本发明涉及钢铁材料加工技术领域，特别涉及一种基于(v、ti)c颗粒增强的铁基复合耐磨钢及其制造方法。
背景技术：
材料磨损造成的经济损失相当惊人，它损失了世界上1/3的一次能源。我国每年因磨损造成的经济损失占gdp的2％～7％，仅磨料磨损每年就要消耗300多万吨金属耐磨材料，且还以每年15％的速度在增长。故研制和使用高性能、高寿命耐磨材料，具有重大的经济意义。目前，耐磨材料归纳起来有以下几种：(1)奥氏体耐磨锰钢，以高韧性著称，原始组织为单相奥氏体或奥氏体加少量碳化物的组织，在强烈的冲击载荷或挤压载荷下，受力表面被加工硬化，硬度可从原始的200hb左右提高到500hb以上，而心部仍保持着良好的韧性。(2)铬系白口铸铁，组织为(fe，cr)7c3型碳化物和γ相，且主要靠(fe，cr)7c3碳化物提高耐磨性。(3)钢铁耐磨复合材料，是以钢为粘结金属，以难熔金属碳化物作陶瓷硬质相的结合材料，其组织特点是微细陶瓷硬质颗粒均匀分散于钢基体中，兼有陶瓷颗粒的硬度、耐磨性，以及钢的强度和韧性。目前我国仍将高锰钢作为主要耐磨材料，但在中、小冲击负荷下，由于以切削磨损为主，高铬白口铸铁尽管硬度高、耐磨性好，但存在脆性大和冲击负荷下使用安全性差以及生产成本高等不足。复合耐磨材料由于结合了各耐磨材料的优点，具有优异的耐磨性能，成为最近几年耐磨材料研究的重点。
为了提高颗粒增强材料的耐磨性，中国发明专利cn101886219a公开了一种颗粒增强耐磨钢复合材料及其制备方法。耐磨铸钢含有c1.0～1.2％、mn15％～19％、v2.0％～4.0％、co0.2％～0.4％、si0.02％～0.05％、pr0.03％～0.09％、nd0.05％～0.2％、gd0.05％～0.1％、余量为fe。本发明的颗粒增强耐磨钢复合材料主要是将c、mn、si、v、co和铁的原料加入电炉熔化后(温度1590～1620℃)，倒入底部装有pr、nd和gd的原料的包中，吹氩搅拌；当包内钢液温度达到1590℃时便浇铸成形，形成铸态颗粒增强耐磨钢复合材料，再将材料经1050～1080℃奥氏体化后水韧处理后，即制备而成。采用本工艺生产的耐磨钢工艺简单，成本较低，但是其耐磨性能还需要进一步提高。
中国cn200910218979.9公开了一种高锰钢基sic颗粒表面复合材料的制备方法，该方法首先对sic颗粒进行表面处理，然后制备消失模模样，并在消失模模样相应于零件的磨损面覆加sic颗粒膏块，对处理后的模样按照常规消失模浇铸工艺进行造型、涂覆涂料，浇注时采取负压实型铸造工艺，选用高锰钢作为浇铸基体材料，并将浇铸温度控制在1350℃，浇注后空冷20min。铸型经冷却、脱型、清理后获得烧结较好的表面高锰钢基sic颗粒复合层。本技术中采取外加sic颗粒制备复合材料，必须进行预处理，工序复杂，也难以控制复合材料的质量。
中国专利cn103667850a公开了一种颗粒增强金属基复合材料的制备方法，先将增强颗粒与基体粉末置于球磨机中，使其能够混合均匀，然后将混合后粉末置于放电等离子烧结设备中在真空下进行烧结，将烧结后试样进行重熔，取出后即为颗粒增强金属基复合材料，本发明工艺较为复杂，且生产后的产品中容易出现气孔等缺陷。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术的不足之外，提供一种(v，ti)c颗粒增强的铁基复合耐磨钢及其制造方法，该耐磨钢利用硬度更高的tic相(hv3400)代替部分vc相(hv2600)，在现有的基础上进一步提高了材料的硬度、耐磨性和韧性，同时利用部分金属ti代替了金属v，降低了制造成本。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于(v、ti)c颗粒增强的铁基复合耐磨钢的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
在1000kg电炉炉内熔炼本发明材料，具体制造工艺步骤是：
①先在电炉内以废钢、生铁、增碳剂、锰铁、铬铁、钒铁、钛铁和金属铝为原料，熔炼耐磨钢铁水，熔化温度为1580～1620℃，钢水中元素的质量分数控制在：c2.0～3.0％，mn0.4～0.8％，si0.5～0.8％，cr3.0～5.0％，v4.64～7.82.0％，ti1.18～4.36％，mo2.0～4.0％，re0.05～0.2％，p≤0.07％；s≤0.07％，余量为fe及不可避免的杂质。
②在钢包底部提前加入re稀土元素，将熔化好的钢液倒入钢包中，吹氩搅拌；
③当包内钢液温度达到1540～1550℃时便浇铸成形，浇铸完1～3h后，开箱空冷铸件，清理浇冒口；
④将铸件随炉加热至600℃，保温1h，然后升温至900～960℃，保温1～4h，然后进行空冷，即可得到(v，ti)c颗粒增强的铁基耐磨钢。
本发明的有益效果为：
1)本发明的一种基于(v、ti)c颗粒增强的铁基复合耐磨钢通过降低钒含量，而用价格较低的钛替代部分钒。可生成高硬度的钛碳化合物(钒碳化合物硬度为2600hv，而钛碳化合物硬度可达3400hv)颗粒增强相，可明显提高材料的硬度和耐磨性，并且降低了生产成本。本发明的一种基于(v、ti)c颗粒增强的铁基复合耐磨钢可达到如下力学性能：硬度hrc≥65，抗拉强度σb≥1600mpa，冲击韧性aku≥60j/cm2。
2)本发明一种基于(v、ti)c颗粒增强的铁基复合耐磨钢应用于磨损领域，耐磨性是高铬铸铁(cr26)的3～4倍，而且克服了高铬铸铁脆性大、使用中易破碎和断裂的不足，生产成本较高铬铸铁低30％以上。
具体实施方式
实施例1
本实施例的(v，ti)c颗粒增强的铁基复合耐磨钢的化学成分以百分比计(重量)由下列组份组成：c2.0％，mn0.4％，si0.5％，cr5.0％，v4.64％，ti4.36％，mo2.0％，re0.05％，p≤0.07％，s≤0.07％，余量为fe及不可避免的杂质。
本实施例的(v，ti)c颗粒增强的铁基复合耐磨钢的制造，包括下列步骤：
在1000kg电弧炉内熔炼本发明材料，具体制造工艺步骤是：
①先在电炉内以废钢、生铁、增碳剂、锰铁、铬铁、钒铁、钛铁和金属铝为原料，熔炼耐磨钢铁水，熔化温度为1580～1620℃；
②在钢包底部提前加入re稀土元素，将熔化好的钢液倒入钢包中，吹氩搅拌；
③当包内钢液温度达到1540～1550℃时便浇铸成形，浇铸完1～3小时候，开箱空冷铸件，清理浇冒口；
④将铸件随炉加热至600℃，保温1h，然后升温至900～960℃，保温1～4h，然后进行空冷，即可得到(v，ti)c颗粒增强的铁基耐磨钢。
实施例2
本实施例的(v，ti)c颗粒增强的铁基复合耐磨钢的化学成分以百分比计(重量)由下列组份组成：c2.3％，mn0.5％，si0.6％，cr3.5％，v5.13％，ti3.87％，mo2.5％，re0.08％，p≤0.07％，s≤0.07％，余量为fe及不可避免的杂质。制造方法参照实施例一。
实施例3
本实施例的(v，ti)c颗粒增强的铁基复合耐磨钢的化学成分以百分比计(重量)由下列组份组成：c2.7％，mn0.65％，si0.7％，cr4.5％，v6.54％，ti2.46％，mo3.5％，re0.12％，p≤0.07％，s≤0.07％，余量为fe及不可避免的杂质。制造方法参照实施例一。
实施例4
本实施例的(v，ti)c颗粒增强的铁基复合耐磨钢的化学成分以百分比计(重量)由下列组份组成：c3.0％，mn0.8％，si0.8％，cr5.0％，v7.82％，ti1.18％，mo4.0％，re0.15％，p≤0.07％，s≤0.07％，余量为fe及不可避免的杂质。制造方法参照实施例一。
上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。