一種含硼耐磨鑄鋼材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發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領域。
【背景技術】
[0002] 傳統的金屬耐磨材料按服役條件可分為以下幾類，一類是用在強沖擊、大壓力負 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荷下如 磨機細磨倉襯板、磨球等，一般選用抗磨鑄鐵。而介于二者之間的中等沖擊負荷如磨機一倉 襯板等，若選用高錳鋼，由于沖擊負荷不足無法使表面充分硬化，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相較少，低碳合金 鋼中則無抗磨硬質相，合金鋼的耐磨性一般較差。
[0003] 為了提高高錳鋼的耐磨性，中國發明專利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/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，對鑄件進行熱處理。該發明提出的提高高 錳鋼耐磨件壽命的工藝可將高速鋼及硬質合金鑲在高錳鋼鑄造件的工作面上，工藝比較簡 單，通過把高錳鋼及硬質合金鑲在高錳鋼鑄件的工作面上，利用高速鋼及硬質合金的高硬 度，有效解決了高錳鋼初始磨損嚴重的問題，但該工藝存在操作復雜和產品廢品率較高等 不足。中國發明專利CN100999778還公開了一種提高高錳鋼初期耐磨性的表面時效處理 方法，包括對普通高錳鋼或合金化的高錳鋼制件整體進行水韌處理和/或水韌處理后加低 溫時效處理的步驟，其特征在于還包括按照設計要求進行機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，進行自 然冷卻和/或介質冷卻的步驟，可提高高錳鋼的初期耐磨性。但是，高錳鋼時效過程中，易 析出碳化物，降低其強度和韌性，且加工硬化性能下降，反而失去了高錳鋼的優勢。中國發 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%。 經模擬零件沖擊彎曲試驗、機械性能試驗和現場使用試驗結果表明，在高錳鋼中加入W，能 明顯提高鋼的強度和韌性。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，導致生產成本增 加。中國發明專利CN1616706還公開了一種表層或局部梯度強化的耐磨錳鋼復合材料及制 備工藝，該材料是基體為韌性較高的奧氏體、強化層為硬度較高的碳化鈦+馬氏體+介穩定 奧氏體、中間過渡層為梯度漸變的碳化鈦+馬氏體+奧氏體的復合組織結構；其制備工藝 包括以下步驟：介穩定奧氏體錳鋼基體成分設計，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增強體+介穩定奧氏體鑄態組織；對該表層或局部進行液氮深冷 處理獲得馬氏體相變梯度強化層，大幅度提高了高錳鋼的綜合機械性能，該方法存在工藝 復雜和穩定性差等不足，在實際生產中難以推廣。
[0004] 為了提高合金鋼耐磨性，中國發明專利CN102443745A公開了一種在電廠、冶金、礦 山、建材等行業球磨機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。該襯板具有優 異的耐熱性和耐蝕性，有較高的硬度和耐磨性，同時還具有較高的強度和較好的韌性，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，其性價比較高。中國發明專利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。本發明 通過優選材料配方，調整鑄造烙煉工藝，結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。中國發明專利CN1140205還公開了一種應用在沖擊力不 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 型球磨機的襯板、隔倉板，滾式破碎滾筒，錘式，反擊式破碎機的錘頭、板錘，也可用于對磁 選要求嚴格的顎式破碎機的齒板，昂貴鑰、釩元素的加入，使材料生產成本增加。中國發明 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、強磨損 工況條件下工作的耐磨部件。其化學成份（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。該發明耐磨合金 鋼具有優異的耐磨性和綜合強韌性，用于制造水泥熟料破碎機襯板，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，導致材料成本增加。
【發明內容】
[0005] 本發明目的是針對現有耐磨鋼鐵材料存在的不足，開發一種耐磨性好于常用耐磨 鑄鋼，而強度和韌性好于抗磨鑄鐵，且具有較低生產成本的含硼耐磨鑄鋼材料。本發明是利 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，具有原料來源豐富、生產工藝簡便和綜合性能高等優勢。
[0006] 本發明目的可以通過以下措施來實現。
[0007] 本發明原材料由質量分數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] 本發明采用電爐熔煉，具體工藝步驟如下： (1)將質量分數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，當溫度達到1480~ 1500°C時，依次加入質量分數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時出爐。
[0009] (2)當鋼水溫度降至1400~1430°C時澆鑄成鑄件。
[0010] (3)澆鑄后的鑄件表面溫度達到103(Tl100 °C時，直接將鑄件入水冷卻，鑄件質量 與冷卻水的質量的比值控制在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成分質量分數為：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成分質量分數為：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