[发明专利]一种耐磨耐热合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于耐磨耐热钢材料领域，涉及耐磨耐热合金，尤其是一种耐磨耐热合金材料及其制备方法。

背景技术

电力、冶金、水泥、建材、化工等工业装备关键部件承受高温氧化和介质冲刷磨损工况，如电力行业喷火嘴在高温工况下承受煤料冲刷；冶金行业篦条在输送炉渣过程中承受1000℃高温，同时承受炉渣的磨损；水泥行业篦板在1000℃高温工况下承受水泥的冲刷磨损；化工石油裂解管在近1000℃高温环境承受介质的冲刷等。上述构件失效机制，在高温氧化和磨损交互作用下的一种失效行为，在高温氧化形成氧化膜，在介质冲刷作用下，氧化膜被冲刷磨损，新的表面暴露，又形成氧化膜，新形成的氧化膜又被磨损，周而复始氧化膜形成与磨损，在高温磨损工况下氧化与磨损交互作用，因此就要求合金材料即抗氧化又耐磨损。在耐热材料基体中分布硬质点碳化物，高硬度碳化物起抗磨损功能而凸出于基体，承担主要磨损功能，基体支撑碳化物不脱落，同时凸出基体的碳化物对基体有屏蔽作用，保护基体不被严重磨损，同时要求基体形成氧化物致密且与基体结合紧密，不易磨损掉。因而耐热材料组织要求，基体具有高的抗氧化性能，含Cr、Ni奥氏体，在基体上弥散分布硬质点抗高温磨损碳化物，为形成均匀分布的硬质点碳化物需要基体晶粒细化。

根据申请人所作专利检索，关于耐热材料晶粒细化剂形成硬质点的方法已有如下专利：

关于稀土高铬、高镍耐热钢及其制备方法，专利号CN101824583A针对混燃煤用喷火嘴材料，主要成分元素：Cr：28%-35%，Ni：25%-35%，Ti：0.3%-0.6%，Re：0.001%-0.1%，效果可以，但含Ni、Cr高，生产成本高，而且不能强化M₇C₃或M₂₃C₆型碳化物。

关于振动凝固有如下专利：

中国国家知识产权局授权专利CN103131960A（稀土耐热钢），针对焦炉篦条所选材料：C：0.3%-0.4%、Si：1.3%-2%、Mn：0.8%-1.5%、Ni：7%-8.5%、Cr：24%-28%、S≤0.03%、P≤0.045，其余为W和其他微量元素，本专利主要特点是含W高，因此生产成本高。

中国国家知识产权局授权专利CN1316540A（耐热钢），该专利材质除含C、Cr、Ni、Fe主要元素外，添加Nb、Ti、Co、B、Al、Ca、Mg、Nd元素。该专利元素多，生产工艺难以控制，而且对材质回收带来困难。

中国国家知识产权局授权专利CN101649424A（一种新型耐热钢），本专利C：0.65%-0.75%、Si：0.7%-1.0%、Mn：1.0%-1.2%、Cr：18%-29%、Ni：20.5%-21%、Mo：0.55%-0.6%，其他含Al、V、Co、Ti、Nb、W、Bi、Ca、B等，从成分可以看本专利含Ni、Mo高，生产成本高，含C高，抗热冲击性能差。

中国发明专利CN102181746A采用消失模铸造振动凝固法细化铸件晶粒，效果好，但采用消失模法，要制备泡沫等，工艺流程长，成本高。

中国发明专利CN102744367A采用消失模壳型铸造振动凝固方法细化晶粒，效果好，但采用消失模壳型法要制备泡沫、壳型等，工艺流程长，成本高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种耐磨耐热合金材料及其制备方法，其通过材料成分设计及制备方法形成材料抗氧化性能，晶粒细化及其均匀弥散的高硬度质点碳化物，实现兼具抗氧化、抗磨损性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明首先提出一种耐磨耐热合金材料，是将高耐磨硬质相均匀分布于抗高温氧化的细晶奥氏体基体。

进一步的，上述材料包括以下质量百分比的化学成分：

C：0.2%-0.4%，Cr：20%-30%，Ni：7%-15%，Si：1.0%-3.0%，Mn：1.0%-3.0%，P≤0.03%，S≤0.03%，W：0.3%-1.0%，Nb：0.05%-1.5%、Y基稀土：0.1%-0.4%，Ca:0.003%-0.0045%，Al:0.04%-0.06%，余量为Fe。

进一步的，质量百分比的化学成分C：0.2%-0.3%、Cr：20%-25%、Ni：11%-13%、Si：1.5%-2.8%、Mn：1.8%-2.5%、W：0.5%-0.8%、Nb：0.08%-0.2%、Y基稀土：0.2%-0.3%、P≤0.04%、S≤0.04%，余量为Fe。