专利名称：一种抗磨蚀钢铁材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及抗磨蚀金属材料。
背景技术：
目前，在磨料磨损工况，特别是在电力、建材、冶金、化工等行业的各种湿态腐蚀磨料磨损工况(例如渣浆泵过流件工况)条件下，所用的材料大多数是采用马氏体基体高铬(Cr 10～28％)耐磨铸铁。较典型的是GB/T8263-1999所规定的KmTBCr26铸铁，其缺点是铸铁硬度只在60HRC左右，抗磨蚀性能不高。而在干态高温氧化腐蚀磨损工况(例如冶金烧结机篦条工况)条件下，所用的材料大多数是含碳量为1.2～2.0％的Cr26钢，其存在的缺点是抗高温磨蚀性能不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗磨蚀性能好的钢铁材料。
本发明的目的通过如下措施来实现钢铁材料包括以下质量百分的化学成分C 1.2～3.4；Cr 23～30；Si 0.3～2.8；Ni 0.3～1.8；N 0.01～0.3；RE 0.01～0.3；Nb 0.01～1.0；其余为Fe。
优选的质量百分的化学成分为C 2.1～3.3；Cr 24～28；Si 0.3～2.4；Ni0.3～1.2；N 0.03～0.2；RE 0.03～0.2；Nb 0.03～0.5；其余为Fe。
最佳的质量百分的化学成分为C 2.7；Cr 26；Si 1.0；Ni 0.8；N 0.18；RE 0.04；Nb 0.3；其余为Fe。
还可以加入质量百分的Mo 0.1～3.0、Mn 0.3～2.0、Cu 0.1～1.0或W 0.1～0.8。
本发明抗磨蚀钢铁材料的有效化学成分设计依据及限定含量范围的理由如下C是影响抗磨蚀钢铁硬度、韧性、耐磨性和抗氧化性的主要元素，碳量高，则碳化物数量多，材料的硬度高，耐磨损，但韧性降低，在使用中易破碎；而碳量低，则韧性较高，但碳化物数量减少，硬度降低，不利于耐磨损，但有利于抗氧化。因此碳的含量控制在1.2～3.4％比较适宜，其中含碳量大于或等于2.0％的材料多用于湿态腐蚀磨料磨损工况，而含碳量在1.2～2.0％的材料较适用于高温氧化腐蚀磨料磨损工况。
Cr量高，则易形成M7C3型碳化物结构，有利于抗腐蚀，有利于提高抗磨蚀性能，因此Cr的含量选择在23～30％比较适宜。
Si是改善碳化物结构和形态的主要元素，又是耐腐蚀的主要元素。Si量高，有助于改善碳化物形态，也有助于增加耐蚀性，但过高的含硅量，将降低韧性，因此，Si的含量选择在0.3～2.8％比较适宜。
Ni的主要作用是提高材料的淬透性和耐蚀性，但过高的含Ni量将使材料组织中出现较多的奥氏体，不利于抗磨损，因此，Ni的含量选择在0.3～1.8％比较适宜。
稀土元素RE的主要作用是细化材料晶粒，改善碳化物形态和分布，促使碳化物呈孤立状均匀分布，显著减少夹杂物，提高冶金质量，从而提高了材料的抗磨蚀性能，但过量的RE将恶化材料质量，降低韧性，因此，RE的含量选择在0.01～0.3％为宜。
N和Nb的主要作用是细化晶粒，并由此明显提高材料的硬度和抗磨蚀性能。但因钢铁材料中N的固溶度所限和Nb的价格较高，因此N的含量选择在0.01～0.3％；Nb的含量选择在0.01～1.0％为宜。
Mo、Mn、Cu和W的主要作用是提高材料的淬透性能，但其价格高，因此，Mo的含量选择在0.1～3.0％；Mn的含量选择在0.3～2.0％；Cu的含量选择在0.1～1.0％；W的含量选择在0.1～0.8％为宜。
本发明的抗磨蚀钢铁用电炉制造，工艺步骤是①将生铁、废钢和各种铁合金混合加热熔化；②温度升至1500℃～1550℃后，出炉浇注；③用砂型铸造，浇注温度为1350℃～1450℃；④铸件冷却后，切掉浇口和冒口，清理飞边和毛刺。含碳量大于或等于2.0％的铸件在热处理炉内从室温升至950℃～1050℃，在此温度下进行不少于2小时的保温，然后出炉风冷或空冷，再在180℃～500℃温度下进行不少于2小时的回火处理。含碳量在1.2～2.0％的铸件不需热处理而铸态应用。
具体实施例方式
按本发明的化学成分要求将各种成分加入到炉中熔化，待铁液达到1500～1550℃时出炉浇注，用砂型铸造。浇注温度为1400℃。铸件冷却后，切掉浇口和冒口，清理残根和毛刺。将铸件在热处理炉内从室温升至950℃～1050℃，在此温度下进行不少于2小时的保温，然后出炉风冷或空冷，再在200℃进行不少于2小时的回火处理。取样进行化学分析，化学成分和硬度结果见表1。表1
注其余为Fe。
本发明C≥2.0％的金相组织为马氏体+碳化物+少量残余奥氏体，其共晶碳化物是高硬度的M7C3型结构，呈孤立状均匀分布，硬度范围为61～64HRC。
本发明C≥2.0％的与KmTBCr26耐磨铸铁在射流式冲刷腐蚀磨损试验机上做浆料(石英砂+水)湿磨试验，在高应力动载磨料磨损试验机上做石英砂干磨试验，性能比较见表2。表2
本发明C 1.2～2.0％的金相组织为奥氏体+铁素体+碳化物。与含碳1.2～2.0％的普通Cr26钢制成篦条在钢铁厂冶金烧结机上应用，性能比较见表3。表3
由此可见，本发明材料在干、湿态和高温磨料磨损条件下的抗磨性和抗磨蚀性能均高于KmTBCr26铸铁和Cr26钢。
本发明材料由于含有一定量的N、RE和Nb，这些元素的加入明显细化了材料的晶粒，改善了硬质相碳化物的形态，明显减少了夹杂物，从而提高了材料的冶金质量，提高了材料的硬度，提高了材料的抗磨蚀性能和抗磨损性能。本发明材料由于含有较高的Cr和适量的Si元素改善了材料的抗腐蚀性能和抗磨蚀性能。此外，本发明仅采用简单易行的热处理工艺，而对C 1.2～2.0％的材料不需热处理而铸态应用，生产成本适宜。
权利要求
1.一种抗磨蚀钢铁材料，其特征在于包括以下质量百分的化学成分C1.2～3.4；Cr 23～30；Si 0.3～2.8；Ni 0.3～1.8；N 0.01～0.3；RE 0.01～0.3；Nb0.01～1.0；其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的抗磨蚀钢铁材料，其特征在于质量百分的化学成分为C 2.1～3.3；Cr 24～28；Si 0.3～2.4；Ni 0.3～1.2；N 0.03～0.2；RE 0.03～0.2；Nb 0.03～0.5；其余为Fe。
3.根据权利要求1所述的抗磨蚀钢铁材料，其特征在于C 2.7；Cr 26；Si1.0；Ni 0.8；N 0.18；RE 0.04；Nb 0.3；其余为Fe。
4.根据权利要求1所述的抗磨蚀钢铁材料，其特征在于还可以加入质量百分的Mo 0.1～3.0。
5.根据权利要求1所述的抗磨蚀钢铁材料，其特征在于还可以加入质量百分的Mn 0.3～2.0。
6.根据权利要求1所述的抗磨蚀钢铁材料，其特征在于还可以加入质量百分的Cu 0.1～1.0。
7.根据权利要求1所述的抗磨蚀钢铁材料，其特征在于还可以加入质量百分的W 0.1～0.8。
全文摘要
本发明涉及一种抗磨蚀钢铁材料，其特征在于包括以下质量百分的化学成分C1.2～3.4；Cr23～30；Si0.3～2.8；Ni0.3～1.8；N0.01～0.3；RE0.01～0.3；Nb0.01～1.0；其余为Fe。本发明的抗磨蚀钢铁材料在磨料磨损条件下，特别是湿态腐蚀磨损和高温氧化腐蚀磨损条件下，具有优良的抗磨蚀性能及抗磨损性能。
文档编号C22C38/56GK1401810SQ0213460
公开日2003年3月12日 申请日期2002年8月23日 优先权日2002年8月23日
发明者李卫, 涂小慧, 黄步玉, 王向明, 李盛锋, 冼卫泉, 张凤华 申请人:广东广研新材料科技股份有限公司