一种Fe-Cr-Ni-B耐冲蚀磨损合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于耐磨耐蚀金属材料技术领域，具体设及一种Fe-化-Ni-B耐冲蚀磨损 合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 冲蚀磨损普遍存在于采矿、冶金、煤炭、水利、电力、化工、交通等重要国民经济领 域中。随着技术的进步，在该些领域中物料的输送逐步实现自动化，然而，冲蚀磨损贯穿 于整个传输环节，已成为制约该一技术发展的重要因素。物料传输设备中的关键过流部件 (如渣浆累叶轮、疏竣绞刀、水轮机转轮、输送管线等）长期服役在流动的腐蚀性介质中，持 续承受介质腐蚀与磨损作用。流动介质的腐蚀与磨损相互促进，具有比纯腐蚀与纯磨损更 为强烈破坏作用。一方面，介质强烈的腐蚀与磨损交互作用降低了零部件的寿命，造成零部 件的短时更换与频繁停开机；另一方面，腐蚀与磨损交互作用破坏了零部件的结构，直接降 低了传输设备生产效率，引起巨大的能源浪费。
[0003] 为了获得兼有良好初性和耐冲蚀磨损性的新型材料，近年来，国内外开展了大量 的研究。中国发明专利CN1249357公开了一种铸造铁基耐磨耐蚀合金，其合金成分的重量 百分数（wt. % )为；1. 5 ~3. 0C，10 ~20Cr，1 ~3Mo, 0. 5 ~2. OSi，0. 5 ~3. OMn，2 ~4Ni，化 余量，该合金具有较高的耐磨性和耐蚀性。然而，该种合金中碳含量较高，致使合金组织中 含有较多粗大的脆性碳化物，并且合金基体组织中碳含量较高，合金的初性较差。中国发明 专利CN1417360公开了一种铸造耐磨耐蚀钻基合金，该种合金成分的重量百分数（wt. % ) 为；1.0 ~2. 5C，20 ~35Cr，5 ~20W，1 ~6Mo，l ~8Nb，0. 5 ~2. 0Cu，0. 5 ~3. 0Si，2. 0 ~ 15. 0Ni，35~65CO。该钻基合金具有优异的耐蚀耐磨性能，其硬度平均值达到48HRC，然 而该种合金中含有较多价格昂贵的钻元素，生产加工成本高。中国发明专利CN1153224还 公开了一种铸造耐磨耐蚀合金，该种合金成分的重量百分数（wt. % )为；《0. 10C，20~ 30化，15 ~25Ni，1. 0 ~2. 5Si，1. 0 ~3. 5Mo, 1. 0 ~2. 0Cu，0. 8 ~1. 2V，0. 03 ~0. 3Ti，Fe 余量，该合金具有较好的耐磨性、耐腐蚀和工艺性能。然而该合金中含有较多价格昂贵的镶 元素，致使生产成本较高。中国发明专利CN1083121公开了一种耐磨耐蚀镶基合金，合金成 分的重量百分数（wt. % )为；1. 0 ~2. 0C，20 ~25Cr，10. 5 ~20. (Fe，2. 1 ~2. 5Mo，l. 0 ~ 1. 5Si，1. 0~1. 5Mn，0. 02~0. 10Y或Ce，余为Ni。该合金中的碳含量较高，碳元素与铭、钢、 铁、铺等元素形成大量一次碳化物和共晶碳化物，使得合金有较好的耐磨性。此外，该合金 还具有较好的耐玻璃腐蚀性能，可用作格法平板玻璃生产线中的转向漉、平拉漉等。然而， 该合金中含有较多价格昂贵的镶元素，生产成本高。
[0004] 日本专利JP154263公开了用于制造耐蚀、耐磨合金材料的新工艺，该种工艺是从 化基合金、Co基合金和Ni基合金中至少选择一种作为基体制成的金属管，并在管中填充粒 径10 y m W下的VC粉末制成管状焊丝。或者，从化基合金、Co基合金和Ni基合金中至少 选择一种作为基体金属，并与粒径lOumW下的VC粉末制成粉末混合物，该种材料具有优良 的耐蚀和耐磨性。但含有价格较高的VC粉末，并且制备工艺复杂。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种化 耐冲蚀磨损合金。该化-化-Ni-B耐冲蚀磨损合金可采用普通电炉烙炼，工艺简便，贵重合 金加入量少，生产成本低，该合金的基体组织主要由奥氏体构成，具有优异的耐蚀性，此外， 基体中分布12%~16%的硬质相棚化物，可明显提高合金的耐冲蚀磨损性能，采用适量的 Ce和Ti，配合少量的N和化等元素作为变质剂，变质元素的加入可净化合金液并细化合金 组织。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种化-化-Ni-B耐冲蚀磨 损合金，其特征在于，由W下重量百分含量的成分组成；C 0.11 %~0.15%，B 1.20%~ 1. 80%，Si 0. 50%~1. 00%，Mn 0. 50%~1. 00%，Ni 8. 20%~10. 10%，Cr 17. 30%~ 19. 20 %，Ce 0.12 % ~0.25 %，Ti 0.20 % ~0.30 %，N0.0 3 % ~0.08 %，A1 0.05 % ~ 0. 10%，Ca 0. 04%~0. 10%，P<0. 03, S<0. 03,余量为化和其他不可避免的杂质。
[0007] 上述的一种Fe-化-Ni-B耐冲蚀磨损合金，其特征在于，由W下重量百分含量的 成分组成；C 0.12%~0.14%，B 1.53%~1.72%，Si 0.52%~0.65%，Mn 0.58%~ 0. 67%，Ni 9. 26%~9. 62%，Cr 18. 35%~18. 87%，Ce 0. 17%~0. 21%，Ti 0. 21%~ 0. 26%，N 0. 05%~0. 07%，A1 0. 06%~0. 08%，Ca 0. 05%~0. 08%，P<0. 03, S<0. 03， 余量为化和其他不可避免的杂质。
[000引上述的一种化-化-Ni-B耐冲蚀磨损合金，其特征在于，由W下重量百分含量的成 分组成；C 0. 13%，B 1.72%，Si 0.65%，Mn 0.58%，Ni 9.62%，Cr 18. 73%，Ce 0.21%， Ti 0. 26%，N 0. 05%，A1 0. 08%，Ca 0. 08%，P<0. 03, S<0. 03,余量为化和其他不可避免 的杂质。
[0009] 上述的一种化-化-Ni-B耐冲蚀磨损合金，其特征在于，由W下重量百分含量的成 分组成；C 0. 12%，B 1.67%，Si 0.61 %，Mn 0.67%，Ni 9.26%，Cr 18. 35%，Ce 0. 18%， Ti 0. 24%，N 0. 07%，A1 0. 06%，Ca 0. 05%，P<0. 03, S<0. 03,余量为化和其他不可避免 的杂质。
[0010] 上述的一种化-化-Ni-B耐冲蚀磨损合金，其特征在于，由W下重量百分含量的成 分组成；C 0. 14%，B 1.53%，Si 0.52%，Mn 0.64%，Ni 9.43%，Cr 18. 87%，Ce 0. 17%， Ti 0.21%，N 0.05%，A1 0.07%，Ca 0.06%，P<0. 03, S<0. 03,余量为化和其他不可避免 的杂质。
[0011] 另外，本发明还提供了一种制备上述化耐冲蚀磨损合金的方法，其特征 在于，该方法包括W下步骤：
[0012] 步骤一、将纯铁和铭铁加热烙化，待烙液烙清后向所述烙液中加入娃铁和铺铁，然 后再加入纯镶板、铁铁和棚铁；
[0013] 步骤二、炉前成分调整合格后将烙液温度升至1600°C~1640°C，然后向烙液中加 入娃巧合金和侣脱氧，出炉得到合金液；
[0014] 步骤=、将锦基稀±和高氮铭铁均破碎至粒度小于11mm，然后将破碎的锦基稀± 和破碎的高氮铭铁混合后用铁皮包裹，再经170°C~200°C烘干后放置于诱包底部，采用包 内冲入法对步骤二中所述合金液进行复合变质处理；
[0015] 步骤四、将步骤S中复合变质处理后的合金液在1470°C~1510°C下诱注成铸件， 将所述铸件经固溶处理后水泽，然后再进行去应力处理，得到Fe-化-Ni-B耐冲蚀磨损合 金。
[0016] 上述的方法，其特征在于，步骤S中所述锦基稀±的质量为合金液质量的 0. 20 %~0. 40%，高氮铭铁的质量为合金液质量的0. 10 %~0. 20%。
[0017] 上述的方法，其特征在于，步骤四中所述固溶处理的温度为1070°C~116(TC，升 温速率为4°C /min~6°C /min,保温时间为化~化。
[001引上述的方法，其特征在于，步骤四中所述去应力处理的温度为200°C~240°C，升 温速率为4°C /min~6°C /min,保温时间为化~化。
[0019] 本发明的化-化-Ni-B耐冲蚀磨损合金中化学成分确定的理论依据如下；
[0020] C ;C是影响Fe-化-Ni-B合金硬度、强度、初性、耐冲蚀磨损性的主要元素，C含量 高时，基体中固溶的碳量提高，合金的固溶强化效果增强，其硬度、强度和耐磨性提高，但初 性降低、耐蚀性下降。当碳含量过低时，基体固溶强化效果差，硬度和强度低，综合考虑，将 C元素含量控制在0. 11 %~0. 15%。
[002U B ;B是化-化-Ni-B合金中的主要元素，主要用于形成高硬度的棚化物，提高合金 耐冲蚀磨损性能。B元素加入量过少，Fe-化-Ni-B合金中棚化物数量少，耐冲蚀磨损性低， 而加入量过多，棚化物数量大幅增加，Fe-&-Ni-B合金脆性增大，综合考虑将B元素含量控 制在 1. 20%~1. 80%。
[0022] 化；化是化-化-Ni-B合金中主要的元素。化元素可使合金表层形成致密的化2〇3 保护层，阻止或延缓合金由外部腐蚀转向内部腐蚀。在腐蚀工况中，受应力等因素的作用， 致使氧化膜及其下表层产生裂纹，裂纹将为内部腐蚀形成提供条件。Fe-化-Ni-B合金中化 含量越高，对于裂纹修复能力越强，但化含量过高，材质烙炼困难，成本升高，因此化含量 应控制在17. 30 %~19. 20%。
[0023] Ni ;非碳化物形成元素Ni固溶于基体能够提高基体的强度。此外，镶元素还可显 著提高奥氏体的稳定性，促进化-化-Ni-B合金固溶处理后形成奥氏体组织，提高合金的耐 蚀性。Ni元素加入量过少，强化效果弱，而加入量过多，将提高合金成本。因此，Ni含量应 控制在8. 20 %~10. 10%。
[0024] Ce ;Ce元素易与合金液中残存的氧元素反应生成Ce2〇3。Ce2〇3烙点高达1640°C， (111) 丫-Fe在(0000(,:化面上形核时的点阵错配度低，由此，Ce2〇3可作为奥氏体结晶时的有 效异质核屯、，促进初生奥氏体形核，细化初生奥氏体，进而促进共晶棚化物的细化。另一方 面，Ce是表面活性元素，Fe-化-Ni-B合金凝固过程中Ce元素易富集在棚化物周围，抑制棚 化物沿晶界长大，使棚化物细化，其合适的加入量为0. 12%~0. 25%。
[0025] Ti ;Ti加入化合金中将与B元素反应生成块状TiBa。TiBa对改善铁 棚化合物形态和分布具有明显效果。Ti元素加入量过高，将出现粗大的块状TiBs，降低 Fe-&-Ni-B合金的强