[发明专利]一种耐磨合金钢及其制备方法

说明书

本发明涉及一种耐磨合金钢及其制备方法，属于耐磨合金钢领域。本发明的耐磨合金钢由以下质量百分比的组分组成：C：2.1％～3.0％，Cr：12.0％～15.0％，Si：2.5％～4.5％，Mo：0.5％～0.9％，V：2.0％～4.0％，Mn：0.5％～1.5％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。本发明的耐磨合金钢中，碳与铬、钒合金元素形成大量高硬度的碳化物，能够显著提升耐磨合金钢的耐磨性和耐蚀性，同时硅元素能够抑制基体中Fesubgt;3/subgt;C、Crsubgt;3/subgt;C的析出，锰能够大幅提升耐磨合金钢的淬透性，钼能够提高耐磨合金钢的综合抗腐蚀性能。各个元素能够通过协同作用，提升耐磨合金钢的耐蚀性和耐磨性。

技术领域

本发明涉及一种耐磨合金钢及其制备方法，具体属于耐磨合金钢领域。

背景技术

断裂、腐蚀和磨损是金属材料失效的主要三种形式。其中，在材料表面磨损与腐蚀介质共同作用下所产生的局部性金属腐蚀被定义为腐蚀磨损。由于磨损和腐蚀的共同作用，显著加速了金属材料的破坏过程。腐蚀磨损通常发生在内部有高速流体的管道内部及载有悬浮摩擦颗粒流体的泵、管道等处，例如高压减压阀中的阀瓣和阀座、离心泵、石油化工管道、混凝土输送管道等。各种机械零件磨损造成的能源和材料的消耗是十分惊人的，据统计，在石油化工、能源交通、水利电力、建筑等行业的机械设备中，腐蚀磨损造成的损失占总腐蚀量的9％，占总磨损量的5％。因此，研究和开发具有良好耐腐蚀和耐磨损性能的材料对提高关键零部件的使用寿命、减少经济损失具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐磨合金钢，兼具良好的耐腐蚀性能和耐磨损性能。

本发明的第二个目的在于提供上述耐磨合金钢的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种耐磨合金钢，由以下质量百分比的组分组成：C：2.1％～3.0％，Cr：12.0％～15.0％，Si：2.5％～4.5％，Mo：0.5％～0.9％，V：2.0％～4.0％，Mn：0.5％～1.5％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

本发明的耐磨合金钢中，碳与铁、钒、铬合金元素形成大量高硬度(VC和M₇C₃)的碳化物，这些碳化物能显著提升耐磨合金钢的耐磨性和耐蚀性；本发明通过添加高硅含量，抑制基体中铬的碳化物(Cr₂₃C₆和Cr₃C)的析出，避免由于该碳化物的析出导致基体中固溶态的铬元素含量降低，进而避免耐磨合金钢的耐蚀性的降低，使得大部分铬元素以固溶态存在于基体中，使基体中较少部分的铬元素形成碳化物，并以细小的碳化物形式分布在基体上；锰能够大幅提升耐磨合金钢的淬透性，钼能够提高耐磨合金钢的综合抗腐蚀性能。各个元素能够通过协同作用，能够同时提升耐磨合金钢的耐蚀性和耐磨粒磨损性能。

与现有高铬铸铁相比，本发明的耐磨合金具有更高的冲击韧性，因此能够在冲击载荷下实现耐磨性能，且耐磨合金中的碳化物尺寸更小，分布均匀，能够有效提升耐磨合金在使用过程中抵抗因应力集中而带来的裂纹扩展和块体剥落等失效行为的能力，进而提升耐磨粒磨损性能。

本发明的耐磨合金钢中各个化学成分的作用如下：

碳：碳是耐磨合金钢中最基本、最重要的元素，一方面碳能够形成固溶强化，提升基体的硬度；另一方面碳与其他合金元素形成碳化物，提升耐磨合金钢的硬度和耐磨性。过高的碳含量可能导致基体中出现较多的残余奥氏体，甚至石墨相，不利于提升耐磨合金钢的硬度及耐磨性。因此，在本发明的耐磨合金钢的含量控制在2.1～3.0wt％范围。