專(zhuān)利名稱(chēng)：：抗鋅液腐蝕磨損材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明為一種抗鋅液腐蝕磨損材料及其制造方法，屬于材料腐蝕和磨損
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：熱鍍純鋅產(chǎn)品及其合金化產(chǎn)品具有優(yōu)良的耐蝕性能，成本也相對(duì)較低，而且隨著熱鍍鋅技術(shù)的進(jìn)步，其產(chǎn)品表面質(zhì)量幾乎可以與電鍍鋅產(chǎn)品相媲美，因而在汽車(chē)上得到了廣泛地應(yīng)用。目前，日系轎車(chē)基本上全部采用熱鍍鋅鋼板做外板，歐美國(guó)家的汽車(chē)制造業(yè)也在不斷地提高熱鍍鋅鋼板的使用量。汽車(chē)板，特別是汽車(chē)外板在需求量不斷增加的同時(shí)，對(duì)熱鍍鋅產(chǎn)品的表面質(zhì)量和成型性等方面也提出了越來(lái)越高的要求，正是這種市場(chǎng)要求的不斷提高大大地促進(jìn)了帶鋼連續(xù)熱鍍鋅工藝技術(shù)的進(jìn)步。目前世界各鋼鐵企業(yè)運(yùn)行的帶鋼熱鍍鋅機(jī)組大都采用沉沒(méi)輥裝置，它主要由設(shè)置在鋅液中的沉沒(méi)輥、穩(wěn)定輥及氣刀等組成。隨鋼帶的運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)的沉沒(méi)輥通過(guò)兩側(cè)的軸套支撐在固定架上，軸套起滑動(dòng)軸承的作用。目前國(guó)內(nèi)熱鍍鋅機(jī)組使用的軸套材料包括鈷基合金Stdlite6B和316L不銹鋼等材料，上機(jī)使用7—10天后磨穿，軸套更換頻繁，影響熱鍍鋅生產(chǎn)，使用熱作模具鋼H11和高速鋼M2制造的軸套，盡管使用壽命有所延長(zhǎng)，但也無(wú)法與沉沒(méi)輥壽命30天以上相匹配。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN1289859公開(kāi)了一種滑動(dòng)軸承噴涂材料，屬于自熔性硬面合金粉末材料，主要用作連續(xù)熱鍍鋅機(jī)組沉沒(méi)構(gòu)件滑動(dòng)軸承相對(duì)滑動(dòng)表面的噴涂層。其化學(xué)成分組成為(重量％):Cr20.026.0%、Co22.8061.0%、Mol0.016.0%、W6.012.0%、Sil.04.0%、B2.05.0%、Fe《14.0%、C<0.2%。采用該發(fā)明滑動(dòng)軸承噴涂材料噴涂的涂層，具有穩(wěn)定的耐腐蝕、耐磨損性能，有效地提高了滑動(dòng)軸承的使用壽命。盡管通過(guò)表面處理后，軸套壽命可以提高，但存在工藝復(fù)雜，陶瓷層與軸套母材結(jié)合強(qiáng)度低，使用中陶瓷層易碎裂和剝落等不足，其工作壽命仍較短。沉沒(méi)輥軸套的頻繁更換或維修，不僅降低了熱鍍鋅機(jī)組作業(yè)率，而且勞動(dòng)強(qiáng)度高，給生產(chǎn)和操作帶來(lái)諸多不便，同時(shí)大大增加了鋅的消耗。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提供一種耐鋅液腐蝕磨損材料及其制造方法。本發(fā)明是在高速鋼中，加入一定數(shù)量的硼，利用硼可以形成網(wǎng)狀鐵硼化合物，可明顯改善鋼的耐鋅液腐蝕能力，而高速鋼具有良好的紅硬性，具有良好的抗高溫磨損能力，開(kāi)發(fā)的高硼高速鋼具有優(yōu)異的抗鋅液腐蝕磨損能力。用于制作沉沒(méi)輥軸套以及鑄造金屬鋅粒用定量器滴嘴，可以明顯提高其使用壽命。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明抗鋅液腐蝕磨損材料的化學(xué)組成成分是(重量％):0.6-0.8C，4.0-7.0B,4,0-6.0Cr，4.0-7.0Mo,2.0-5.0W,0.3畫(huà)0.6Si,0.3-0.6Mn,S<0.05,P<0.05，余量為Fe。本發(fā)明抗鋅液腐蝕磨損材料用電爐熔煉，其制造工藝步驟是①將廢鋼、生鐵、鉻鐵、鉬鐵、鎢鐵、硼鐵、硅鐵和錳鐵混合加熱熔化成鋼水；②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1560_1600°C，加入與鋼水重量比為0.20%0.35%的鋁脫氧，而后出爐；③抗鋅液腐蝕磨損材料采用鑄造方法成型，鋼水澆注溫度1450_1480。C;④澆注1一3小時(shí)后開(kāi)箱空冷鑄件，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；⑤鑄件經(jīng)880—92(TC并保溫1_3小時(shí)后爐冷，然后進(jìn)行粗加工；鑄件最后加熱至980—102(TC并保溫2—4小時(shí)后，在50—8(TC油中冷卻，隨后在520—58(TC回火，保溫時(shí)間5—8小時(shí)，然后空氣冷卻至室溫。最后精加工至規(guī)定形狀和尺寸。合金材質(zhì)的性能是由金相組織決定的，而一定的組織取決于化學(xué)成分及熱處理工藝，本發(fā)明化學(xué)成分是這樣確定的C:在鋅液腐蝕磨損環(huán)境下，希望材料既具有優(yōu)異的抗高溫磨損性能，又具有優(yōu)良的抗鋅液腐蝕性能，而優(yōu)異的抗高溫磨損性能來(lái)源于組織中存在的高硬度碳化物和硼化物，而C對(duì)碳化物數(shù)量影響最大，另外，部分C溶于基體，可改善材料的淬透性和淬硬性，但提高C含量明顯降低鋼的耐鋅液腐蝕性能，考慮其利弊，將C含量控制在0.6-0.8%。B:硼原子半徑為0.82A，與鐵原子半徑之比大于0.59，因此與鐵化合后形成復(fù)雜的金屬間化合物FeB和Fe2B。FeB為正交點(diǎn)陣，含硼重量百分比16.23%,Fe2B為四方點(diǎn)陣，含硼量為8.83%。硼化鐵具有極高的硬度(FeB和FesB的硬度分別為1800-2200HV和1400-1600HV)，好的耐磨性和抗高溫氧化性，能在80(TC高溫下長(zhǎng)期使用而不氧化。另外，硼化鐵還具有良好的耐酸堿腐蝕性，除硝酸外，對(duì)硫酸、鹽酸、氫氟酸、磷酸等都具有非常好的耐蝕性，同時(shí)對(duì)鋅液也具有非常好的耐蝕性。鋼中加入硼后，易形成連續(xù)網(wǎng)狀分布的鐵硼化合物。隨著硼含量增加，硼化物數(shù)量增加，鋼的耐蝕性明顯提高，但是硼含量過(guò)高，鋼中脆性硼化物明顯增多，材料的力學(xué)性能、鑄造性能和加工性能惡化，綜合考慮，將硼含量控制在4.0-7.0%。Cr:Cr除部分形成碳化物，增加耐磨性外，其主要作用是溶于基體，增大基體的淬透性。合適的Cr含量是4.0-6.0%。W:W在高速鋼中主要以Fe4W2C形式存在，淬火加熱時(shí)，一部分Fe4W2C溶入奧氏體，淬火后存在于馬氏體中。W原子與C原子結(jié)合力較強(qiáng)，能提高回火馬氏體的分解溫度，W原子半徑大，能提高鐵的自擴(kuò)散激活能，提高鋼的回火溫度，使高速鋼中馬氏體加熱到60(TC625'C時(shí)還很穩(wěn)定?；鼗疬^(guò)程中有一部分W以W2C的形式彌散析出，造成二次硬化。淬火加熱過(guò)程中未溶解的Fe4W2C能阻止高溫下奧氏體晶粒長(zhǎng)大。W含量增加，可以提高高速鋼紅硬性及減少熱過(guò)敏性，但W含量太高會(huì)增加碳化物的不均勻性，增大鋼的脆性，因此將W含量控制在2.0-5.0%。Mo:Mo對(duì)高速鋼的影響與W相近，它同樣是促進(jìn)二次硬化的主要元素，Mo的原子量約為W的1/2，加入l%Mo對(duì)高速鋼的影響程度相當(dāng)于加入2%W。Mo加入高速鋼中可以細(xì)化萊氏體組織，對(duì)改善高速鋼的韌性和耐磨性是有益的。但Mo使高速鋼高溫?zé)崽幚頃r(shí)脫碳傾向增大，因此將Mo含量控制在3.0%8.0%。Si:Si是熔煉脫氧元素，加適量的Si，可防止其它合金元素氧化，但Si又是非碳化物形成元素，主要溶于基體，降低淬透性，另外Si使鋼的耐鋅液腐蝕性能大幅下降，考慮其利弊，將Si含量控制在0.3-0.6%。Mn:Mn也具有較好的脫氧效果，但促使鑄鋼加熱時(shí)晶粒長(zhǎng)大，增大鑄件熱裂傾向，Mn還使鋼的耐鋅液腐蝕性能大幅下降，因此Mn含量控制在0.3-0.6%。不可避免的微量雜質(zhì)是原料中帶入的，其中有P和S，均是有害元素，為了保證抗鋅液腐蝕磨損材料的強(qiáng)度、韌性、耐磨性和耐腐蝕性，將P含量控制在0.05%以下，S含量控制在0.05M以下。抗鋅液腐蝕磨損材料的熱處理工藝制訂依據(jù)是鑄態(tài)抗鋅液腐蝕磨損材料硬度高，加工性能差，需要進(jìn)行退火處理，以改善加工性能。退火溫度低于88(TC，或退火保溫時(shí)間少于1小時(shí)，材料硬度降低不明顯，加工性能差。退火溫度超過(guò)92(TC或保溫時(shí)間超過(guò)3小時(shí)，將增加能耗，并降低了生產(chǎn)效率。在880—92(TC并保溫1一3小時(shí)后爐冷，可降低硬度，明顯改善材料加工性能?？逛\液腐蝕磨損材料需要進(jìn)行淬火處理，以獲得高硬度馬氏體基體，改善耐磨性。淬火加熱溫度低于98(TC，高溫奧氏體中溶解的碳和合金元素較少，淬透性和淬硬性差，淬火加熱溫度超過(guò)102(TC后，網(wǎng)狀硼化物局部出現(xiàn)斷網(wǎng)，降低了材料的抗鋅液腐蝕能力，選擇加熱至980—102(TC并保溫2—4小時(shí)后，在50—8(TC油中冷卻，隨后在520—580。C回火，保溫時(shí)間5—8小時(shí)，然后空氣冷卻至室溫?？纱_保材料具有高硬度和優(yōu)良的耐磨性，另外還具有優(yōu)異的抗鋅液腐蝕能力。本發(fā)明效果①用本發(fā)明制造的抗鋅液腐蝕磨損材料，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便，金相組織中含有網(wǎng)狀分布的鐵硼化合物，可明顯改善抗鋅液腐蝕性能?；w組織以高硬度馬氏體為主，并含有較多的W、Mo等元素，可明顯改善材料的高溫磨損性能，使材料具有良好的抗鋅液腐蝕磨損能力。②本發(fā)明抗鋅液腐蝕磨損材料常溫硬度高，達(dá)到62—65HRC，在500。C時(shí)的硬度也達(dá)到56—58HRC。本發(fā)明材料抗彎強(qiáng)度達(dá)到了900—1100MPa。③用本發(fā)明制造的熱鍍鋅機(jī)組沉沒(méi)輥軸套和鑄造金屬鋅粒用定量器滴嘴，使用壽命比316L不銹鋼提高3—6倍。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述實(shí)施例1:用150公斤中頻感應(yīng)電爐熔煉本發(fā)明材料，其具體工藝步驟是①將廢鋼、生鐵、鉻鐵、鉬鐵、鎢鐵、硼鐵、硅鐵和錳鐵混合加熱熔化;②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1597"C，加入占鋼水重量0.27%的鋁脫氧，而后出爐；③抗鋅液腐蝕磨損材料采用鑄造方法成型，鋼水澆注溫度1472"C;④澆注2小時(shí)后開(kāi)箱空冷鑄件，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛剌；鑄件經(jīng)900。C并保溫2小時(shí)后爐冷，然后進(jìn)行粗加工；(D鑄件最后加熱至100(TC并保溫3小時(shí)后，在50—8(TC油中冷卻，隨后在56(TC回火，保溫時(shí)間6小時(shí)，然后空氣冷卻至室溫。最后精加工至規(guī)定形狀和尺寸。材料成分見(jiàn)表l，材料性能見(jiàn)表2。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例2:用150公斤中頻感應(yīng)電爐熔煉本發(fā)明材料，其具體工藝步驟是①將廢鋼、生鐵、絡(luò)鐵、鉬鐵、鎢鐵、硼鐵、硅鐵和錳鐵混合加熱熔化;②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1563°C，加入占鋼水重量0.22%的鋁脫氧，而后出爐；③抗鋅液腐蝕磨損材料采用鑄造方法成型，鋼水澆注溫度145rC;④澆注1.2小時(shí)后開(kāi)箱空冷鑄件，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；⑤鑄件經(jīng)88(TC并保溫3小時(shí)后爐冷，然后進(jìn)行粗加工；⑥鑄件最后加熱至980。C并保溫4小時(shí)后，在50—8(TC油中冷卻，隨后在520'C回火，保溫時(shí)間8小時(shí)，然后空氣冷卻至室溫。最后精加工至規(guī)定形狀和尺寸。材料成分見(jiàn)表3，材料性能見(jiàn)表4。表3材料成分(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例3:用250公斤中頻感應(yīng)電爐熔煉本發(fā)明材料，其具體工藝步驟是①將廢鋼、生鐵、鉻鐵、鉬鐵、鎢鐵、硼鐵、硅鐵和錳鐵混合加熱熔化;②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1584°C，加入占鋼水重量0.35%的鋁脫氧，而后出爐；③抗鋅液腐蝕磨損材料采用鑄造方法成型，鋼水澆注溫度1472°C;④澆注2.5小時(shí)后開(kāi)箱空冷鑄件，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；◎鑄件經(jīng)92(TC并保溫1小時(shí)后爐冷，然后進(jìn)行粗加工；⑥鑄件最后加熱至102(TC并保溫2小時(shí)后，在50—8(TC油中冷卻，隨后在58(TC回火，保溫時(shí)間5小時(shí)，然后空氣冷卻至室溫。最后精加工至規(guī)定形狀和尺寸。材料成分見(jiàn)表5，材料性能見(jiàn)表6。表5材料成分(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表6材料性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)施例4:用250公斤中頻感應(yīng)電爐熔煉本發(fā)明材料，其具體工藝步驟是①將廢鋼、生鐵、鉻鐵、鉬鐵、鎢鐵、硼鐵、硅鐵和錳鐵混合加熱熔化;②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1592"C，加入占鋼水重量0.31%的鋁脫氧，而后出爐；③抗鋅液腐蝕磨損材料采用鑄造方法成型，鋼水澆注溫度1466'C;澆注1小時(shí)后開(kāi)箱空冷鑄件，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；◎鑄件經(jīng)910。C并保溫2小時(shí)后爐冷，然后進(jìn)行粗加工；鑄件最后加熱至99(TC并保溫3小時(shí)后，在50—8(TC油中冷卻，隨后在55(TC回火，保溫時(shí)間7小時(shí)，然后空氣冷卻至室溫。最后精加工至規(guī)定形狀和尺寸。材料成分見(jiàn)表7，材料性能見(jiàn)表8。表7材料成分(重量％)元素CBCrMoW成分0.756.144.006.352.48元素SiMnSPFe成分0.420.550.0330.041余量表8材料性能常溫硬度/HRC500。C硬度/HRC抗彎強(qiáng)度/MPa63.957.21008.0取本發(fā)明材料制作的熱鍍鋅機(jī)組沉沒(méi)輥軸套和鑄造金屬鋅粒用定量器滴嘴，分別在連續(xù)熱鍍鋅機(jī)組和鑄造金屬鋅粒生產(chǎn)線上進(jìn)行了裝機(jī)運(yùn)行試驗(yàn)，鋅液溫度為460—48(TC。結(jié)果如下用本發(fā)明材料制作的熱鍍鋅機(jī)組沉沒(méi)輥軸套和鑄造金屬鋅粒用定量器滴嘴，具有硬度高，耐鋅液腐蝕性能好，具有良好的抗鋅液腐蝕磨損性能，沉沒(méi)輥軸套的使用壽命比316L不銹鋼軸套提高3—4倍，達(dá)到28—35天。而鑄造金屬鋅粒用高硼高速鋼定量器滴嘴的使用壽命比316L不銹鋼定量器滴嘴提高5—6倍，與陶瓷定量器滴嘴使用壽命相當(dāng)，但克服了陶瓷定量器滴嘴加工困難和脆性大，安裝和使用中易斷裂的不足。使用本發(fā)明抗鋅液腐蝕磨損材料，具有很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。權(quán)利要求1、一種抗鋅液腐蝕磨損材料，其特征在于，該材料成分的重量百分比為0.6-0.8C，4.0-7.0B，4.0-6.0Cr，4.0-7.0Mo，2.0-5.0W，0.3-0.6Si，0.3-0.6Mn，S＜0.05，P＜0.05，余量為Fe。2、如權(quán)利要求1所述的抗鋅液腐蝕磨損材料的制造方法，其特征在于，用電爐生產(chǎn)，其工藝步驟是①將廢鋼、生鐵、鉻鐵、鉬鐵、鎢鐵、硼鐵、硅鐵和錳鐵混合加熱熔化成鋼水；②爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1560—1600°C，加入與鋼水重量比為0.20%0.35%的鋁脫氧，而后出爐；③抗鋅液腐蝕磨損材料采用鑄造方法成型，鋼水澆注溫度1450—1480。C;④澆注l一3小時(shí)后開(kāi)箱空冷鑄件，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛鑄件經(jīng)880—92(TC并保溫1一3小時(shí)后爐冷，然后進(jìn)行粗加工；鑄件最后加熱至980—102(TC并保溫2_4小時(shí)后，在50—8(TC油中冷卻，隨后在520—580"C回火，保溫時(shí)間5—8小時(shí)，然后空氣冷卻至室溫。最后精加工至規(guī)定形狀和尺寸。全文摘要一種抗鋅液腐蝕磨損材料及其制造方法屬于材料腐蝕和磨損
技術(shù)領(lǐng)域：
。該抗鋅液腐蝕磨損材料化學(xué)成分是(重量％)0.6-0.8C，4.0-7.0B，4.0-6.0Cr，4.0-7.0Mo，2.0-5.0W，0.3-0.6Si，0.3-0.6Mn，S＜0.05，P＜0.05，余量為Fe。本發(fā)明抗鋅液腐蝕磨損材料利用電爐熔煉，采用鑄造方法成型，鑄件經(jīng)退火后進(jìn)行粗加工，經(jīng)980-1020℃淬火和520-580℃回火后，進(jìn)行精加工。本發(fā)明抗鋅液腐蝕磨損材料常溫硬度高，達(dá)到62-65HRC，在500℃時(shí)的硬度也達(dá)到56-58HRC?？箯潖?qiáng)度達(dá)到了900-1100MPa。在鋅液腐蝕磨損環(huán)境下，具有優(yōu)良的使用效果，壽命比316L不銹鋼提高3-6倍。文檔編號(hào)C22C38/32GK101215671SQ20081005601公開(kāi)日2008年7月9日申請(qǐng)日期2008年1月11日優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日發(fā)明者佟寶輝,勇王,符寒光,邢建東,雷永平申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)