本发明涉及耐磨材料
技术领域：
，具体涉及一种含氮高铬耐磨钢及其制备工艺。
背景技术：
：磨损是工件失效的主要形式之一，磨损造成了能源和原材料的大量消耗，根据不完全统计，能源的1/3到1/2消耗于摩擦与磨损。在工业领域中磨料磨损和粘着磨损在工件磨损失效中占有最大比例，而冲蚀、腐蚀、疲劳、微动等磨损失效方式由于往往产生在一些重要构件的运行中，故日益受到重视。近年来钢铁材料的强化技术发展很快，有关新技术、新工艺层出不穷，针对不同需要调节组分的种类和含量，采用渗碳、碳氮共渗、渗氮等工艺提高钢件在各种类型磨损条件下的耐磨性。在中国公开的专利申请CN104131214A中针对铸铁件耐磨性差的问题提出了一种改进耐磨铸铁配料工艺，其通过铬、锰促使碳化物的形成，钼、钒进一步稳定碳化物，镍促进基体奥氏体化，并在热处理后形成断续粒状马氏体，奥氏体韧性增强，提高了耐磨性。虽然现有技术在一定程度上提高了耐磨性，但是其杂质元素含量高，不利于总体机械性能的提高，且其含碳量较高导致固溶合金元素含量低，淬透性差，在淬火时，过量的碳会使得奥氏体粗化。技术实现要素：针对上述存在的问题，本发明提出了一种韧性强、耐磨蚀性高的含氮高铬耐磨钢及其制备工艺。为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：一种含氮高铬耐磨钢由以下质量份数组成：碳1.95-2.08％、硅1.24-1.35％、铬23.5-24.8％、铜0.4-0.45％、硼0.08-0.13％、氮0.15-0.2％、镍1.2-1.4％、钼0.11-0.14％、钪0.005-0.009％、锰0.25-0.4％、磷≤0.02％、硫≤0.02％、余量为铁。优选的，含氮高铬耐磨钢由以下质量份数组成：碳2-2.08％、硅1.3-1.35％、铬24-24.8％、铜0.42-0.45％、硼0.1-0.13％、氮0.18-0.2％、镍1.3-1.4％、钼0.12-0.14％、钴0.007-0.009％、锰0.32-0.4％、磷≤0.02％、硫≤0.02％、余量为铁。优选的，含氮高铬耐磨钢的制备工艺，其特征在于，制备步骤如下：1)将铁、锰、铬加热至1260-1300℃，然后加入硅、镍、钼、钪、氮，继续升温至熔融，进行成分分析、调整；2)调节温度为1550-1560℃后进行氧化处理，然后加入硼进行一次变质；3)喷洒焦炭粉起泡出渣，扒渣，然后加入孕育剂进行二次变质，保温30-35min；4)将铜纳入钢包底部，然后调节钢液温度为1460-1480℃，出钢；5)待钢包内的钢液降温至1380-1400℃时浇注得初产品；6)先将初产品升温至620-630℃，保温1.5-2h，进行一次淬火，降温至室温后，再升温至920-930℃进行二次淬火，保温2-2.5h，然后降温至室温；7)将步骤6)中淬火后的初产品进行回火处理，升温至380-390℃，保温3-4h，然后降温至室温。优选的，原料中锰、铬、硅、镍、钼、钪、氮、铜以锰铁合金、铬铁合金、氮化硅铁、钼铁合金、镍铁合金、钪铁合金、电解铜的方式加入。优选的，步骤3)中的孕育剂为含锆硅铁孕育剂。优选的，采用中频感应电炉，且电炉中通入氮气。优选的，步骤6)中升温速度为115℃/h，降温速度为130℃/h。优选的，步骤6)中一次淬火为空冷淬火，二次淬火为PAG淬火剂淬火。优选的，步骤7)中升温速度为180℃/h，降温速度为120℃/h。由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：高铬可以提高淬透性、耐磨性，在高温通氮气的条件下，钪元素可均匀分散到合金中，强韧性显著增强，且添加氮元素有利于生成金属氮化物，强化硬度。淬火处理采用两次淬火的方式，最终基体中86％的奥氏体转化为马氏体，耐磨性能显著提高，且在淬火过程中，网状碳化物的生成率为2.3％，组织晶粒细化度高。铬能提高钢的耐磨性和淬透性，还能阻止石墨化；硅、铬有良好的抗氧化性和耐蚀性；硅、锰有利于减少网状碳化物的形成，且适量提高硅含量可以钢的稳定性和抗疲劳性。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1：一种含氮高铬耐磨钢由以下质量份数组成：碳2.05％、硅1.27％、铬23.8％、铜0.42％、硼0.09％、氮0.18％、镍1.25％、钼0.13％、钴0.007％、锰0.28％、磷0.015％、硫0.017％、余量为铁。含氮高铬耐磨钢的制备工艺，其制备步骤如下：1)将铁、锰、铬加热至1280℃，然后加入硅、镍、钼、钪、氮，继续升温至熔融，进行成分分析、调整；2)调节温度为1555℃后进行氧化处理，然后加入硼进行一次变质；3)喷洒焦炭粉起泡出渣，扒渣，然后加入孕育剂进行二次变质，保温30min；4)将铜纳入钢包底部，然后调节钢液温度为1460℃，出钢；5)待钢包内的钢液降温至1385℃时浇注得初产品；6)先将初产品升温至625℃，保温1.8h，进行一次淬火，降温至室温后，再升温至925℃进行二次淬火，保温2.3h，然后降温至室温；7)将步骤6)中淬火后的初产品进行回火处理，升温至385℃，保温3.2h，然后降温至室温。实施例2：一种含氮高铬耐磨钢由以下质量份数组成：碳2.08％、硅1.3％、铬24.2％、铜0.45％、硼0.08％、氮0.17％、镍1.36％、钼0.14％、钴0.006％、锰0.3％、磷0.013％、硫0.012％、余量为铁。含氮高铬耐磨钢的制备工艺，其制备步骤如下：1)将铁、锰、铬加热至1300℃，然后加入硅、镍、钼、钪、氮，继续升温至熔融，进行成分分析、调整；2)调节温度为1550℃后进行氧化处理，然后加入硼进行一次变质；3)喷洒焦炭粉起泡出渣，扒渣，然后加入孕育剂进行二次变质，保温32min；4)将铜纳入钢包底部，然后调节钢液温度为1468℃，出钢；5)待钢包内的钢液降温至1396℃时浇注得初产品；6)先将初产品升温至628℃，保温1.6h，进行一次淬火，降温至室温后，再升温至926℃进行二次淬火，保温2.2h，然后降温至室温；7)将步骤6)中淬火后的初产品进行回火处理，升温至387℃，保温3.5h，然后降温至室温。实施例3：一种含氮高铬耐磨钢由以下质量份数组成：碳1.95％、硅1.32％、铬24.6％、铜0.43％、硼0.13％、氮0.2％、镍1.4％、钼0.11％、钴0.009％、锰0.32％、磷0.016％、硫0.02％、余量为铁。含氮高铬耐磨钢的制备工艺，其制备步骤如下：1)将铁、锰、铬加热至1260℃，然后加入硅、镍、钼、钪、氮，继续升温至熔融，进行成分分析、调整；2)调节温度为1558℃后进行氧化处理，然后加入硼进行一次变质；3)喷洒焦炭粉起泡出渣，扒渣，然后加入孕育剂进行二次变质，保温35min；4)将铜纳入钢包底部，然后调节钢液温度为1470℃，出钢；5)待钢包内的钢液降温至1395℃时浇注得初产品；6)先将初产品升温至630℃，保温1.5h，进行一次淬火，降温至室温后，再升温至930℃进行二次淬火，保温2.5h，然后降温至室温；7)将步骤6)中淬火后的初产品进行回火处理，升温至388℃，保温3.8h，然后降温至室温。实施例4：一种含氮高铬耐磨钢由以下质量份数组成：碳2％、硅1.35％、铬24％、铜0.42％、硼0.1％、氮0.16％、镍1.3％、钼0.12％、钴0.008％、锰0.4％、磷0.02％、硫0.018％、余量为铁。含氮高铬耐磨钢的制备工艺，其制备步骤如下：1)将铁、锰、铬加热至1270℃，然后加入硅、镍、钼、钪、氮，继续升温至熔融，进行成分分析、调整；2)调节温度为1560℃后进行氧化处理，然后加入硼进行一次变质；3)喷洒焦炭粉起泡出渣，扒渣，然后加入孕育剂进行二次变质，保温32min；4)将铜纳入钢包底部，然后调节钢液温度为1480℃，出钢；5)待钢包内的钢液降温至1398℃时浇注得初产品；6)先将初产品升温至622℃，保温1.8h，进行一次淬火，降温至室温后，再升温至928℃进行二次淬火，保温2.2h，然后降温至室温；7)将步骤6)中淬火后的初产品进行回火处理，升温至383℃，保温4h，然后降温至室温。实施例5：一种含氮高铬耐磨钢由以下质量份数组成：碳2.04％、硅1.24％、铬23.5％、铜0.4％、硼0.12％、氮0.15％、镍1.25％、钼0.12％、钴0.006％、锰0.35％、磷0.018％、硫0.015％、余量为铁。含氮高铬耐磨钢的制备工艺，其制备步骤如下：1)将铁、锰、铬加热至1280℃，然后加入硅、镍、钼、钪、氮，继续升温至熔融，进行成分分析、调整；2)调节温度为1558℃后进行氧化处理，然后加入硼进行一次变质；3)喷洒焦炭粉起泡出渣，扒渣，然后加入孕育剂进行二次变质，保温33min；4)将铜纳入钢包底部，然后调节钢液温度为1460-1475℃，出钢；5)待钢包内的钢液降温至1380℃时浇注得初产品；6)先将初产品升温至620℃，保温1.5h，进行一次淬火，降温至室温后，再升温至920℃进行二次淬火，保温2.4h，然后降温至室温；7)将步骤6)中淬火后的初产品进行回火处理，升温至380℃，保温3.6h，然后降温至室温。实施例6：一种含氮高铬耐磨钢由以下质量份数组成：碳2.02％、硅1.25％、铬24.8％、铜0.45％、硼0.09％、氮0.16％、镍1.2％、钼0.14％、钴0.005％、锰0.25％、磷0.014％、硫0.014％、余量为铁。含氮高铬耐磨钢的制备工艺，其制备步骤如下：1)将铁、锰、铬加热至1270℃，然后加入硅、镍、钼、钪、氮，继续升温至熔融，进行成分分析、调整；2)调节温度为1550℃后进行氧化处理，然后加入硼进行一次变质；3)喷洒焦炭粉起泡出渣，扒渣，然后加入孕育剂进行二次变质，保温30min；4)将铜纳入钢包底部，然后调节钢液温度为1462℃，出钢；5)待钢包内的钢液降温至1390℃时浇注得初产品；6)先将初产品升温至626℃，保温2h，进行一次淬火，降温至室温后，再升温至922℃进行二次淬火，保温2h，然后降温至室温；7)将步骤6)中淬火后的初产品进行回火处理，升温至390℃，保温3.6h，然后降温至室温。实施例7：一种含氮高铬耐磨钢由以下质量份数组成：碳1.98％、硅1.32％、铬24.5％、铜0.43％、硼0.1％、氮0.18％、镍1.28％、钼0.11％、钴0.007％、锰0.326％、磷0.016％、硫0.016％、余量为铁。含氮高铬耐磨钢的制备工艺，其制备步骤如下：1)将铁、锰、铬加热至1290℃，然后加入硅、镍、钼、钪、氮，继续升温至熔融，进行成分分析、调整；2)调节温度为1560℃后进行氧化处理，然后加入硼进行一次变质；3)喷洒焦炭粉起泡出渣，扒渣，然后加入孕育剂进行二次变质，保温35min；4)将铜纳入钢包底部，然后调节钢液温度为1473℃，出钢；5)待钢包内的钢液降温至1400℃时浇注得初产品；6)先将初产品升温至630℃，保温1.6h，进行一次淬火，降温至室温后，再升温至928℃进行二次淬火，保温2h，然后降温至室温；7)将步骤6)中淬火后的初产品进行回火处理，升温至384℃，保温3h，然后降温至室温。将本发明实施例的产品进行性能测试，数据如下：抗拉强度/Mpa屈服强度/MpaHRC/度延伸率/％实施例11780135553.418实施例21740138052.616实施例31780140553.519实施例41830144054.222实施例51760134053.317实施例61750139053.316实施例71820141554.120平均值17801389.353.518.3以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。当前第1页1 2 3