专利名称：一种耐磨钢及其制造方法
技术领域：
本发明属于一种合金钢，特别涉及一种电渣重熔碳钛增强耐磨钢。
背景技术：
现有技术在冶金、机械、汽车和石油化工等行业中，许多设备和零部件都需要好的耐磨性能，如高速线材轧机的辊环和导向轮，化纤行业中的刀具，汽缸套，阀门及矿山机械、农业机械、工程机械和运输机械中执行机构零件。
由于目前用于这些零部件的许多耐磨材料难以满足这些设备零部件的使用要求，有时甚至因为某些零部件的故障而导致整个系统的非计划停工，给企业的正常生产带来严重影响，并造成重大经济损失。本项发明的目的在于给出一种性能好、成本低的耐磨损材料。这种材料可替代高合金耐磨合金，用于冶金、机械、汽车和石油化工等工业产品和设备上的磨损件，以提高零件的使用寿命并降低其成本。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提供了一种TiC颗粒分布均匀、致密度高、耐磨损、强度增加的耐磨钢及其制备方法。
本发明的技术解决方案为一种耐磨钢，成分配方为1质量份基体合金+(0.2-3.5)％碳+(1.0-15)％钛，其中基体合金的成分为Fe+(0-1.5)％C+(0.1-30)％Cr。基体合金的成分还含有(0.1-16)％Ni，(0.1-5.0)％Mo，(0.1-5.0)％(Mo+Nb+V)和(0-2)％Al。一种制备上述耐磨钢的方法，制备步骤为，制备含钛和碳的预制块将粒度为100-200目之间的铁粉、钛粉和碳粉按上述比例混合，并压实成块；在中频感应电炉加入基体合金炉料，加热至1540-1600℃，待上述炉料完全熔化后，将所得预制块加入炉中，预制块熔于炉料中；将炉中的金属液浇注入预先做好的模型中；钢锭进行电渣重熔，电渣重熔工艺为采用40～60％CaF2-20～30％CaO-20～30％MgO渣系，设定电压20-30伏，设定电流5000-6500安培；电极直径/结晶器直径＝0.6～0.7；用上步方法制成的钢锭用热形变方法加工成型材，加工的温度为850-1150℃。
这种新材料具有下列性能特点1.TiC颗粒，与未电渣重熔的碳钛增强钢相比，电渣重熔后的碳钛增强钢中TiC颗粒分布更均匀、尺寸更小；2.钢锭质量好，与未电渣重熔的碳钛增强钢相比，经电渣重熔后的碳钛增强钢致密度高，无疏松；3.耐磨损，在多种试验条件下，与未经电渣重熔的碳钛增强钢相比，电渣重熔后的碳钛增强钢的耐磨损性能要好；4.性能的可调性，即可以根据使用要求，改变基体，形成不同性能(强度、硬度、塑性及耐磨损性能)的材料；5.热膨胀系数小，尺寸稳定性好；6.强度高，在室温下经电渣重熔后的碳钛增强钢的强度高于未电渣重熔的碳钛增强钢。这种新材料若替代目前工业上最常用的在苛刻条件下服役的磨损件的原材料，不仅可以大幅度延长零件寿命，而且能显著降低零件成本。
四
图1为未电渣重熔的碳钛增强钢。
图2为电渣重熔碳钛增强钢图。
五具体实施例方式
为了说明本项发明的材料的性能特点，下面的各表中列出了一些材料的力学性能和耐磨损表1中列出了二组六种合金的成分，每一组的第一个合金是基体合金，第二个合金则是常规熔铸条件下的碳钛增强钢，第三个合金是电渣重熔后的碳钛增强钢，其含量都在本项发明规定的成分范围之内。
表2中列出了这六种合金的力学性能，从表可见，在基体中加入了Ti和C后，可以使合金的强度得到较大幅度的提高，经过电渣重熔后，合金的强度得到进一步的提高，以适应不同的使用要求。这对于磨损零件是十分重要的，因为用于不同条件下的磨损零件往往需要不同的硬度、强度或其它的性能指标。
表3中列出了在M200磨损试验机上所测得的这六种合金的磨损量。试验条件为1.摩擦副采用GCr15钢，2.油润滑，3.线速度0.94m/s，4.试验时间20分钟，5.载荷150N。从表可见在基体钢中加入了Ti和C后磨损量大幅度下降，即耐磨损性能得到大幅度提高，但经电渣重熔后，合金的耐磨损性能得到进一步的提高。
表1几种合金的典型材料的化学成分(wt％)
表2几种典型材料的室温力学性能
表3几种典型材料在150N载荷下磨损20min后的磨损体积(mm3)
实施例中百分比均为质量百分比。
实施例1某轴承厂以前用的是40Cr(Fe+0.40％C+1.O％Cr)钢作为轴套材料，轴套寿命为50000次。采用未经电渣重熔的锻态碳钛增强40Cr(Fe+1.05％C+1.0％Cr+3％Ti)轴承套后，轴套的寿命延长了10倍，但采用本发明的电渣重熔的锻态碳钛增强40Cr(Fe+1.05％C+1.0％Cr+3％Ti)轴承套后，轴套的寿命延长了25倍。
实施例2某刀具厂以前用钴合金堆焊工艺制备用于化纤行业切割树脂的刀具。刀具的成本很高。采用本发明的材料(Fe+0.73％C+13％Cr+2.5％Ti)制备同样的刀具，不仅成本大幅度降低，而且刀具的使用寿命也显著提高。未经电渣重熔的碳钛增强钢，由于TiC颗粒分布不是很均匀、颗粒尺寸较大且钢锭致密度较差，刀具极易蹦刃。这导致了其使用寿命很短，而经过电渣后的碳钛增强钢没有蹦刃现象，寿命也显著提高。
实施例3一种耐磨钢，其特征在于成分配方为1质量份基体合金+1.2％基体合金质量的碳+5％基体合金质量的钛，其中基体合金为100kg，其成分为0.3％C+13％Cr，余量为Fe。制备含钛和碳的预制块将粒度为150目的铁粉、钛粉和碳粉按上述比例混合，并压实成块；在中频感应电炉加入基体合金炉料，加热至1590℃，待上述炉料完全熔化后，将所得预制块加入炉中，预制块熔于炉料中；将炉中的金属液浇注入预先做好的模型中；钢锭进行电渣重熔，电渣重熔工艺为采用50％CaF2-25％CaO-25％MgO渣系，设定电压15伏，设定电流6000安培；电极直径/结晶器直径＝0.65；用上步方法制成的钢锭用热形变方法加工成型材，加工的温度为1000℃。
实施例4一种耐磨钢，其特征在于成分配方为1质量份基体合金+0.4％基体合金质量的碳+2.0％基体合金质量的钛，其中基体合金为100kg，其成分为0.007％C+15％Cr+7.0％Ni+2.2％Mo+1.0％Al，余量为Fe。制备含钛和碳的预制块将粒度为100目之间的铁粉、钛粉和碳粉按上述的比例混合，并压实成块；在中频感应电炉加入基体合金炉料，加热至1600℃，待上述炉料完全熔化后，将所得预制块加入炉中，预制块熔于炉料中；将炉中的金属液浇注入预先做好的模型中；钢锭进行电渣重熔，电渣重熔工艺为采用40％CaF2-30％CaO-30％MgO渣系，设定电压20伏，设定电流6500安培；电极直径/结晶器直径＝0.6；用上步方法制成的钢锭用热形变方法加工成型材，加工的温度为1150℃。
实施例5一种耐磨钢，其特征在于成分配方为1质量份基体合金+1.7％基体合金质量的碳+7％基体合金质量的钛，其中基体合金为100kg，其成分为0.1％C+18％Cr+9％Ni，余量为Fe。制备含钛和碳的预制块将粒度为200目之间的铁粉、钛粉和碳粉按权利要求1的比例混合，并压实成块；在中频感应电炉加入基体合金炉料，加热至1540℃，待上述炉料完全熔化后，将所得预制块加入炉中，预制块熔于炉料中；将炉中的金属液浇注入预先做好的模型中；钢锭进行电渣重熔，电渣重熔工艺为采用60％CaF2-20％CaO-20％MgO渣系，设定电压30伏，设定电流5000安培；电极直径/结晶器直径＝0.7；用上步方法制成的钢锭用热形变方法加工成型材，加工的温度为850℃。
权利要求
1.一种耐磨钢，其特征在于成分配方为1质量份基体合金+(0.2-3.5)％碳+(1.0-15)％钛，其中基体合金的成分为Fe+(0-1.5)％C+(0.1-30)％Cr。
2.根据权利要求1所述的耐磨钢，其特征在于基体合金的成分还含有(0.1-16)％Ni。
3.根据权利要求2所述的耐磨钢，其特征在于基体合金的成分还有(0.1-5.0)％Mo。
4.根据权利要求2所述的耐磨钢，其特征在于基体合金的成分还有(0.1-5.0)％(Mo+Nb+V)和(0-2)％Al。
5.一种制备权利要求1耐磨钢的方法，其特征在于制备步骤为a.制备含钛和碳的预制块将粒度为100-200目之间的铁粉、钛粉和碳粉按上述比例混合，并压实成块；b.在中频感应电炉加入基体合金炉料，加热至1540-1600℃，待上述炉料完全熔化后，将步骤a所得预制块加入炉中，预制块熔于炉料中；c.将炉中的金属液浇注入预先做好的模型中；d.钢锭进行电渣重熔，电渣重熔工艺为采用40～60％CaF2-20～30％CaO-20～30％MgO渣系，设定电压20-30伏，设定电流5000-6500安培；电极直径/结晶器直径＝0.6～0.7；e.用上步方法制成的钢锭用热形变方法加工成型材，加工的温度为850-1150℃。
全文摘要
本发明提供了一种TiC颗粒分布均匀、致密度高、耐磨损、强度增加的耐磨钢及其制备方法。一种耐磨钢，成分配方为1质量份基体合金+(0.2－3.5)％碳+(1.0－15)％钛，其中基体合金的成分为Fe+(0－1.5)％C+(0.1－30)％Cr。基体合金的成分还含有(0.1－16)％Ni，(0.1－5.0)％Mo，(0.1－5.0)％(Mo+Nb+V)和(0－2)％Al。TiC颗粒，与未电渣重熔的碳钛增强钢相比，电渣重熔后的碳钛增强钢中TiC颗粒分布更均匀、尺寸更小；经电渣重熔后的碳钛增强钢致密度高，无疏松、耐磨损、热膨胀系数小，尺寸稳定性好。
文档编号B21C23/00GK101020988SQ20071002053
公开日2007年8月22日 申请日期2007年3月9日 优先权日2007年3月9日
发明者孙扬善, 吴钱林, 薛烽 申请人:东南大学