[发明专利]一种高耐磨合金钢锻件的制备方法

说明书

本发明公开一种高耐磨合金钢锻件的制备方法，属于耐磨材料制备技术领域。本发明通过成分设计、热锻变形以及后续的热处理工艺，使合金化中碳钢组织中产生了大量弥散分布的多尺度(Ti，Mo)C颗粒以及细小的贝马复相组织，大尺寸的微米级(Ti，Mo)C颗粒可以有效抵抗磨粒的微切削作用，小尺寸的亚微米级(Ti，Mo)C颗粒与细小的贝马组织可以增强基体的屈服强度，从而提升基体抵抗变形的能力，加强对大尺寸(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锻造衬板的制备方法，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衬板广泛应用于制造、采矿和冶金等部门，包括XAR500、NM500、HARDOX450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。

但在实际生产过程中，在钢中获得颗粒大小可控且均匀的碳化物是较为困难的。传统的铸造加热处理的方法可以获得大量碳化物，但碳化物尺寸不可控且极易聚集，这些聚集的大尺寸碳化物在后期服役过程中容易成为裂纹萌生点而导致材料力学性能恶化。针对这种情况，形变诱导碳化物析出的方法被广泛采用。在钢坯冷却过程中进行大变形可以促进碳化物形核，同时大变形可以破碎凝固析出的大尺寸碳化物，使之尺寸变小且分布均匀。通过调控变形参数可以进一步调控碳化物尺寸分布，比如TiC粒子独特的“微米-亚微米-纳米”三峰分布特征。微米级TiC颗粒来源于在凝固末期发生的L→γ+TiC共晶反应，亚微米TiC颗粒主要是从凝固后的高温奥氏体中析出，而纳米级TiC颗粒主要是在形变过程中通过形变诱导析出方式从奥氏体中析出。然而，传统的变形多以轧制为主，这就导致了其设备成本高，且无法生产衬板这种一次成型的耐磨工件。

因此，针对一次成型的耐磨工件，本发明提供了一种基于锻造变形诱导碳化物析出工件的制造方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高耐磨合金钢锻件的制备方法，通过合金元素的设计并结合熔炼锻造和后续热处理过程，使合金中碳钢组织中产生多尺度(Ti，Mo)C颗粒和细小的贝马复相组织；具体包括以下步骤：

(1)真空熔炼：按照设计成分称取纯铁、铝块、锰铁、铬铁、钛铁、硅铁、钼铁、钒粒、镍板、石墨电极块、硼铁，真空熔炼后得到金属锭，将脱模后的金属锭加温至850～950℃并保温0.5～1h，保温结束后将金属锭锻造成铸锭后冷却至室温。

(2)锻造处理：将铸锭以50～100℃/h加热至1000～1200℃保温0.5～2h，随后以5～10℃/s的速度降温至850～950℃后保温10～30min后进行锻造，锻造分为两道次变形，两道次变形时间间隔为0.5～1.5h，变形速率为0.5～1/s；热锻完成后进行淬火处理，冷却速度5～10℃/s。

(3)锻后热处理：将衬板以50～100℃/h加热至600～700℃并保温1h以上，再以40～60℃/h的速率加热至850～900℃并保温2h以上，再以5～10℃/s的速率冷却至310～360℃并保温2h以上，保温结束后冷却至室温。