[发明专利]一种耐高温耐磨合金钢材料及制备方法

说明书

一种耐高温耐磨合金钢材料及制备方法，属于高温耐磨材料技术领域。采用电炉熔炼，以1Cr13钢废料和625镍基合金废料为主要原料，并加入硼铁、钛铁、高碳铬铁、铝、镍包WC粉、稀土硅铁合金和硅钙钡铝合金等材料。钢水经扒渣、静置后，当温度降至1510～1535℃，将钢水浇入铸型，钢水凝固后开箱取出铸件，经清砂、打磨后，随炉加热至550～580℃，保温12～16小时后，炉冷至温度低于280℃后，出炉空冷至室温，即可获得耐高温、耐磨损的合金钢材料。

技术领域

本发明公开了一种合金钢材料，特别涉及一种耐高温耐磨合金钢材料及其制备方法，属于高温耐磨材料技术领域。

背景技术

在冶金、电力、机械、建材、国防、军工和航空航天等许多工业部门都存在高温磨损工况，对耐热、耐高温磨损材料有着巨大的市场需求。高温磨损是一种严酷而复杂的工况，对材料性能的要求非常苛刻，不仅要求材料具有良好的耐热性、耐磨性，而且应具有一定的高温强度、韧性与良好的热疲劳抗力，传统的金属材料往往很难同时满足这些性能要求，从而导致使用寿命降低。例如耐热钢虽然具有良好的高温强度以及抗氧化能力，但是其高温抗磨性很差，难以满足在高温下抵抗磨损的要求；高铬白口铸铁是目前应用已趋成熟的、具有优异抵抗磨料磨损与摩擦磨损性能的材料，但是由于其冶金学上的局限性，抗高温氧化腐蚀性能又显不足；工程结构陶瓷材料具有高硬度、高刚度、耐高温、耐腐蚀等优点，但陶瓷材料的固有脆性及其加工成形困难，制作成本高等缺点，从而大大限制了其在工业中的实际应用。

为了提高材料的耐高温、抗磨损性能，中国发明专利CN103602911公开了一种耐高温耐磨合金钢衬板材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.2-0.4、硅0.2-0.4、锰3.5-3.7、铬0.7-0.9、钼0.8-1.1、钒1.2-1.4、镧0.1-0.15、Nb0.04-0.07、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。该发明的衬板在中低碳钢的基础上添加镧、钼、铌等元素，得到的合金钢不仅具有高的硬度、高强度、耐磨性好、耐高温，而且还具有韧性好、塑性好、耐腐蚀的优点，性价比高。该发明使用部分废铁作为原料，并经过二次精炼，合理控制铸后热处理温度，分批投放原料，提高综合力学性能。该发明精炼剂用于铸造生产，铸件中的气孔度降低1-2度，氧化夹杂物在2级左右。中国发明专利CN 104213031还公开了一种耐高温泵阀用合金钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.2-0.4、硅0.7-0.9、锰1.7-2.3、钼0.1-0.2、钒1.1-1.3、铬2.4-2.6、In0.04-0.07、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。本发明通过使用钒、In等元素，并分次投放原料，合理控制铸后热处理温度，使得合金具有耐高温、耐磨损、固体自润滑等性能,适用于制作高温耐磨作业部件,可制备成各种形状低重负荷下的滑动轴承、轴瓦、轴套、耐磨衬板、滑板、机床滑道等产品,能代替铜合金类产品,具有耐压力、抗磨损等优势,能显著延长工件的使用寿命。中国发明专利CN 101591753还公开了一种硫化耐热耐磨稀土合金钢及其制备方法和应用。该发明合金钢由以下重量百分比的各组分组成：碳0.1－1.0％，硅0.2－0.4％，钨0.1－1.5％，锰0.2－0.8％，钼0.3－1.7％，硫0.5－2.5％，铬0.4－2.0％，钒0.1－0.5％，稀土0.1－0.001％，余量为铁。本发明硫化耐热耐磨稀土合金钢具有优异的耐高温、耐磨损、固体自润滑等性能，适用于制作高温耐磨作业部件，可制备成各种形状低重负荷下的滑动轴承、轴瓦、轴套、耐磨衬板、滑板、机床滑道等产品，能代替铜合金类产品，具有耐压力、抗磨损等优势，能显著延长工件的使用寿命。中国发明专利CN 1335417还公开了一种高温耐磨合金钢及其生产方法，其特征在于，它是采用下述组分和重量百分含量的原料通过熔炼和其它工艺流程生产制得的：77.5～79％的废钢，18.3～20 7％的高碳铬铁，0.67～1.0％的钼铁，0.33～0.5％的钒铁，适量的硅、锰脱氧剂，0.05～0.1％的钛铁，0.02～0.05％的锆，0.6～1.2％的铝和0.12～0.5％的稀土元素，这样制得的合金钢含碳1.45～1.70％，含铬11.0～12.5％，含钼0.4～0.6％，含钒0.15～0.30％，含钛0.02～0.05％，含锆0.02～0.05％，含铝0.6～1.2％，含稀土元素0.05～0.15％。所述的高温耐磨合金钢的生产方法，其特征在于：(1)熔炼：先将按确定含量配制的废钢、高碳铬铁和钼铁装入中频炉中进行熔炼，然后在出炉前7～10分钟在炉中加入确定含量的钒铁以及适量的硅、锰脱氧剂，最后加入按确定含量配制的钛铁、锆、铝和稀土元素；(2)退火：将熔炼后按工件造型进行砂型浇注所得的合金钢件分两次进行退火，第一次是在1050～1150℃进行扩散均匀化退火，保温6～8小时，然后随炉冷却，第二次退火为球化退火，合金钢件随炉升温至850～870℃，保温2～4小时后随炉冷却至720～750℃，再保温6小时，随炉冷至500℃出炉，空冷至室温；(3)淬火：将退火处理所得的合金钢件经粗机加工后进行淬火处理，淬火温度取980～1020℃，保温时间视装炉量及工件而定，小型工件采用空冷，大型工件可采用强制冷却；(4)回火：将经淬火处理后的合金钢件进行两次以上的回火处理，温度选择在18 0～250℃之间。中国发明专利CN 104789851还公开了一种轧机导辊用高温耐磨合金材料及其制备方法，该高温耐磨合金材料的各组分按质量百分比的构成为：C：2.5～2.8％，Cr：15～17％，余量为Fe，且Cr和C之间的质量百分比的比例为：Cr/C＝5～7，轧机导辊用高温耐磨合金材料的制备方法包括如下步骤：首先，配料及装料；然后，合金熔炼。该发明的轧机导辊用高温耐磨合金材料及其制备方法，具有可提高导辊材料的高温耐磨性、高温热强性和热稳定性能等优点。中国发明专利CN102251184还公开了含铝Fe－Cr－B耐磨合金及其制备方法，合金的化学组成成分及质量百分数％是：0.35～0.50C，12.0～14.0Cr，1.5～1.8B，3.0～3.5Al，1.2～1.5Si，0.08～0.15La，0.08～0.15Ce，0.22≤La+Ce≤0.28，0.10～0.15Ti，0.32～0.38Na，0.12～0.20Zn，0.16～0.20Mg，Mn＜0.50，S＜0.035，P＜0.035，余量为Fe。该合金经熔炼、铸造成形、机械加工和淬火及回火处理后，具有硬度高和抗高温磨损性能好，还具有较低的生产成本，推广应用具有较好的经济效益。中国发明专利CN 102234745还公开了一种新型高温耐磨合金，其特征在于由如下重量百分比的元素熔炼而成：C：2.3～3.1％Cr：14～16％W：1.8～2.2％Mn：0.8～1.3％S：0.01～0.1％P：0.01～0.1％Fe：余量。本发明所得合金产品经过测定：洛氏硬度为HRC62－66，冲击韧性为76.49KJ/mm²，在相同实验条件下，耐磨性是高锰钢的5倍。在温度1200℃下，测得的合金硬度为HRC62－64，具有良好的高温红硬性。