[发明专利]一种高耐磨合金钢材料的制备方法

说明书

本发明公开一种高耐磨合金钢材料的制备方法，属于耐磨材料制备技术领域。所述耐磨合金化中碳钢的原料化学成分的质量百分比为C:0.25%~0.4%、Si:0.15%~0.3%、Mn:0.4%~0.65%、Cr:0.7%~0.95%、Ti:0.7%~0.95%、V:0.01%~0.05%、Mo:0.3%~0.45%、Ni:0.5%~0.7%、P＜0.005%、S＜0.006%，其余为Fe和残余的微量杂质。本发明通过成分设计及后续的热处理、变形过程和弛豫处理，使合金化中碳钢组织中产生了大量（Ti，Mo）C颗粒和少量尺寸细小的VC碳化物颗粒，大尺寸的（Ti，Mo）C颗粒可以有效抵抗磨粒的微切削作用，小尺寸的VC颗粒可以增强基体的屈服强度，从而提升基体抵抗变形的能力加强对（Ti，Mo）C颗粒的支撑作用，显著提高了材料的耐磨性。

技术领域

本发明涉及一种高耐磨合金钢材料的制备方法，属于耐磨材料制备技术领域。

背景技术

机械零件失效原因中磨损是其中一个主要的原因，机械零件的磨损所导致的材料和能源的损耗是相当惊人的；大量耐磨材料应用于矿山、煤炭、冶金、化工等部门，在这些行业中由于材料的磨损失效造成了大量的经济损失；因此耐磨材料的开发对于技术积累和经济增长都是十分有利的。

近年来，已有多种合金耐磨钢材料广泛应用于制造、采矿和冶金等部门，包括XAR500、NM500、HARDOX500等。通常情况下，钢铁材料的耐磨性与其硬度成正比关系，而提高钢铁硬度的方法往往是通过增加钢中的碳或铬的含量。然而钢中较高的碳和铬含量会剧烈恶化材料的可加工性和可焊接性，同时会明显降低材料的塑性和韧性。因此需要通过其他方法在不损害钢材可加工性和可焊接性的前提下来提高其耐磨性。以前公开的多种发明专利已证明通过在金属基体上复合硬质颗粒可以有效提高材料的耐磨性，这些硬质颗粒包括TiC、WC、NbC、Al₂O₃、ZrO₃、TiN等，其中TiC由于其具有较高的熔点和硬度，同时Ti的成本相较于其他强碳氮化物形成元素更低，而作为硬质点被广泛应用于增强钢铁材料当中，并且Mo可以促进钢中TiC的沉淀析出，因此常常与Ti一起被加入钢中。在磨料磨损过程中，硬质(Ti, Mo)C颗粒可以有效抵抗磨损从而保护金属基体。

中国发明专利CN106544549A公开了一种微纳双尺度TiC颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：将微米级的TiC粉、C粉和Ti粉进行球磨混合，随后压制成预制块；采用电阻炉熔炼铝合金，利用石墨钟罩将制备好的预制体块压入到铝合金熔体中；将熔体浇注到石墨型中，凝固后获得双尺度TiC颗粒增强铝基复合材料。提高了铝基复合材料的力学性能和摩擦磨损性能。中国发明专利CN105622101A公开了一种TiC/C复合材料的合成方法，其特征在于，具体步骤包括：将钛源和碳材料按比例混合并球磨，球磨过程中将球磨罐抽真空并充入CO₂，之后在氩气保护下将粉体加热至1100~1450℃保温2~8h，冷却到室温获得TiC复合材料。由于TiC较高的硬度和稳定性，该复合材料获得较高的耐磨性和耐蚀性。综上所述，通过在金属基体上复合TiC硬质颗粒可以有效提高材料的耐磨性，但是这些生产过程相对复杂，生产周期长、效率低，不利于人力成本的降低和大规模工业化生产。

目前，微合金化技术结合控轧控冷工艺是研发低成本高强钢的有效途径之一，控轧控冷技术能够使Ti合金钢组织中原位生成弥散的大尺寸硬质TiC颗粒，在磨料磨损过程中有效阻碍磨粒的微切削作用，在保证钢材可焊接性和可加工性的前提下大幅度提高钢材的耐磨性。然而，目前对于Ti合金化控轧控冷钢耐磨性方面的内容研究较少，因此开发一种基于控轧控冷技术的高耐磨性合金钢具有巨大的经济利益和广阔的市场应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高耐磨合金钢材料的制备方法，通过合金元素的设计并结合熔炼和后续加工过程，使合金中碳钢组织中产生（Ti，Mo）C颗粒和细小的VC碳化物颗粒；具体包括以下步骤：