[发明专利]高硬度过共晶高铬锰钼钨合金耐磨钢铁材料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐磨钢铁材料，特别涉及一种高硬度过共晶高铬锰钼钨合金耐磨钢铁材料及其应用，属于金属耐磨材料技术领域。

背景技术

目前，在冶金、电力、建材、建筑、煤炭、化工、机械等行业的冲刷腐蚀磨损工况条件下，常用含铬量为10％～30％的高铬铸铁材料。

含铬量为10％～30％的高铬铸铁材料的代表为KmTBCr26铸铁，KmTBCr26铸铁硬度约58～61HRC(洛氏硬度)。目前，包括KmTBCr26铸铁在内的高铬铸铁材料由于通过在空气中冷却淬火，从而具有马氏体基体为主的显微组织，硬度和耐磨性较高。但是，其耐磨性尤其是冲刷腐蚀磨损工况的耐磨蚀性能还有待提高。另外，使用目前的高铬铸铁材料形成的铸件因用空淬工艺而显得淬透性有些不足，其中亚共晶和共晶高铬铸铁的硬度还较低，铸件使用的寿命有限。

发明内容

本发明的首要目的在于克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种高硬度过共晶的高铬锰钼钨合金耐磨钢铁材料。

本发明的另一目的在于提供上述钢铁材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种高硬度过共晶的高铬锰钼钨合金耐磨钢铁材料，含有下列质量百分比的化学成分：碳(C)3.0～5.5％，硅(Si)0.3～2.0％，铬(Cr)25.5～40％，锰(Mn)0.3～3.5％，钼(Mo)0.1～3.5％，钨(W)0.1～3.5％，磷(P)≤0.1％，硫(S)≤0.1％，余量为铁(Fe)。

所述高硬度过共晶的高铬锰钼钨合金耐磨钢铁材料还可以包含以下一种或至少两种的化学成分，各化学成分质量百分含量为：铜(Cu)0.1～2.0％，镍(Ni)0.1～2.0％，钛(Ti)0.01～1.0％，锆(Zr)0.01～1.0％，钒(V)0.01～1.0％，铌(Nb)0.01～1.0％，铝(Al)0.01～0.1％，氮(N)0.01～0.3％，硼(B)0.001～0.03％或稀土元素(RE)0.01～0.4％。

为了更好地实现本发明，所述高硬度过共晶的高铬锰钼钨合金耐磨钢铁材料包含以下质量百分含量化学成分的混合物：氮0.01～0.3％，铌0.01～1.0％，硼0.001～0.03％和稀土元素0.01～0.4％。

在所述高硬度过共晶的高铬锰钼钨合金耐磨钢铁材料中，当所述铬的质量百分含量为25.5～30％，其中碳的质量百分含量优选为3.3～5.5％，更优选为3.65～5.0％；当所述铬的质量百分含量为30.5～40％，其中碳的质量百分含量优选为3.0～5.5％，更优选为3.55～5.5％，最优选为4.55～5.5％；当所述铬的质量百分含量为35.5～40％，其中碳的质量百分含量优选为3.05～5.5％，更优选为4.55～5.5％。

所述钨的质量百分含量优选为0.81～3.0％，更优选为2.05～3.0％。

上述高硬度过共晶的高铬锰钼钨合金耐磨钢铁材料的制备方法，包括如下步骤：将生铁、废钢、纯金属和铁合金等原材料加入电炉冶炼，浇铸成型后，将铸造零部件加热至990℃～1060℃进行保温，保温时间根据铸件壁厚而定，一般不少于2小时，然后再将零部件在空气中淬火冷却，再在280℃进行不少于2小时的回火处理，即得高硬度过共晶的高铬锰钼钨合金耐磨钢铁材料。

所述纯金属为铜、镍的一种或两种。

所述制备方法中用到的生铁、废钢、纯金属和铁合金等原材料均为公知的商品化普通原材料，均可从市场上购买获得。

所述材料适于制备磨损和腐蚀磨损特别是冲刷腐蚀磨损工况用的零部件。

本发明的高硬度过共晶的高铬锰钼钨合金耐磨钢铁材料，由于其中含有高碳量(3.0～5.5％)和高铬量(25.5～40％)，使材料达到过共晶状态，导致所述材料显微组织中结晶出高硬度的一次碳化物，同时致使材料的碳化物体积分数提高，约达到30～60％，从而提高材料的硬度，强化了材料的耐磨性和耐磨蚀性。随着材料中的含碳量和/或含铬量的增加，碳化物体积分数提高，材料的硬度提高。材料的高铬量提高了材料的电极电位，提高了材料的抗氧化性特别是耐腐蚀性，从而强化了材料的耐磨蚀性。同时，材料的高碳含量和高铬含量还使材料基体部分固溶高碳量和高铬量，从而提高了材料的淬透性。

本发明的高硬度过共晶的高铬锰钼钨合金耐磨钢铁材料，其中含有质量百分含量0.3～3.5％的锰元素(Mn)，锰不仅有利于提高材料的热处理淬透性，而且有利于材料得到一定体积分数的残余奥氏体，从而提高材料的韧性和固溶强化基体。