[发明专利]一种复合变质马氏体合金铸钢

说明书

本发明公开了一种复合变质马氏体合金铸钢及其制备方法，属于合金钢技术领域。本发明所述复合变质马氏体合金铸钢的化学成分如下：C：0.14～0.22％，Mn：1.0～1.5％，Cr：8.5～10.5％，Si：0.2～0.4％，Mo+Ni+V≤0.6％，Zr：0.01～0.1％，Y：0.01～0.03％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质；所述复合变质马氏体合金铸钢的微观组织包括回火马氏体、残余奥氏体以及分布于晶内的微/纳米尺寸的锆的硬质复合相。本发明在化学成分上，降低贵金属元素的添加量，通过锆‑稀土钇复合变质，细化晶粒，改善合金中夹杂物的分布与尺寸，形成微/纳米尺寸的锆的硬质复合相，提高了合金钢的硬度与耐磨性能。同时，搭配一定含量的残余奥氏体，使得合金钢兼具良好的相变强化效应，表现出优异的抗冲、空蚀性能。

技术领域

本发明属于合金钢技术领域，尤其涉及一种复合变质马氏体合金铸钢。

背景技术

冲刷腐蚀（冲蚀）及空泡腐蚀（空蚀）磨损普遍存在于矿山、煤炭、水利、电力、核电、海工等国民经济关键领域。服役于这些领域中的过流部件，如挖泥船绞刀、泥浆泵、水轮机叶轮、球磨机衬板、船用螺旋桨、疏浚管线等无一不是高端装备服役的直接影响因素。与常规磨损作用不同，冲蚀及空蚀融合了腐蚀、磨损及冲击作用，三者相互作用，相互增强，展现出比纯腐蚀与纯磨损更为剧烈的破坏作用。强烈的损伤降低了过流零部件的服役寿命，造成服役构件的频繁消耗与更换；同时，开停机以及构件结构的破坏，降低了设备运行作业效率，造成了能源浪费及经济损失。

为了获得高抗冲、空蚀性能的新型材料，国内外研究者开展了大量的研究。常用钢种主要包括低碳钢、低合金钢以及马氏体不锈钢等。尤其是马氏体不锈钢得到了广泛的应用与改进，中国发明专利CN 101104909公开了一种00Cr13Ni5Mo超低碳马氏体不锈钢及其生产方法。其化学成分按重量百分比包括下列组分：C≤0.03、0.50-1% Mn、Si≤0.5、P≤0.025、S≤0.015、12-14% Cr、4.5-6% Ni、0.5-1% Mo，其余主要为Fe，该钢种具有高的强度，高的韧性和可焊接性，还有优良的耐冲刷、耐磨损、耐腐蚀性能。然而相对较多的贵金属元素以及高标准的熔炼要求导致这类合金钢制造成本较高。中国发明专利CN102230140公开了一种马氏体耐磨钢铸钢件生产工艺，化学成分为按重量百分比计量：0.3%~0.5%C，0.8%~1.5%Si， 2.1%~2.5% Cr，0.8%~1.5% Mn，0.7%~1.2%Ni，0.6%~1.0%Mo，0.1%~0.3% Nb，0.1%~0.5% Ti，0.04%~0.05% Re，P、S≤0.04，余量为铁，该马氏体钢表现出良好的耐磨性，然而冲击韧性较低，只适用于较低冲击下。

中国发明专利CN 104805367公开了一种耐冲蚀磨损性能优良的X65管线钢板及制备方法，该X65管线钢的化学成分为： 0.06～0.09％C，0.10～0.35％Si，1.30～1.60％Mn，P≤0 .018％，S≤0 .005％，0.01～0.06％Alt，0.03～0.06％Nb，0.008～0.025％Ti，0.30～0.50％Cr，余量为Fe，该管线钢耐磨损冲蚀性能、韧性和可焊性良好，但其制备需经历多重轧制，工艺复杂且最终的硬度仍然偏低，耐磨性能有待继续优化。

中国发明专利CN 104630653公开了一种Fe-Cr-Ni-B 耐冲蚀磨损合金及其制备方法，其合金成分的重量百分数(wt.％)为： 0.11％～0.15％C， 1.20％～1.80％B，0.50％～1.00％Si，0.50％～1.00％Mn，8.20％～10.10％Ni，17.30％～19.20％Cr，0.12％～0.25％Ce，0.20％～0.30％Ti，0.03％～0.08％N，0.05％～0.10％Al，0.04％～0.10％Ca，P0.03，S0.03，余量为Fe，该合金由奥氏体基体和硼化物构成，具有较好的耐冲蚀磨损性能，然而其硬度偏低，且Ni、Cr等贵金属元素含量较高，生产成本较高；