[发明专利]一种含硼多元低合金耐磨铸钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于耐磨金属材料技术领域，涉及一种耐磨铸钢及其制备方法，特别是一种不含钼、镍等贵重合金元素的含硼多元低合金耐磨铸钢及其制备方法。

背景技术

磨损是冶金、矿山、机械、电力、煤炭、石油、交通、航空和军工等许多工业部门普遍存在并成为引起设备失效或材料破坏的一个重要原因，也是造成经济损失最多的问题之一，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。目前广泛应用的耐磨材料主要有合金钢和白口铸铁，前者韧性好，但存在强度和硬度低、耐磨性差的不足，后者具有高硬度和高耐磨性，但存在脆性大，使用中易剥落甚至开裂的不足。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。为了提高材料的强韧性和耐磨性，通常都要加入钼、镍、铬、钨、钒等合金元素，随着合金资源的日益紧缺，钼、镍、铬、钨、钒等合金供应日趋紧张，价格飞速上涨，导致普通钢铁耐磨材料生产成本不断攀升。日本专利JP8144009-A报道了一种含锰、镍、铬、钼的高韧性用于制造破碎机锤头的耐磨铸钢，其化学组成(wt.％)如下：C，0.3-0.45，Si≤0.5，Mn≤1.2，Ni，1.5-2.5，Cr，0.7-2，Mo，0.4-1.0，余量Fe和不可避免的杂质，这种材料具有优异的韧性和耐磨性，但含有较多价格昂贵的镍和钼，使合金生产成本增加。前苏联专利SU1650756-A报道了一种含碳、硅、锰、铬、氮、稀土、钙的多元低合金耐磨钢，为了改善基体的性能，特别是改善耐磨性，还加入一定数量的钒、铌和钴，其化学组成(wt.％)如下：C，0.6-0.8，Si，0.1-0.4，Mn，0.7-1.7，Cr，1.3-1.6，N，0.01-0.03，RE，0.01-0.027，Ca，0.001-0.003，V，1.1-1.5，Nb，0.6-0.9、Co，0.3-0.7，余量Fe和不可避免的杂质，这种合金材料尽管具有较好的力学性能和耐磨性，但加入价格昂贵的钒、铌和钴，使合金生产成本急剧增加。前苏联专利SU1650759-A还报道了一种用铈和钡取代铌和钼的多元低合金耐磨铸钢，其化学组成(wt.％)如下：C，0.5-0.9，Si，0.5-1.0，Mn，1.5-2.5，Cr，2.5-3.5，Ti，0.05-0.15，V，0.1-0.5，B，0.002-0.008，Ca，0.01-0.03，Al，0.01-0.05，Ce，0.05-0.20，Ba，0.002-0.006，余量Fe和不可避免的杂质。这种合金具有较高的碳含量和较好的耐磨性，但存在强度低(710-750MPa)和冲击韧性低(125-138kJ/m²)的不足，在高冲击工况下无法安全可靠的使用。前苏联专利SU1565915-A还报道了一种硅锰铬含量较高的多元耐磨合金铸钢制造方法，其化学组成(wt.％)如下：C，0.5-0.7，Si，2.1-3.8，Mn，2.5-5.0，Cr，5.0-7.0，Mo，0.20-0.5，V，0.05-0.5，Ca，0.003-0.03，N，0.005-0.06，Ti，0.07-0.85，余量Fe和不可避免的杂质。其硬度达到HRC59以上，具有优异的耐磨性，这种合金材料硅、锰、铬等合金元素加入量多，制造成本高，而且焊接性能也较差。中国发明专利CN1033845A报道了一种高强韧性低碳微合金化铸钢，它以碳、锰、钛、铌、稀土等为合金元素，其化学组成(wt.％)如下：C，0.06-0.18；Mn，1.4-1.8；Nb，0.02～0.12；Ti，0.01～0.10；RE，0.002～0.06；Mo＜0.3；Al＜0.06；S＜0.035；P＜0.035，余量Fe和不可避免的杂质。其热处理采用正火-回火或均匀退火-正火-回火工艺。本发明铸钢具有高的韧性和塑性，但碳含量太低，存在强度和硬度低以及耐磨性差的不足，抗拉强度小于750MPa，屈服强度小于650MPa。中国发明专利CN1182142提供了一种耐磨铸钢，以碳、铬、钼为主要合金元素，辅加少量钒、钛及微量稀土和硼合金元素。其化学成分含量为(wt.％)：C，0.15-0.50；Si≤0.50；Mn≤1.0；Cr，1.0-2.0；Mo，0.2-0.5；V，0.02-0.10；Ti，0.02-0.10；B，0.005-0.10；S，0.05-0.50；P≤0.04。余量Fe和不可避免的杂质。这种合金铸钢经热处理后，其显微组织为马氏体加贝氏体及少量的残余奥氏体，具有良好的强韧性及耐磨性，使用寿命比高锰钢提高1倍以上，但含有价格昂贵的钼，将增加生产成本。