一種含硼耐磨鑄鋼材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明為一種耐磨鑄鋼材料及其制備方法，特別涉及一種含硼耐磨鑄鋼材料及其 制備方法，屬于耐磨金屬材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的金屬耐磨材料按服役條件可分為以下幾類，一類是用在強(qiáng)沖擊、大壓力負(fù) 荷條件下如錘頭、顎板、扎白壁、破碎壁等，一般選用高錳鋼。另一類是用在低沖擊負(fù)荷下如 磨機(jī)細(xì)磨倉(cāng)襯板、磨球等，一般選用抗磨鑄鐵。而介于二者之間的中等沖擊負(fù)荷如磨機(jī)一倉(cāng) 襯板等，若選用高錳鋼，由于沖擊負(fù)荷不足無(wú)法使表面充分硬化，反而不耐磨。而用抗磨鑄 鐵又承受不了較高沖擊，一般采用合金鋼。由于中、高合金鋼中抗磨硬質(zhì)相較少，低碳合金 鋼中則無(wú)抗磨硬質(zhì)相，合金鋼的耐磨性一般較差。
[0003] 為了提高高錳鋼的耐磨性，中國(guó)發(fā)明專利CN1785554公開了一種提高高錳鋼耐磨 件壽命的工藝，將所需鑲鑄材料與支撐用金屬釘或金屬棒粘結(jié)/焊接一體，利用支撐用金 屬釘或金屬棒將所需鑲鑄材料固定在鑄型中所需部位，然后澆注高錳鋼合金熔液，成型后 將露在鑄件外面的支撐用金屬釘或金屬棒切掉，對(duì)鑄件進(jìn)行熱處理。該發(fā)明提出的提高高 錳鋼耐磨件壽命的工藝可將高速鋼及硬質(zhì)合金鑲在高錳鋼鑄造件的工作面上，工藝比較簡(jiǎn) 單，通過(guò)把高錳鋼及硬質(zhì)合金鑲在高錳鋼鑄件的工作面上，利用高速鋼及硬質(zhì)合金的高硬 度，有效解決了高錳鋼初始磨損嚴(yán)重的問(wèn)題，但該工藝存在操作復(fù)雜和產(chǎn)品廢品率較高等 不足。中國(guó)發(fā)明專利CN100999778還公開了一種提高高錳鋼初期耐磨性的表面時(shí)效處理 方法，包括對(duì)普通高錳鋼或合金化的高錳鋼制件整體進(jìn)行水韌處理和/或水韌處理后加低 溫時(shí)效處理的步驟，其特征在于還包括按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行機(jī)械加工的步驟和將加工后的工 件表面加熱到350~920°C，并依加熱方法及加熱溫度不同保溫0. 5秒~8小時(shí)，進(jìn)行自 然冷卻和/或介質(zhì)冷卻的步驟，可提高高錳鋼的初期耐磨性。但是，高錳鋼時(shí)效過(guò)程中，易 析出碳化物，降低其強(qiáng)度和韌性，且加工硬化性能下降，反而失去了高錳鋼的優(yōu)勢(shì)。中國(guó)發(fā) 明專利CN1676651還公開了一種用于耐磨鑄件的含鎢高錳鋼，其特征在于該含鎢高錳鋼 含有下列重量比的原料：C :0· 95-L 35%，Mn :1L 5-14%，Si :0· 3-L 0%，Cr :0· 2-1. 0%， W :0· 2-0. 6%，Mo :0· 2-0. 4%，P :彡（λ 07%，余量為鐵。或其中 W 的含量為 3. 5-4. 2 %或 0. 7-2. 0%，且不含Mo。還可以在上述含鎢合金鋼加入稀土元素 Re,其含量為0. 02-0. 15%。 經(jīng)模擬零件沖擊彎曲試驗(yàn)、機(jī)械性能試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)使用試驗(yàn)結(jié)果表明，在高錳鋼中加入W，能 明顯提高鋼的強(qiáng)度和韌性。W和其它合金元素配合有良好的綜合作用。含鎢的高錳鋼和普 通高錳鋼相比，性能要高出許多。但該高錳鋼中含有較多昂貴的鎢元素，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增 加。中國(guó)發(fā)明專利CN1616706還公開了一種表層或局部梯度強(qiáng)化的耐磨錳鋼復(fù)合材料及制 備工藝，該材料是基體為韌性較高的奧氏體、強(qiáng)化層為硬度較高的碳化鈦+馬氏體+介穩(wěn)定 奧氏體、中間過(guò)渡層為梯度漸變的碳化鈦+馬氏體+奧氏體的復(fù)合組織結(jié)構(gòu)；其制備工藝 包括以下步驟：介穩(wěn)定奧氏體錳鋼基體成分設(shè)計(jì)，C、Mn重量百分比含量為C :0. 8~1. 3%、 Mn :6~13% ;用Ti-Fe合金粉末作合成介質(zhì)放置在鑄型的特定部位，將錳鋼高溫熔體澆入 鑄型，得到表層或局部TiC增強(qiáng)體+介穩(wěn)定奧氏體鑄態(tài)組織；對(duì)該表層或局部進(jìn)行液氮深冷 處理獲得馬氏體相變梯度強(qiáng)化層，大幅度提高了高錳鋼的綜合機(jī)械性能，該方法存在工藝 復(fù)雜和穩(wěn)定性差等不足，在實(shí)際生產(chǎn)中難以推廣。
[0004] 為了提高合金鋼耐磨性，中國(guó)發(fā)明專利CN102443745A公開了一種在電廠、冶金、礦 山、建材等行業(yè)球磨機(jī)上的高鉻合金鋼耐磨襯板，按重量百分比的合金成分為：C : 2 . 2 0 - 2.50%,Cr：15-18%,Ni：0.3-0.5%,Mn：1.0-1.2%,Mo：0.3-0.5%,Cu：0.4-0.65%,Ti :0.1 5 - 0.25 %、S i 不大于 0 . 6 %、P和 S 均 不大于0.0 35 %、Re :1. 8 - 2.2 %，余量為F e和不可避免的雜質(zhì)。該襯板具有優(yōu) 異的耐熱性和耐蝕性，有較高的硬度和耐磨性，同時(shí)還具有較高的強(qiáng)度和較好的韌性，其耐 磨性比高錳鋼襯板壽命提高2倍以上。襯板中Ni、Μ ο、Μ η等主要合金元素含量不高， 襯板成本明顯降低，其性價(jià)比較高。中國(guó)發(fā)明專利CN103014518A還公開了一種高碳高合 金鋼耐磨球，該磨球中各化學(xué)組分的重量百分比為：Cl. 0-1. 4%、SiL 6-2. 2%、MnL 0-1. 2%、 Cr8. 5-9. 5%、Mol. 2-1. 5%、CuO. 5-1. 0%、V0. 5-0. 8%、TiO. 15-0. 3%、B0. 08-0. 12%、 Ce0.0 5-0. 08%、Υ0· 02-0. 04%、Nd0.0 2-0. 03%、P <0· 05%、S <0· 05%，余量為 Fe。本發(fā)明 通過(guò)優(yōu)選材料配方，調(diào)整鑄造烙煉工藝，結(jié)合合理的熱處理方法，制備出以Si、Μη、Cr為主 要合金元素，加入適量Mo、V、Ti、B、Cu、稀土的高碳高合金鋼耐磨球，具有高硬度高韌性、 抗高沖擊性和耐磨性好等特點(diǎn)。中國(guó)發(fā)明專利CN1140205還公開了一種應(yīng)用在沖擊力不 大工況條件下的耐磨易損件的中碳中合金耐磨鋼，其化學(xué)成分及其含量如下：〇. 45~0. 65C， 0· 3~0· 8Si, 0· 4~1.0 Mn, 4. 0~5· 5Cr, 0· 3~0· 7Mo, 0· 2~0· 5V, 0· 02~0· 05Re，適合制作中 型球磨機(jī)的襯板、隔倉(cāng)板，滾式破碎滾筒，錘式，反擊式破碎機(jī)的錘頭、板錘，也可用于對(duì)磁 選要求嚴(yán)格的顎式破碎機(jī)的齒板，昂貴鑰、釩元素的加入，使材料生產(chǎn)成本增加。中國(guó)發(fā)明 專利CN1417366還公開了一種稀土硼中鉻耐磨合金鋼，主要用于制造在中等沖擊、強(qiáng)磨損 工況條件下工作的耐磨部件。其化學(xué)成份（重量百分比）為：C 0. 7~1. 0%，Cr 6. 0~ 9. 0%，Si 0· 4 ~1. 0%，Mn 0· 8 ~1. 0%，Mo 0· 5 ~1. 0%，B 0· 05 ~0· 1%，Re 0· 02 ~ 0. 04%，V 0~0. 1%，Ti 0~0. 1%，其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。該發(fā)明耐磨合金 鋼具有優(yōu)異的耐磨性和綜合強(qiáng)韌性，用于制造水泥熟料破碎機(jī)襯板，其使用壽命是高錳鋼 襯板的3~5倍。因加入了較多昂貴的鑰元素，且鉻加入較多，導(dǎo)致材料成本增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有耐磨鋼鐵材料存在的不足，開發(fā)一種耐磨性好于常用耐磨 鑄鋼，而強(qiáng)度和韌性好于抗磨鑄鐵，且具有較低生產(chǎn)成本的含硼耐磨鑄鋼材料。本發(fā)明是利 用含鉻高錳鋼廢料、低碳廢鋼為主要原料，另外加入鎢渣鐵合金、硼鐵、鈦鐵、稀土硅鐵、氮 化鉻鐵和鈣鋇鋁合金，具有原料來(lái)源豐富、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便和綜合性能高等優(yōu)勢(shì)。
[0006] 本發(fā)明目的可以通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0007] 本發(fā)明原材料由質(zhì)量分?jǐn)?shù)75~80%的含鉻高錳鋼廢料，0. 20-〇. 35%的硼鐵， 2. 5~3. 0%的鎢渣鐵合金，I. (Tl. 2%的鈦鐵，0. 8~1. 0%的硅鈣鋇鋁合金，0. 75~0. 90%的氮化 鉻鐵，0. 5~0. 8%的稀土硅鐵，0. 30-〇. 45%的增碳劑和13~19%的Q235廢鋼組成。
[0008] 本發(fā)明采用電爐熔煉，具體工藝步驟如下： (1)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)75~80%的含鉻高錳鋼廢料，0. 30-〇. 45%的增碳劑，2. 5~3. 0%的鎢渣 鐵合金，0. 75~0. 90%的氮化鉻鐵和13~19%的Q235廢鋼混合加熱熔化，當(dāng)溫度達(dá)到1480~ 1500°C時(shí)，依次加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)I. (Tl. 2%的鈦鐵，(λ 2(Πλ 35%的硼鐵，(λ 8~L 0%的硅鈣鋇鋁 合金和0. 5~0. 8%的稀土硅鐵，升溫至1520~1550°C時(shí)出爐。
[0009] (2)當(dāng)鋼水溫度降至1400~1430°C時(shí)澆鑄成鑄件。
[0010] (3)澆鑄后的鑄件表面溫度達(dá)到103(Tl100 °C時(shí)，直接將鑄件入水冷卻，鑄件質(zhì)量 與冷卻水的質(zhì)量的比值控制在1 :12~1 :15,冷卻水溫度低于45°C，鑄件入水冷卻時(shí)間30-60 分鐘，即可獲得含硼耐磨鑄鋼材料。
[0011] 如上所述含鉻高錳鋼廢料的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：1.05~1.35%c，lfl4%Mn， 1.5~2.5%0，0.3~0.9〇/(^，〈0.06%?，〈0.05%5，余量為卩6。
[0012] 如上所述鎢渣鐵合金的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：4. 0-7. 0W，?Γ?7Μη，0. Γ〇. 7Nb， 0.05~0.20Ta, 0.12~0.25Ti, 5.5~6.2C, 0.12~0.50Si,余量為 Fe。
[0013] 如上所述的硅鈣鋇鋁