耐磨铸钢，其化学组成(wtn/。)如下C， 0.3-0.45， Si《0.5， Mn《1.2， Ni， 1.5-2.5, Cr, 0.7-2， Mo， 0.4-1.0，余量Fe和不可避免的杂 质，这种材料具有优异的韧性和耐磨性，但含有较多价格昂贵的镍和钼，使 合金生产成本增加。前苏联专利SU1650756-A报道了一种含碳、硅、锰、 铬、氮、稀土、钙的多元低合金耐磨钢，为了改善基体的性能，特别是改善耐磨性，还加入一定数量的钒、铌和钴，其化学组成(wt /。)如下C， 0.6-0.8， Si, 0.1-0.4, Mn， 0.7-1.7, Cr, 1.3-1.6, N， 0.01-0.03, RE, 0.01-0.027, Ca， 0.001-0.003， V， 1.1-1.5， Nb， 0.6-0.9、 Co， 0.3-0.7，余量Fe和不可避免的 杂质，这种合金材料尽管具有较好的力学性能和耐磨性，但加入价格昂贵的 钒、铌和钴，使合金生产成本急剧增加。前苏联专利SU1650759-A还报道 了一种用铈和钡取代铌和钼的多元低合金耐磨铸钢，其化学组成(wt /。)如 下C， 0.5-0.9， Si， 0.5-1.0， Mn, 1.5-2.5， Cr， 2.5-3.5， Ti， 0.05-0.15， V， 0.1-0.5， B， 0.002-0.008, Ca， 0.01-0.03， Al, 0.01-0.05, Ce， 0.05-0.20， Ba， 0.002-0.006，余量Fe和不可避免的杂质。这种合金具有较高的碳含量 和较好的耐磨性，但存在强度低(710-750MPa)和冲击韧性低(125-138kJ/m2) 的不足，在高冲击工况下无法安全可靠的使用。前苏联专利SU565915-A 还报道了一种硅锰铬含量较高的多元耐磨合金铸钢制造方法，其化学组成 (wt,o/o)如下C， 0.5-0.7， Si， 2.1-3.8， Mn， 2.5-5.0， Cr， 5.0-7.0， Mo, 0.20-0.5， V, 0.05-0.5， Ca， 0.003-0.03， N， 0.005-0.06， Ti， 0.07-0.85,余量Fe和不 可避免的杂质。其硬度达到HRC59以上，具有优异的耐磨性，这种合金材 料硅、锰、络等合金元素加入量多，制造成本高，而且焊接性能也较差。中 国专利技术专利CN033845A报道了一种高强韧性低碳微合金化铸钢，它以碳、 锰、钛、铌、稀土等为合金元素，其化学组成(wt，。)如下C， 0.06-0.18; Mn， 1.4-1.8; Nb， 0.02~0.12; Ti， 0.01~0.10; RE, 0.002~0.06; MoO,3; AK0.06; SO.035; P<0.035，余量Fe和不可避免的杂质。其热处理采用正 火-回火或均匀退火-正火-回火工艺。本专利技术铸钢具有高的韧性和塑性，但碳 含量太低，存在强度和硬度低以及耐磨性差的不足，抗拉强度小于750MPa， 屈服强度小于650MPa。中国专利技术专利CN18242提供了一种耐磨铸钢，以 碳、铬、钼为主要合金元素，辅加少量钒、钛及微量稀土和硼合金元素。其 化学成分含量为(wt，/o): C， 0.15-0.50; Si《0.50; Mn《1.0; Cr, 1.0-2.0;Mo， 0.2-0.5; V， 0.02-0.10; Ti， 0.02-0.10; B， 0.005-0.10; S， 0.05-0.50; P《0.04。余量Fe和不可避免的杂质。这种合金铸钢经热处理后，其显微组 织为马氏体加贝氏体及少量的残余奥氏体，具有良好的强韧性及耐磨性，使 用寿命比高锰钢提高1倍以上，但含有价格昂贵的钼，将增加生产成本。
技术实现思路
本专利技术目的是给出一种不含钼、镍等昂贵合金元素的含硼多元低合金耐 磨铸钢，以廉价的硅、锰为主要合金元素，并加入适量的铬，在此基础上加 入一定数量的硼、钛和氮，加入硼、钛和氮的主要目的是为了获得细小的 TiB2和Ti(C，N)，改善铸钢的强度和耐磨性，部分硼和氮溶入基体，可以明 显提高钢的淬透性。另外加入微量钙、钾、钇和镁等元素，合金总加入量控 制在5%以内，得到强度及硬度高、韧性与耐磨性好、生产工艺简单、生产 成本低和焊接性能好的高强高韧无钼、镍低合金耐磨铸钢。 为了达到上述目的，本专利技术采取如下的技术解决方案 一种含硼多元低合金耐磨铸钢，其化学组成成分是(重量％): C， 0.2(M).45; Mn， 1.1~1.8; Si， 0.8-1.5; Cr， 0.3-1.2; B， 0.05~0.20; Ti， 0.08~0.30; N， 0.03~0.20; Ca， 0.05~0.15; K， 0.04~0,15; Y， 0.08~0.25; Mg， 0.03~0.12;其余为Fe和不可避免的杂质。本专利技术的含硼多元低合金耐磨铸钢采用电炉熔炼，其制造工艺步骤是 首先用废钢、硅铁、铬铁、锰铁配料，用废石墨电极或生铁增碳，钢水熔化、 炉前调整成分合格后，将钢水温度升至620~660°C,出炉前加入硅钙合金、 硼铁、钛铁和含氮铬铁，而后出炉。将钇基稀土镁合金和含钾物质破碎至粒 度小于15mm的小块，经130 180。C烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法 对钢水复合变质处理。变质处理后，将钢水浇注成铸件，钢水浇注温度 1480 1520°C。铸件经830~1050°C X (0.54) h奥氏体化后，快速冷却， 随后在15(TC 30(TC保温(2 6)h后炉冷或空冷，可以得到强度及硬度高、韧性与耐磨性好的含硼低合金耐磨铸钢。本专利技术的含硼多元低合金耐磨铸钢与现有技术相比，主要特点如下-① 不含钼、镍等昂贵合金元素，以锰、硅为主要合金元素，加入不超过1.2%的铬，并加入适量的硼、钛和氮，获得了细小的TiB2和Ti(C, N)颗粒， 改善铸钢的强度和耐磨性。另外加入微量钙、钾、钇和镁等元素，合金总加 入量控制在5%以内，钙、钾、钇和镁等元素净化和细化铸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含硼多元低合金耐磨铸钢，其特征在于，制得的含硼多元低合金耐磨铸钢主要含有下列重量百分比的化学成分：Ｃ，０．２０％～０．４５％；Ｍｎ，１．１％～１．８％；Ｓｉ，０．８％～１．５％；Ｃｒ，０．３％～１．２％；Ｂ，０．０５％～０．２０％；Ｔｉ，０．０８％～０．３０％；Ｎ，０．０３％～０．２０％；Ｃａ，０．０５％～０．１５％Ｋ，０．０４％～０．１５％；Ｙ，０．０８％～０．２５％；Ｍｇ，０．０３％～０．１２％；其余为Ｆｅ和不可避免的微量杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：侯付明，黄惠，蒋乔，
申请(专利权)人：西安国丰机械制造有限责任公司，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]