專利名稱：含硼鐵基合金耐磨材料及其制備方法
技術領域：
本發明為鐵基合金耐磨材料及其制備方法，特別涉及一種含硼鐵基合金耐磨材料及其制備方法，屬于耐磨金屬材料技術領域。
背景技術：
高碳高錳鋼和低合金鑄鋼是傳統的耐磨材料，在冶金、礦山、建材和電力等領域已廣泛應用。為了提高高錳鋼的耐磨性，中國發明專利CN102230142A公開了一種超高強、高抗沖擊、高耐磨高錳鋼。由下述重量百分比的組分所組成碳0. 9 1. 2，硅0. 3 0. 6， 猛16 22，鉻1. 5 2. 0，鉬0. 5 0. 8，鎳0. 3 0. 5，銅0. 2 0. 4，硫彡 0. 04， 磷03，復合稀土變質劑0. 1 0.3，或者由下述重量百分比的組分所組成碳0. 9 1. 2，硅0. 3 0. 5，猛17 20，鉻1. 7 2. 0，鉬0. 5 0. 8，銅0. 2 0. 4，硫彡 0. 035， 磷^ 0.03，釩0. 2 0.4，鈦0. 1 0. 15，復合稀土變質劑0. 1 0. 3。中國發明專利 CN102230056A還公開了一種超高錳鋼冶煉變質新工藝，包括用電弧爐冶煉超高錳鋼熔化入爐廢鋼、吹氧助熔、兩次造渣、化驗成分、加入Cr鐵和Mn鐵合金、全成分合格后出鋼，將變質劑引入鋼包內對鋼水進行變質處理，再對完成變質處理后的鋼水進行氬氣凈化處理， 變質劑的配方的重量百分比為稀土鍶合金10 20%，鈉基玻璃粉15 25%，釩鐵10 20 %，鈦鐵3 5 %，硼鐵0. 3 0. 7%，余量為石灰塊，變質劑的加入量占鋼水重量的3 4%。氬氣凈化時間為5 10分鐘并達到澆注溫度值即停止吹氬氣。鑄件質量得到明顯改善。中國發明專利CN101705447A還公開了高錳鋼基自生碳化鉭復合材料制備工藝，該工藝主要包括以下步驟用鉭絲編織成一定規格的鉭絲網，裁剪、多層卷制或疊加制成網狀立體骨架結構；按照鑄造工藝要求制作鑄型，把鉭絲立體網狀骨架預置在鑄型型腔中；冶煉高錳鋼澆入鑄型中，冷卻清理后得到鉭絲-高錳鋼二元材料預制體；把鉭絲-高錳鋼二元材料預制體置入熱處理爐，加溫到碳化物形成溫度進行保溫，獲得碳化鉭顆粒增強高錳鋼基復合材料。中國發明專利CN17855M還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CN101837444A還公開了一種高錳鋼基SiC顆粒表面復合材料的制備方法，該方法首先對SiC顆粒進行表面合金化處理；然后切割消失模模樣，在模樣待復合位置填充顆粒，按照常規消失模鑄造工藝進行涂料涂覆和造型，澆鑄時控制真空度、澆注溫度和冷卻時間，經脫型，清理獲得燒結的高錳鋼基SiC顆粒復合材料。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
3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CN101250675還公開了一種含鎢高錳鋼，該高錳鋼含有下列質量百分比的化學成分C :1. 05% 1. ；35%，Si :0. 3% 0. 9%，Mn 19 %，W :0. 5 % 1. 5 %，P彡0. 070 %，S彡0. 045 %，余量為Fe。此外該高錳鋼還可以含有稀土元素RE，其含量為0. 01% 0. 3%。還可以含有Cr，其含量為1. 2% 2. 5%。本發明的含鎢高錳鋼，特別是當Mn的含量為16% 19%時，鎢元素、稀土元素RE和鉻元素的加入，使得整個高錳鋼比起現有的鋼種具有韌性好，屈服強度高，加工硬化程度高，耐磨性能更好等優勢，從而擴大了高錳鋼的應用范圍。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. 95-1. 35%, Mn 11. 5-14%, Si 0. 3-1. 0%, Cr 0. 2-1. 0%, W 0. 2-0. 6%, Mo 0. 2-0. 4%, P ^ 0. 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%。鎢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。中國發明專利CN101545035 還公開了一種高錳鋼板錘和輥套的爆炸硬化處理方法，該方法所述的塑性板狀炸藥的特征是主炸藥為黑索金，含量為80% ；粘結劑為環氧樹脂，含量為18. 2% ；固化劑為乙二胺，含量為0. 3%，增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯，含量為1. 5%。混合炸藥配方順序為環氧樹脂一乙二胺一鄰苯二甲酸二丁酯一黑索金。 為了提高合金鋼耐磨性，美國專利US201032^15_A1公開了一種高碳低合金鋼， 具體組成是0. 50-0. 80% C，0. 50-1. 00% Mn, < 0. 85% Si，0. 10-0. 70% Cr, < 0. 20% Mo, < 0. 05 % P，< 0. 05 % S，余量!^，但上述材料存在脆性大，淬透性差等不足。俄羅斯專利RU2347004-C1還公開了一種高硼鑄造合金，具體組成是2. 3-2. 7% C,0. 8-1. 0% Si, 3. 0-4. 0% Mn, 3. 8-4.2% B, 6. 0-8. 0 % Co, 14. 4-16. 4% Mo，0.6-1.0% Ce，余量 Fe。具有硬度高和耐磨性好等特點，但含有大量價格昂貴的鉬、鈷等合金元素，成本較高。中國發明專利CN1140205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0. 45 0. 65C，0. 3 0. 8Si，0. 4 1. OMn, 4. 0 5. 5Cr, 0. 3 0. 7Μο，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，昂貴鉬、釩元素的加入，使材料生產成本增加。中國發明專利CN101555573還公開了一種合金鋼及其熱處理方法。其特征是合金鋼按質量百分比計，由以下元素組成C :0. 2 0. 3%，
4Si 0. 4 0. 6%，Mn :1. 2 1. 5%，Cr :0. 8 0. 9%，Ni :1. 8 ~ 2. 0%, Mo :0. 2 0. 4%， RE 0. 01 0. l%,Nb :0. 03 0. 06%,B 0. 002 0. 004%,P < 0. 04%,S < 0. 04%，余量為狗。其熱處理方法的特征是將合金鋼按100°C /h的速度，升溫到930 950°C，保溫4小時后爐冷到250°C ；再按100°C /h的速度，升溫到900 920°C，保溫4小時后，水溫為20 45°C水冷或空冷；再加熱至溫度250 300°C后，爐冷。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%，Μο 0. 5 1· 0%，B 0. 05 0. l%，Re 0. 02 0. 04%,V 0 0. l%，Ti 0 0. 1%，其余為狗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鉬元素，且鉻加入較多，導致材料成本增加。中國發明專利CN101660097還公開了一種高硼高鉻低碳耐磨合金鋼及其制備方法，其化學成分按重量百分比為0. 10 0. 5% C，3 26% Cr,0. 5 1. 2% Si，0. 5 1. 5% Μη,Ο. 3 2. 8% Β，0· 3-2. 6% Cu，0. 2-0. 6% Ti，0. 02-0. 15% Ca，0. 03-0. 25% Ce，0. 02-0. 18% N，0. 05 0. 3% Nb，0. 04 0. 09% Al,
0.02 0. 15% Mg，0· 04-0. 13% K, S < 0. 03%, P < 0. 04%，余量為 Fe 和不可避免的雜質元素。采用廢鋼、鉻鐵在電爐中熔化后加入銅板、硅鐵、錳鐵，爐前調整成分合格后，將熔體溫度升高至1560-1620°C，加入硅鈣合金和鋁脫氧，然后依序加入鈦鐵和硼鐵熔化出爐；將小于12mm的顆粒狀稀土鎂合金和金屬鈰、Si3N4, VN、Nb和K所組成的復合變質孕育劑經烘烤后放在鋼水包底部，用包內沖入法對冶煉好的鋼水進行變質孕育處理，鋼水澆注溫度為 1400 1450°C ；鑄件經920 1150°C保溫2_4小時，然后空冷到室溫，即可得到本發明合金鋼。

發明內容
本發明目的是針對現有耐磨材料存在的不足，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鐵基合金耐磨材料。本發明是利用高錳鋼廢料、低碳廢鋼為主要原料，另外加入硼鐵、鉻鐵、鈦鐵、硅鈣鋇合金、鋯鐵和含氮錳鐵，具有原料來源豐富、生產工藝簡便和綜合性能高等優勢。本發明目的可以通過以下措施來實現。本發明含硼鐵基合金耐磨材料，原材料的組成(質量百分數)如下高錳鋼回爐料40 45 %，硼鐵3 5 %，中碳鉻鐵10 12 %、鈦鐵0. 6 0. 9 %，硅鈣鋇合金1. 2
1.5%,鋯鐵0. 3 0. 5%，含氮錳鐵0. 4 0. 6%，Q235廢鋼(低碳廢鋼)37 42%。本發明上述含硼鐵基合金耐磨材料的制備方法，采用電爐熔煉，具體工藝步驟如下(1)將40 45%高錳鋼回爐料、10 12%中碳鉻鐵和37 42%的Q2I35廢鋼混合加熱熔化，當溫度達到1480 1500°C時，加入0. 4 0. 6%含氮錳鐵和1. 2 1. 5%硅鈣鋇合金，然后加熱至1520 1550°C，并依次加入0. 6 0. 9%鈦鐵、3 5%硼鐵和0. 3 0. 5%鋯鐵，升溫至1560 1580°C時出爐入鋼包。(2)在鋼包底部安裝陶瓷透氣塞(參見附圖1中的2和4)，通過陶瓷透氣塞向鋼液中吹入氬氣，氬氣流量15 25L/min，氬氣壓力10 15MPa，吹氬時間5 8min，吹氬后鋼水的靜置時間5 8min，然后在溫度為1425 1450°C時澆注成鑄件。(3)鑄件經清砂、打磨后進行熱處理，淬火加熱溫度1000 1050°C，淬火保溫時間 3 6小時，然后油冷，最后進行回火處理，回火加熱溫度200 230°C，回火保溫時間6 10小時，回火后空冷至室溫即可。本發明以高錳鋼回爐料、Q235廢鋼和中碳鉻鐵為主要原料，其中高錳鋼回爐料來源于高錳鋼鑄件使用后的殘體，其化學成分滿足GB/T 5680的ZG120Mnl3(l. 05 1. 35% C,11 14% Μη,Ο. 3 0. 9% Si，彡0. 06% P，彡0. 04% S，余量Fe)要求。使用高錳鋼回爐料屬于廢料利用，加入高錳鋼回爐料的主要目的是利用其中的錳、碳等元素，用于提高鐵基耐磨合金材料的淬硬性和淬透性。加入Q235廢鋼主要是為了補充鐵基耐磨材料的鐵含量，Q235廢鋼的成分滿足國標要求，具體如下C0. 14 0. 22%，MnO. 30 0. 65%， Si ^ 0. 30%, S^O. 050%, P < 0.045%，余量狗。加入中碳鉻鐵是為了在鐵基耐磨合金材料中形成大量高硬度的Cr7 (C，B)3和Cr3 (B，C)碳硼化合物，促進鐵基耐磨合金材料硬度的提高和耐磨性的改善。本發明所述中碳鉻鐵的質量百分數如下60 65% Cr，1.2 2.0% C，1.0 2.5% Si,^ 0. 06% P,^ 0. 04% S，余量佝。所述鋯鐵的質量百分數如下22 27% Zr, 38 43% Si，0.5 1.0% Al，0. 1 0.5% C，余量佝。所述硅鈣鋇合金的質量百分數如下45 48% Si, 12 15% Ca, 15 18% Ba, 3. 0 5. 0% Α1，0· 3 0. 7% C，< 0. 05% S，<0. 05% ，余量佝。所述含氮錳鐵的質量百分數如下73 78%Mn，4 6%N，0. 1 0. 6% C，0. 5 2.4% Si，< 0. 03% S，< 0. 15% P，余量佝。所述硼鐵的硼含量為18 22%，所述鈦鐵的鈦含量為觀 32%。本發明加入硼鐵的主要目的是為了獲得高硬度碳硼化合物，改善鐵基合金的耐磨性，加入鈦鐵和鋯鐵以及含氮錳鐵的目的除了細化晶粒外，還有改善Cr7(C，B)3和Cr3(B，C) 碳硼化合物形態和分布的作用，有利于提高鐵基耐磨合金材料的強韌性和耐磨性。加入硅鈣鋇的主要目的是為了脫氧和凈化材料組織。鈣和鋇的加入也有改善Cr7 (C，B)3和Cr3 (B， C)碳硼化合物形態和分布的作用，促進含硼鐵基耐磨材料性能的進一步提高。鑄鋼內在質量與鋼液純凈度有很大的關系，鋼水中的非金屬夾雜物可導致產品性能惡化、內在品質下降，同時非金屬夾雜物有助于氣孔的形成，降低鑄件的致密度。提高鋼液純凈度主要集中在兩方面(1)盡量減少鋼中雜質元素的含量；(2)嚴格控制鋼中的夾雜物，包括夾雜物的數量、尺寸、分布、形狀、類型。鑄鋼中溶質元素的含量主要通過對各種鐵水預處理以及爐外精煉設備中創造最佳的冶金反應動力學和熱力學條件實現的，鋼中夾雜物的控制主要是減少其生成、對其進行改性、促其上浮。本發明材料采用普通感應爐在大氣環境下熔煉，且以高錳鋼回爐料、 Q235廢鋼和中碳鉻鐵為主要原料，易產生多種夾雜物，損害合金材料的力學性能和耐磨性能。本發明開發了鋼包底部安裝陶瓷透氣塞吹入氬氣工藝，通過陶瓷透氣塞向鋼液中吹入氬氣可凈化鋼水。陶瓷透氣塞裝在鋼包底部，見圖1中的4。吹氬除能攪動鋼水外，由于氬氣泡小而分散，具有除氣作用，從而減少氣體和夾雜物含量。供氣速率范圍較靈活，包底耐火材料很少磨損，吹氣可中斷而不會有鋼水滲漏，安裝簡便。鋼包氬氣凈化主要優點是使合金元素和脫氧產物分布均勻，除氣去夾雜效果好，溫度均勻。實踐表明，采用吹氬凈化法， 由于鋼液凈化和溫度均勻，鋼水在澆注鑄件時鋼包無粘包、結瘤等現象出現。
另外，含硼鐵基合金熔液吹氬凈化處理時，氬氣流量若小于15L/min，則鋼水中的氣體和夾雜物不能充分向鋼包頂部富集(見附圖1中的1)，鋼水(見附圖1中的3)中殘留的氣體和夾雜物多，氬氣流量超過25L/min后，鋼包頂部的鋼水翻騰，反而卷入氣體，污染鋼水。吹氬時間小于5min時，鋼水中的夾雜物和氣體殘留量多，而吹氬時間超過8min后， 鋼水降溫過多，不利于隨后的鑄件澆注。壓氣壓力小于IOMI^a時，鋼水中殘留的氣體和夾雜物多，氬氣壓力超過15MI^后，氬氣對鋼水的攪拌加劇，易卷入氣體和鋼包頂部富集的夾雜物，污染鋼液。選擇氬氣流量15 25L/min，氬氣壓力10 15MPa，吹氬時間5 8min，吹氬后鋼水的靜置時間5 Smin的吹氬凈化處理工藝，鋼水凈化效果好。吹氬后鋼水中夾雜物明顯減少，有利于改善含硼鐵基合金的強韌性，提高其使用壽命。含硼鐵基合金耐磨材料淬火處理的主要目的是為了進一步提高硬度和硬度均勻性，促進耐磨性的提高，淬火后組織為馬氏體+奧氏體+貝氏體+Cr7 (C，Cr3 (B，C)碳硼化合物。回火的目的是為了穩定組織，消除淬火應力。本發明與現有技術相比，具有以下優點(1)本發明以高錳鋼回爐料、Q235廢鋼和中碳鉻鐵為主要原料，另外加入硼鐵、 鈦鐵、硅鈣鋇合金、鋯鐵和含氮錳鐵，具有原料來源豐富、生產工藝簡便和綜合性能高等優勢；(2)本發明不加價格昂貴的鎢、鉬、鎳、釩、鈮等合金元素，生產成本低廉；(3)本發明材料由馬氏體、奧氏體、貝氏體和Cr7 (C，Cr3 (B，C)碳硼化合物組成，材料硬度高，達到62 65HRC，沖擊韌性達到22 ^J/cm2，抗拉強度達到750 820MPa ；(4)本發明材料具有優異的耐磨性，用于制造攪拌機襯板和破碎機錘頭，使用壽命分別比高錳鋼襯板提高400 450%，比合金鋼錘頭提高200 沈0%。


圖1吹氬氣工藝示意圖其中1-渣層，2-鋼水包，3-鋼水，4-陶瓷透氣塞。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步詳述實施例1采用500公斤中頻感應電爐熔煉本發明材料，具體工藝步驟是(1)將40%高錳鋼回爐料(質量百分數如下1.27% C, 12. 65%Mn,0. 58% Si，
0.047% P，0. 020% S，余量佝)、10%中碳鉻鐵(質量百分數如下62. 65% Cr, 1. 57% C，
1.86% Si，0. 05% Ρ，0· 02% S，余量 Fe)和 42% 的 Q235 廢鋼(質量百分數如下0. 19% C, 0. 53% Μη，0· 26% Si，0. 01% S, 0. 03% P，余量Fe)混合加熱熔化，當溫度達到1483°C時， 加入 0. 4%含氮錳鐵(質量百分數如下75. 04% Mn, 5. 30% Ν，0· 27% C，0. 98% Si，0· 01% S，0· 08% P，余量Fe)和 1. 5%硅鈣鋇合金(46. 36% Si, 14. 07% Ca, 17. 29% Ba, 3. 40% Al, 0. 47%C,0. 02% S，0. 04% P，余量1 )，然后加熱至1525°C，并依次加入0. 6%鈦鐵(鈦含量為30. 84%)、5%硼鐵(硼含量為20.51%)和0. 5%鋯鐵(質量百分數如下25· 06% Zr,41. 15% Si，0. 88% ΑΙ,Ο. 29% C，余量 i^e)，升溫至 1563°C時出爐入鋼包。(2)在鋼包底部安裝陶瓷透氣塞，通過陶瓷透氣塞向鋼液中吹入氬氣，氬氣流量15L/min，氬氣壓力15MPa，吹氬時間5min，吹氬后鋼水的靜置時間5min，然后在溫度為 1427 °C時澆注成鑄件。(3)鑄件經清砂、打磨后進行熱處理，淬火加熱溫度1000°C，淬火保溫時間6小時， 然后油冷，最后進行回火處理，回火加熱溫度200°C，回火保溫時間10小時，回火后空冷至室溫即可。本實施例材料的性能見表1。實施例2采用500公斤中頻感應電爐熔煉本發明材料，具體工藝步驟是(1)將45%高錳鋼回爐料(質量百分數如下1.27% C, 12. 65%Mn,0. 58% Si，
0.047% Ρ，0· 020% S，余量 i^e)、12% 中碳鉻鐵(質量百分數如下62. 65% Cr, 1. 57% C，
1.86% Si，0.05% P，0.02% S，余量 Fe)和 37% 的 Q2I35 廢鋼(質量百分數如下0. 19% C, 0. 53% Μη,Ο. 26% Si, 0.01% S，0. 03 % P，余量Fe)混合加熱熔化，當溫度達到1498°C時， 加入 0.6%含氮錳鐵(質量百分數如下75. 04% Mn, 5. 30% Ν,Ο. 27% C，0. 98% Si，0· 01% S,0. 08% P,余量 Fe)和 1. 2%硅鈣鋇合金(46. 36% Si, 14. 07% Ca, 17. 29% Ba, 3. 40% Al, 0. 47%C,0. 02%S,0. 04%P,余量Fe)，然后加熱至1549 V，并依次加入0.9%鈦鐵(鈦含量為30. 84%)、3%硼鐵(硼含量為20.51%)和0.3%鋯鐵(質量百分數如下25· 06% Zr, 41. 15% Si，0. 88% ΑΙ,Ο. 29% C，余量 i^e)，升溫至 1578°C時出爐入鋼包。(2)在鋼包底部安裝陶瓷透氣塞，通過陶瓷透氣塞向鋼液中吹入氬氣，氬氣流量25L/min，氬氣壓力lOMPa，吹氬時間8min，吹氬后鋼水的靜置時間8min，然后在溫度為 1446 °C時澆注成鑄件。(3)鑄件經清砂、打磨后進行熱處理，淬火加熱溫度1050°C，淬火保溫時間3小時， 然后油冷，最后進行回火處理，回火加熱溫度230°C，回火保溫時間6小時，回火后空冷至室溫即可。本實施例材料的性能見表1。實施例3采用500公斤中頻感應電爐熔煉本發明材料，具體工藝步驟是(1)將42%高錳鋼回爐料(質量百分數如下1.27% C, 12. 65% Μη,Ο. 58% Si，
0.047% Ρ，0· 020% S，余量 i^e)、11% 中碳鉻鐵(質量百分數如下62. 65% Cr, 1. 57% C，
1.86% Si，0. 05% Ρ，0· 02% S，余量 Fe)和 40% 的 Q235 廢鋼(質量百分數如下0. 19% C, 0. 53% Μη,Ο. 26% Si,0.01% S，0. 03% P，余量Fe)混合加熱熔化，當溫度達到1489°C時， 加入 0. 5%含氮錳鐵(質量百分數如下75. 04% Mn, 5. 30% Ν,Ο. 27% C，0. 98% Si，0· 01% S,0. 08% P,余量Fe)和 1. 3%硅鈣鋇合金(46. 36% Si, 14. 07% Ca, 17. 29% Ba, 3. 40% Al, 0. 47%C,0. 02%S,0. 04%P,余量Fe)，然后加熱至1531 °C，并依次加入0.8%鈦鐵(鈦含量為30. 84%)、4%硼鐵(硼含量為20.51%)和0. 4%鋯鐵(質量百分數如下25· 06% Zr, 41. 15% Si，0. 88% ΑΙ,Ο. 29% C，余量 i^e)，升溫至 1572°C時出爐入鋼包。(2)在鋼包底部安裝陶瓷透氣塞，通過陶瓷透氣塞向鋼液中吹入氬氣，氬氣流量20L/min，氬氣壓力12MPa，吹氬時間6min，吹氬后鋼水的靜置時間7min，然后在溫度為 1437 °C時澆注成鑄件。(3)鑄件經清砂、打磨后進行熱處理，淬火加熱溫度1030°C，淬火保溫時間5小時，然后油冷，最后進行回火處理，回火加熱溫度220°C，回火保溫時間8小時，回火后空冷至室溫即可。本實施例材料的性能見表1。表1材料機械性能
權利要求
1.一種含硼鐵基合金耐磨材料，其特征在于，其原材料組成的質量百分數如下高錳鋼回爐料40 45 %，硼鐵3 5 %，中碳鉻鐵10 12 %、鈦鐵0. 6 0. 9 %，硅鈣鋇合金 1. 2 1. 5%，鋯鐵0. 3 0. 5%，含氮錳鐵0. 4 0. 6%，Q2I35廢鋼37 42%。
2.按照權利要求1所述的一種含硼鐵基合金耐磨材料，其特征在于，中碳鉻鐵的質量百分數組成60 65% Cr, 1. 2 2. 0% C，1. 0 2. 5% Si，彡 0. 06% P，彡 0. 04% S，余量 Fe。
3.按照權利要求1所述的一種含硼鐵基合金耐磨材料，其特征在于，高錳鋼回爐料化學組成質量百分比:1. 05 1. 35% C，11 14% Mn，0. 3 0. 9% Si，彡 0. 06% P, ^ 0. 04% S，余量i^e。
4.按照權利要求1所述的一種含硼鐵基合金耐磨材料，其特征在于，Q235廢鋼化學組成質量百分比C0. 14 0. 22 %，MnO. 30 0. 65 %，Si < 0. 30 %，S < 0. 050 %， P^O. 045%，余量 Fe。
5.按照權利要求1所述的一種含硼鐵基合金耐磨材料，其特征在于，鋯鐵的化學組成質量百分數如下22 27% Zr, 38 43% Si，0. 5 1. 0% A1，0. 1 0. 5% C，余量Fe。
6.按照權利要求1所述的一種含硼鐵基合金耐磨材料，其特征在于，硅鈣鋇合金化學組成質量百分數為45 48% Si，12 15% Ca, 15 18% Ba，3. 0 5. 0% Al，0. 3 0. 7% C, < 0. 05% S, < 0. 05% P，余量 Fe。
7.按照權利要求1所述的一種含硼鐵基合金耐磨材料，其特征在于，含氮錳鐵化學組成質量百分數為73 78% Mn，4 6% N，0. 1 0. 6% C，0. 5 2. 4% Si, < 0. 03% S, < 0. 15% P，余量 Fe。
8.按照權利要求1所述的一種含硼鐵基合金耐磨材料，其特征在于，硼鐵中的硼質量含量為18 22%。
9.按照權利要求1所述的一種含硼鐵基合金耐磨材料，其特征在于，鈦鐵中的鈦質量含量為28 32%。
10.按照權利要求1所述的一種含硼鐵基合金耐磨材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將40 45%高錳鋼回爐料、10 12%中碳鉻鐵和37 42%的Q235廢鋼混合加熱熔化，當溫度達到1480 1500°C時，加入0. 4 0. 6%含氮錳鐵和1. 2 1. 5%硅鈣鋇合金，然后加熱至1520 1550°C，并依次加入0. 6 0. 9%鈦鐵、3 5%硼鐵和0. 3 0. 5% 鋯鐵，升溫至1560 1580°C時出爐入鋼包；(2)在鋼包底部安裝陶瓷透氣塞，通過陶瓷透氣塞向鋼液中吹入氬氣，氬氣流量15 25L/min,氬氣壓力10 15MPa，吹氬時間5 8min，吹氬后鋼水的靜置時間5 8min，然后在溫度為1425 1450°C時澆注成鑄件；(3)鑄件經清砂、打磨后進行熱處理，淬火加熱溫度1000 1050°C，淬火保溫時間3 6小時，然后油冷，最后進行回火處理，回火加熱溫度200 230°C，回火保溫時間6 10小時，回火后空冷至室溫即可。
全文摘要
一種含硼鐵基合金耐磨材料及其制備方法，屬于耐磨金屬材料技術領域。其原材料的組成高錳鋼回爐料40-45％，硼鐵3-5％，10-12％中碳鉻鐵、鈦鐵0.6-0.9％，硅鈣鋇合金1.2-1.5％，鋯鐵0.3-0.5％，含氮錳鐵0.4-0.6％，Q235廢鋼37-42％。本發明耐磨材料利用電爐便可生產，采用鋼包底部安裝透氣塞吹入氬氣工藝和油冷淬火，本發明含硼鐵基合金耐磨材料由馬氏體、奧氏體、貝氏體和Cr7(C，B)3和Cr3(B，C)碳硼化合物組成，具有強度和硬度高，韌性和耐磨性好等特點，用于制造攪拌機襯板和破碎機錘頭，具有很好的使用效果。
文檔編號C22C38/32GK102534398SQ201210003669
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者吳中偉, 林健, 符寒光, 蔣志強, 邢建東, 雷永平, 馬勝強 申請人:北京工業大學