[发明专利]一种基于超低碳高硼的高温耐磨堆焊合金材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于超低碳高硼的高温耐磨堆焊合金材料，包括304L不锈钢带和金属粉芯，合金材料含有化学成分质量百分比为0.02％的碳，13.2～15.2％的铬，0.2～0.5％的硅，1.2～1.5％的锰，0.19～2.02％的铌，4.0～5.0％的硼，4.1～5.2％的镍，0.2～2.9％的钼，0.84～1.44％的钨，0.19～2.88％的钒，余量为铁。本发明进一步公开了一种基于超低碳高硼的高温耐磨堆焊合金材料的制备方法，利用耦合电弧热丝TIG焊，将钒、钼和钨合金元素引入堆焊合金材料，在堆焊合金中形成不同类型的多元复合金属硼化物，使超低碳高硼铁基堆焊合金材料不仅具有高硬度、良好的高温磨损性，还具有优异的热稳定性，而且能够获得高碳高铬铁基堆焊合金材料无法获得的高温耐磨性和热稳定性，可提高在高温环境中磨损零部件的使用寿命。

技术领域

本发明涉及高温堆焊领域，具体涉及一种基于超低碳高硼的高温耐磨堆焊合金材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年，随着冶金行业产能的提升，烧结破碎机单辊及齿冠、高炉旋转布料溜槽、冲渣箱、转接塔衬板、截煤箱等部件存在严重的高温磨损，导致设备停机检修或更换易磨损部件，降低企业经济效益。目前，这些零部件采用高碳高铬铸铁进行修复，延长使用寿命。但是，由于设备长期在高温、冲蚀、重载等环境下运行，零部件在没有达到预期服役寿命的情况下发生失效。因而需要一种提高零部件使用寿命的方法。

目前，提高易磨损零部件寿命的方法是利用堆焊再制造技术解决复杂高温环境下的零部件磨损问题。堆焊用高温焊接材料分为铁基、镍基、钴基等。铁基高温耐磨堆焊主要以高碳高铬堆焊耐磨焊材为主，市场占有率最大，主要因为其成本相对较低、焊接成形及焊接性较好。但是，由于铁基耐磨材料自身性能的限制，无法在更高的温度或长期在高温下使用，存在一定的技术问题，当温度达到800℃以上时，高碳高铬碳化物强化相的热稳定性、高温耐磨性、耐蚀性能、高温硬度将降低，不满足在高温、高磨损等条件下的使用要求。钴基和镍基高温耐磨堆焊材料组织稳定，红硬性良好，耐蚀和高温耐磨性能优良，虽然高温耐磨性能以及其他综合性能都非常优异，但钴基和镍基耐磨材料的资源匮乏，价格昂贵，与高温耐磨铁基堆焊合金比，在实际工程中大规模的应用将受限。

因此，本发明开发一种新型铁基高温耐磨堆焊合金材料，该合金的高温耐磨性和热稳定性优于市场应用最广的高碳高铬铁基堆焊合金。为了降低成本，减少贵重和战略合金元素的使用，开发硼含量为过共晶成分的高硼系耐磨合材料，利用硼化物作为耐磨相的铁基耐磨材料。目前，高硼高温耐磨合金材料以硼含量为亚共晶成分的合金研究较多，如傅迎庆等人研究的铁基高温耐磨堆焊合金中B的含量为3.1％，C的含量为2.01％，刘政军等人研究的铁基高温耐磨堆焊合金中B的含量为2.64％，C的含量为2.11％，专利CN103741059A中制备的一种轧辊用高硼合金钢材料，合金成分中含有0.5-0.8％B，0.8-0.9％C，但对超低碳、硼含量为过共晶的硼化物高温耐磨材料鲜有报道。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，设计开发了一种强超低碳高硼高温耐磨堆焊合金材料，本发明的发明目的是提供一种超低碳高硼堆焊合金材料并且具有高硬度、界面结合好、良好的耐蚀性、优异的常温高温磨损性能和良好的热稳定性。

本发明设计开发了一种基于超低碳高硼的高温耐磨堆焊合金材料的制备方法，本发明的发明目的是提供制备超低碳高硼并且具有高温磨损性能、耐蚀性和硬度的堆焊合金材料的方法。

本发明还提供了上述合金材料的应用，用于高温磨损机械零件。

本发明提供的技术方案为：

一种基于超低碳高硼的高温耐磨堆焊合金材料，其包括304L不锈钢带和金属粉芯，所述合金材料化学成分质量百分比为0.02％的碳，13.2～15.2％的铬，0.2～0.5％的硅，1.2～1.5％的锰，4.1～5.2％的镍，0.19～2.02％的铌，4.0～5.0％的硼，0.2～2.9％的钼，0.84～1.44％的钨，0.19～2.88％的钒，余量为铁。