[发明专利]一种强韧耐磨高硼钢的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种强韧耐磨高硼钢的制备方法，具体说，是涉及一种有强韧性要求的高含硼量的Fe-B-C耐磨合金材料的制备方法，属于耐磨钢制备技术领域。

背景技术

在冲击载荷条件下使用的耐磨材料往往需要良好的强韧性。材料的硬度低或塑性差都会导致材料的耐磨性能下降，高锰钢、镍硬铸铁、优质合金钢和高铬铸铁等耐磨材料都或多或少存在这样那样的缺陷，这些高合金耐磨材料随着合金元素含量的增多，成本大大上升，在使用性能上还难以兼顾强度和塑性指标。由于硼能改善钢的强度，韧性以及淬透性，加之硼化物硬度高，高温稳定性好，因此硼钢引起人们的广泛关注。高硼合金Fe-B-C作为一种新型耐磨材料，具有合金用量少，成本低以及熔炼简单、铸造性能优异等特点。但随着含硼量的增加，在凝固和冷却的过程中，会有Fe₂B析出，虽然Fe₂B作为一种硬化相，可以提高材料的耐磨性，但这种Fe₂B相易以连续网状的形式分布在基体中，当Fe₂B作为一种硬化相连续分布在材料的晶界时，材料的冲击韧性就会大大下降，只有当这种网状的Fe₂B相的连续分布被中断时，Fe-B-C材料才能在较高韧性的基础上表现出优异的耐磨性。

目前的研究主要着眼于通过变质处理来消除Fe₂B在晶界的网状分布，但实践的效果表明，单独的变质处理并不能稳定有效地解决这一技术难题。因此，若能开发一种能够细化晶粒，实现晶界硼化物共晶组织的不连续分布，并使Fe₂B相弥散分布的制备技术，能成功的消除“硼脆”，Fe-B-C合金就能以其优异的强韧耐磨性，得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术所存在的缺陷，提供一种强韧耐磨高硼钢的制备方法，通过细化晶粒，实现晶界硼化物共晶组织的不连续分布，以及使Fe₂B相弥散分布，以提高Fe-B-C合金材料的强韧耐磨性。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供的强韧耐磨高硼钢的制备方法，包括如下具体步骤：

a)在中频感应炉中熔炼高硼Fe-B-C合金材料；

b)将变质剂和熔炼的合金液加到浇包中，搅拌使变质剂均匀分布在合金液中；

c)将经过变质处理的合金液浇铸到置于交变电磁场作用下的铸型中；

d)开启交变电磁场，对正在凝固的合金液进行电磁搅拌；

e)当铸件凝固，关闭电磁场，进行后处理。

所述高硼Fe-B-C合金材料的组成优选为：C：0.20～0.75wt％，B：1.0～2.5wt％，Si：0.5～1.2wt％，Mn：0.5～1.5wt％，Cr：0.8～2.0wt％，S＜0.05wt％，P＜0.05wt％，余量为Fe。

当高硼Fe-B-C合金材料组成中的C＜0.35wt％时，铸件的后处理最好是首先将铸件加热到1000℃，然后按热处理规范进行水淬，最后在200℃回火；

当高硼Fe-B-C合金材料组成中的C＝0.35～0.52wt％时，铸件的后处理最好是首先将铸件加热到920℃，然后按热处理规范进行油淬，最后在200℃回火；

当高硼Fe-B-C合金材料组成中的C＞0.52wt％时，铸件的后处理最好是首先将铸件加热到900℃，然后按热处理规范进行风淬，最后在200℃回火。

因经过变质处理，高硼Fe-B-C合金液的形核率虽大大提高，但铸件中仍局部存在连续分布的晶界硼化物共晶组织；若再在电磁搅拌下进行浇铸成型，高硼Fe-B-C合金液的形核率将进一步提高，晶粒更加细化，先期连续共晶组织在交变电磁力作用下则会被击碎。因此，与现有技术相比，本发明通过变质处理和在电磁搅拌下进行浇铸成型的复合处理，可以获得晶粒非常细化的组织，可将现有技术难以消除的晶界连续分布的Fe₂B共晶组织进一步击碎，使网状的Fe₂B相的连续分布被中断，Fe₂B相均匀弥散分布在基体中，从而实现了在材料硬度保持不变的情况下，大大提高了材料的冲击韧性，制得了具有优异的强韧耐磨性的高硼Fe-B-C合金材料，成功地消除了高硼Fe-B-C合金所存在的“硼脆”现象。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明，其目的仅在于更好理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。

实施例1

a)在中频感应炉中熔炼高硼Fe-B-C合金材料，原材料为废钢、硅铁、锰铁、铬铁、生铁和硼铁，硼铁在冶炼的最后阶段加入；