[发明专利]多元耐磨高硼合金钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁材料技术领域，涉及一种铸造耐磨模具钢及其制备方法，特别是一种多元耐磨高硼合金钢及其制备方法。

背景技术

现代科技的发展对材料的要求越来越高，磨损是矿山、冶金、机械、电力、煤炭、石油、建材、交通等工业部门普遍存在并成为引起设备损坏或材料失效和能源消耗的一个重要原因，也是机械零件三种主要的失效形式之一，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。目前广泛应用的金属耐磨材料主要有合金钢和铸铁基耐磨材料，前者韧性好，但存在硬度低和耐磨性差的不足。铁基耐磨材料可分为两大类，一类是组织中含有大量地、粗大地、高硬度地硬质相（≥5%vol.）；另一类是组织中没有或只含有少量地硬质相。由于硬质相的耐磨性高于基体，所以硬质相自然成为耐磨材料的耐磨骨架。传统的白口铸铁是这一类耐磨材料的典型代表。在白口铸铁中，组织中含有约10%vol.的M₃C型或M₇C型碳化物。因为M₃C型或M₇C型碳化物具有高硬度，因而，白口铸铁具有高耐磨性。在铁基耐磨材料中，目前发现的可以作为耐磨骨架的硬质相主要有两大类，一类为碳化物；另一类为硼化物。目前，人们对以碳化物作为耐磨骨架的铁基耐磨材料研究的较多，而对于以具有更高硬度的硼化物作为耐磨骨架的铁基耐磨材料却研究的很少。由于白口铸铁具有高硬度和高耐磨性，因而目前在金属耐磨材料领域仍然大量使用该类材料，但该类材料存在脆性大，使用中易剥落甚至开裂的不足，因而无法满足现代工业发展对高性能耐磨材料的要求。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。

为提高金属耐磨材料的抗磨性能，满足应用要求，近年来，国内外开展了大量的研究，开发出了大量的新型高性能耐磨材料。中国发明专利CN1039267公开了一种耐磨高铬铸铁的组成及其制备工艺，该材料的化学成分（按重量百分比）为：2.9～3.2%C，0.4～0.8%Si，0.4～1.0%Mn，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%，其余为铁。该耐磨高铬铸铁与普通耐磨材料相比，具有耐磨损，机械性能好，热处理工艺简单，能耗低等优点，适合于制作工作环境苛刻的耐磨零部件。但该种耐磨铸铁中含有较多的钒、钼等合金元素，生产成本高，且还存在着高温热处理时易开裂，材料的脆性大，使用中易剥落甚至开裂等不足。为了提高高铬白口铸铁的韧性，中国发明专利CN1115339公开了铬系白口铸铁复合孕育剂，该孕育剂选用对铬系白口铸铁凝固起孕育作用的C、Cr、Fe三元素的同时，通过添加Si、Mg、RE合金元素，以改变第二相形态和分布，起到对金属熔体的变质作用，在工艺上采用了孕育与变质相结合的技术路线。采用该发明可以使铬系白口铸铁的冲击功达到4.5J，使冲击韧性提高60%，断裂韧性达到32MPa.m^1／2，提高30%，抗拉强度达到668MPa。但该材料的脆性仍然较大，在重载、冲击磨损工况下使用，安全可靠性较低。