專利名稱：一種抗磨蝕鋼鐵材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及抗磨蝕金屬材料。
背景技術(shù)：
目前，在磨料磨損工況，特別是在電力、建材、冶金、化工等行業(yè)的各種濕態(tài)腐蝕磨料磨損工況(例如渣漿泵過(guò)流件工況)條件下，所用的材料大多數(shù)是采用馬氏體基體高鉻(Cr 10～28％)耐磨鑄鐵。較典型的是GB/T8263-1999所規(guī)定的KmTBCr26鑄鐵，其缺點(diǎn)是鑄鐵硬度只在60HRC左右，抗磨蝕性能不高。而在干態(tài)高溫氧化腐蝕磨損工況(例如冶金燒結(jié)機(jī)篦條工況)條件下，所用的材料大多數(shù)是含碳量為1.2～2.0％的Cr26鋼，其存在的缺點(diǎn)是抗高溫磨蝕性能不高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種抗磨蝕性能好的鋼鐵材料。
本發(fā)明的目的通過(guò)如下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)鋼鐵材料包括以下質(zhì)量百分的化學(xué)成分C 1.2～3.4；Cr 23～30；Si 0.3～2.8；Ni 0.3～1.8；N 0.01～0.3；RE 0.01～0.3；Nb 0.01～1.0；其余為Fe。
優(yōu)選的質(zhì)量百分的化學(xué)成分為C 2.1～3.3；Cr 24～28；Si 0.3～2.4；Ni0.3～1.2；N 0.03～0.2；RE 0.03～0.2；Nb 0.03～0.5；其余為Fe。
最佳的質(zhì)量百分的化學(xué)成分為C 2.7；Cr 26；Si 1.0；Ni 0.8；N 0.18；RE 0.04；Nb 0.3；其余為Fe。
還可以加入質(zhì)量百分的Mo 0.1～3.0、Mn 0.3～2.0、Cu 0.1～1.0或W 0.1～0.8。
本發(fā)明抗磨蝕鋼鐵材料的有效化學(xué)成分設(shè)計(jì)依據(jù)及限定含量范圍的理由如下C是影響抗磨蝕鋼鐵硬度、韌性、耐磨性和抗氧化性的主要元素，碳量高，則碳化物數(shù)量多，材料的硬度高，耐磨損，但韌性降低，在使用中易破碎；而碳量低，則韌性較高，但碳化物數(shù)量減少，硬度降低，不利于耐磨損，但有利于抗氧化。因此碳的含量控制在1.2～3.4％比較適宜，其中含碳量大于或等于2.0％的材料多用于濕態(tài)腐蝕磨料磨損工況，而含碳量在1.2～2.0％的材料較適用于高溫氧化腐蝕磨料磨損工況。
Cr量高，則易形成M7C3型碳化物結(jié)構(gòu)，有利于抗腐蝕，有利于提高抗磨蝕性能，因此Cr的含量選擇在23～30％比較適宜。
Si是改善碳化物結(jié)構(gòu)和形態(tài)的主要元素，又是耐腐蝕的主要元素。Si量高，有助于改善碳化物形態(tài)，也有助于增加耐蝕性，但過(guò)高的含硅量，將降低韌性，因此，Si的含量選擇在0.3～2.8％比較適宜。
Ni的主要作用是提高材料的淬透性和耐蝕性，但過(guò)高的含Ni量將使材料組織中出現(xiàn)較多的奧氏體，不利于抗磨損，因此，Ni的含量選擇在0.3～1.8％比較適宜。
稀土元素RE的主要作用是細(xì)化材料晶粒，改善碳化物形態(tài)和分布，促使碳化物呈孤立狀均勻分布，顯著減少夾雜物，提高冶金質(zhì)量，從而提高了材料的抗磨蝕性能，但過(guò)量的RE將惡化材料質(zhì)量，降低韌性，因此，RE的含量選擇在0.01～0.3％為宜。
N和Nb的主要作用是細(xì)化晶粒，并由此明顯提高材料的硬度和抗磨蝕性能。但因鋼鐵材料中N的固溶度所限和Nb的價(jià)格較高，因此N的含量選擇在0.01～0.3％；Nb的含量選擇在0.01～1.0％為宜。
Mo、Mn、Cu和W的主要作用是提高材料的淬透性能，但其價(jià)格高，因此，Mo的含量選擇在0.1～3.0％；Mn的含量選擇在0.3～2.0％；Cu的含量選擇在0.1～1.0％；W的含量選擇在0.1～0.8％為宜。
本發(fā)明的抗磨蝕鋼鐵用電爐制造，工藝步驟是①將生鐵、廢鋼和各種鐵合金混合加熱熔化；②溫度升至1500℃～1550℃后，出爐澆注；③用砂型鑄造，澆注溫度為1350℃～1450℃；④鑄件冷卻后，切掉澆口和冒口，清理飛邊和毛刺。含碳量大于或等于2.0％的鑄件在熱處理爐內(nèi)從室溫升至950℃～1050℃，在此溫度下進(jìn)行不少于2小時(shí)的保溫，然后出爐風(fēng)冷或空冷，再在180℃～500℃溫度下進(jìn)行不少于2小時(shí)的回火處理。含碳量在1.2～2.0％的鑄件不需熱處理而鑄態(tài)應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式
按本發(fā)明的化學(xué)成分要求將各種成分加入到爐中熔化，待鐵液達(dá)到1500～1550℃時(shí)出爐澆注，用砂型鑄造。澆注溫度為1400℃。鑄件冷卻后，切掉澆口和冒口，清理殘根和毛刺。將鑄件在熱處理爐內(nèi)從室溫升至950℃～1050℃，在此溫度下進(jìn)行不少于2小時(shí)的保溫，然后出爐風(fēng)冷或空冷，再在200℃進(jìn)行不少于2小時(shí)的回火處理。取樣進(jìn)行化學(xué)分析，化學(xué)成分和硬度結(jié)果見(jiàn)表1。表1
注其余為Fe。
本發(fā)明C≥2.0％的金相組織為馬氏體+碳化物+少量殘余奧氏體，其共晶碳化物是高硬度的M7C3型結(jié)構(gòu)，呈孤立狀均勻分布，硬度范圍為61～64HRC。
本發(fā)明C≥2.0％的與KmTBCr26耐磨鑄鐵在射流式?jīng)_刷腐蝕磨損試驗(yàn)機(jī)上做漿料(石英砂+水)濕磨試驗(yàn)，在高應(yīng)力動(dòng)載磨料磨損試驗(yàn)機(jī)上做石英砂干磨試驗(yàn)，性能比較見(jiàn)表2。表2
本發(fā)明C 1.2～2.0％的金相組織為奧氏體+鐵素體+碳化物。與含碳1.2～2.0％的普通Cr26鋼制成篦條在鋼鐵廠冶金燒結(jié)機(jī)上應(yīng)用，性能比較見(jiàn)表3。表3
由此可見(jiàn)，本發(fā)明材料在干、濕態(tài)和高溫磨料磨損條件下的抗磨性和抗磨蝕性能均高于KmTBCr26鑄鐵和Cr26鋼。
本發(fā)明材料由于含有一定量的N、RE和Nb，這些元素的加入明顯細(xì)化了材料的晶粒，改善了硬質(zhì)相碳化物的形態(tài)，明顯減少了夾雜物，從而提高了材料的冶金質(zhì)量，提高了材料的硬度，提高了材料的抗磨蝕性能和抗磨損性能。本發(fā)明材料由于含有較高的Cr和適量的Si元素改善了材料的抗腐蝕性能和抗磨蝕性能。此外，本發(fā)明僅采用簡(jiǎn)單易行的熱處理工藝，而對(duì)C 1.2～2.0％的材料不需熱處理而鑄態(tài)應(yīng)用，生產(chǎn)成本適宜。
權(quán)利要求
1.一種抗磨蝕鋼鐵材料，其特征在于包括以下質(zhì)量百分的化學(xué)成分C1.2～3.4；Cr 23～30；Si 0.3～2.8；Ni 0.3～1.8；N 0.01～0.3；RE 0.01～0.3；Nb0.01～1.0；其余為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗磨蝕鋼鐵材料，其特征在于質(zhì)量百分的化學(xué)成分為C 2.1～3.3；Cr 24～28；Si 0.3～2.4；Ni 0.3～1.2；N 0.03～0.2；RE 0.03～0.2；Nb 0.03～0.5；其余為Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗磨蝕鋼鐵材料，其特征在于C 2.7；Cr 26；Si1.0；Ni 0.8；N 0.18；RE 0.04；Nb 0.3；其余為Fe。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗磨蝕鋼鐵材料，其特征在于還可以加入質(zhì)量百分的Mo 0.1～3.0。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗磨蝕鋼鐵材料，其特征在于還可以加入質(zhì)量百分的Mn 0.3～2.0。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗磨蝕鋼鐵材料，其特征在于還可以加入質(zhì)量百分的Cu 0.1～1.0。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗磨蝕鋼鐵材料，其特征在于還可以加入質(zhì)量百分的W 0.1～0.8。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抗磨蝕鋼鐵材料，其特征在于包括以下質(zhì)量百分的化學(xué)成分C1.2～3.4；Cr23～30；Si0.3～2.8；Ni0.3～1.8；N0.01～0.3；RE0.01～0.3；Nb0.01～1.0；其余為Fe。本發(fā)明的抗磨蝕鋼鐵材料在磨料磨損條件下，特別是濕態(tài)腐蝕磨損和高溫氧化腐蝕磨損條件下，具有優(yōu)良的抗磨蝕性能及抗磨損性能。
文檔編號(hào)C22C38/56GK1401810SQ0213460
公開(kāi)日2003年3月12日 申請(qǐng)日期2002年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月23日
發(fā)明者李衛(wèi), 涂小慧, 黃步玉, 王向明, 李盛鋒, 冼衛(wèi)泉, 張鳳華 申請(qǐng)人:廣東廣研新材料科技股份有限公司