发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足之处,提供一种耐蚀耐磨钢及其制备方法。
本发明的耐蚀耐磨钢,按照重量百分比包括下列成分:C为0.4%~0.9%,Mn为14%~16%,Mo为5%~10%,Cr为5%~10%,Si为0.02%-0.05%,Dy为0.03%-0.09%,Pr为0.03%-0.09%,Nd为0.05%~0.2%,Gd为0.05%~0.1%,余量为Fe;
优选地,本发明的耐蚀耐磨钢,按照重量百分比包括下列成分:C为0.6%,Mn为15%,Mo为7%,Cr为7%,Si为0.045%,Dy为0.08%,Pr为0.06%,Nd为0.1%,Gd为0.08%,余量为Fe;
本发明的合金各成分及其成分的含量的选择基于下列理由:
C:含量为0.4%~0.9%,C和Mn、Mo、Cr形成硬质Mn、Mo、Cr复杂碳化物,起耐磨和抵抗配副的破坏作用,能有效解决钢初始磨损严重的问题,大大提高使用寿命,提高其性价比,C含量低于0.4%,不能达到效果,C含量高于0.9%,C、Mn、Mo、Cr硬质复杂化合物增多,会降低合金的塑性和抗拉强度;
Mn:含量为14%~16%,Mn和C、Mo、Cr形成硬质Mn、Mo、Cr复杂碳化物,起耐磨和抵抗配副的破坏作用,能有效解决钢初始磨损严重的问题,大大提高使用寿命,提高其性价比,Mn含量低于14%,不能达到效果,Mn含量高于16%,C、Mn、Mo、Cr硬质复杂化合物增多,会降低合金的塑性和抗拉强度;
Mo:含量为5%~10%,Mo和C、Mn、Cr形成硬质Mn、Mo、Cr复杂碳化物,起耐磨和抵抗配副的破坏作用,能有效解决钢初始磨损严重的问题,大大提高使用寿命,提高其性价比,Mo、Cr改变合金的电极电位,提高合金高温的抗腐蚀能力。Mo含量低于5%,不能达到效果,Mo含量高于10%,C、Mn、Mo、Cr硬质复杂化合物增多,会降低合金的塑性和抗拉强度;
Cr:含量为5%~10%,Cr和C、Mn、Mo形成硬质Mn、Mo、Cr复杂碳化物,起耐磨和抵抗配副的破坏作用,能有效解决钢初始磨损严重的问题,大大提高使用寿命,提高其性价比,Mo、Cr、Si改变合金的电极电位,提高合金的抗腐蚀能力。Cr含量低于5%,不能达到效果,Cr含量高于10%,C、Mn、Mo、Cr硬质复杂化合物增多,会降低合金的塑性和抗拉强度;
Si:含量为0.02%-0.05%,提高合金的力学性能和抗蚀性能,Si低于0.02%,不能保证抗蚀性;Si高于0.05%,力学性能会降低;
Dy:含量为0.03%-0.09%,Dy和Pr、Nd、Gd共同作用可增加形核核心和抑制奥氏体晶粒长,细化复杂化合物颗粒,Dy有圆整复杂化合物颗粒的作用。Dy低于0.03%,达不到效果;Dy高于0.09%,Pr为稀土元素,过多使用,不仅提高材料成本,也会形成一些过量化合物,降低材料的力学性能;
Pr:含量为0.03%-0.09%,Pr和Dy、Nd、Gd共同作用可增加形核核心和抑制奥氏体晶粒长,细化复杂化合物颗粒,Pr有圆整复杂化合物颗粒的作用。Pr低于0.03%,达不到效果;Pr高于0.09%,Pr为稀土元素,过多使用,不仅提高材料成本,也会形成一些过量化合物,降低材料的力学性能;
Nd:含量为0.05%-0.2%,Nd和Pr、Dy、Gd共同作用可增加形核核心和抑制奥氏体晶粒长,细化复杂化合物颗粒,Nd低于0.05%,达不到效果;Nd高于0.2%,Nd为稀土元素,过多使用,不仅提高材料成本,也会形成一些过量化合物,降低材料的力学性能;
Gd:含量为0.05%-0.1%,Gd和Dy、Pr、Nd共同作用可增加形核核心和抑制奥氏体晶粒长,细化复杂化合物颗粒。Gd低于0.05%,起不到作用;Gd高于0.1%,Gd为稀土元素,过多使用,不仅提高材料成本,也会形成一些过量化合物,降低材料的力学性能:
该耐蚀耐磨钢上带有细小而分散的起耐磨作用的颗粒,因此该材料不仅普通力学性能优越,抗拉强度和冲击韧性得到提高,而且同时具有很好的耐磨作用,另外该材料还具有很好的耐腐蚀性能。
本发明的耐蚀耐磨钢的制备方法,包括下列步骤:
1)准备各成分的原料,C用增碳剂,Fe用20钢板,Mn用纯锰片,Si用硅块,Cr用铬板,Mo、Pr、Nd和Dy分别用含Mo25%的钼铁、含Pr55%的镨铁、含Nd75%的钕铁和含Dy25%的镝铁,Gd用含Gd60%的钆铁,Pr、Nd和Gd原料的颗粒尺寸为3-7mm;
2)将C、Mn、Mo、Cr、Dy和Fe的原料加入电炉熔化,熔化温度为1530-1600℃,将Pr、Nd和Gd的原料放在钢包的底部,将熔化好的钢液倒入底部装有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,形成铸态耐蚀耐磨钢,再将材料经1050-1080℃奥氏体化后水韧处理后,即制备而成。
本发明的制备方法十分简便,生产的合金材料性能好,采用这种方法制备的耐蚀耐磨钢,能够提高整体强度、硬度、耐磨性和耐蚀性,延长寿命,而且生产成本低,非常便于工业化生产。
具体实施方式
实施例1
本实施例的耐蚀耐磨钢按照重量百分比包括下列成分:C为0.4%%,Mn为14%,Mo为5%,Cr为5%,Si为0.02%,Dy为0.03%,Pr为0.03%,Nd为0.05%,Gd为0.05%,余量为Fe;该耐蚀耐磨钢上带有细小而分散的起耐磨作用的颗粒。如图1所示,可以看到在钢基体上分布有细小的Mn、Mo、Cr复杂碳化物。
本实施例的耐蚀耐磨钢的制备,包括下列步骤:
1)准备各成分的原料,C用增碳剂,Fe用20钢板,Mn用纯锰片,Si用硅块,Cr用铬板,Mo、Pr、Nd和Dy分别用含Mo25%的钼铁、含Pr55%的镨铁、含Nd75%的钕铁和含Dy25%的镝铁,Gd用含Gd60%的钆铁,Pr、Nd和Gd原料的颗粒尺寸为3-7mm;
2)将C、Mn、Mo、Cr、Dy和Fe的原料加入电炉熔化,熔化温度为1530-1600℃,将Pr、Nd和Gd的原料放在钢包的底部,将熔化好的钢液倒入底部装有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,形成铸态耐蚀耐磨钢,再将材料经1050-1080℃奥氏体化后水韧处理后,即制备而成。
实施例2
本实施例的耐蚀耐磨钢按照重量百分比包括下列成分:C为0.9%,Mn为16%,Mo为10%,Cr为10%,Si为0.05%,Dy为0.09%,Pr为0.09%,Nd为0.2%,Gd为0.1%,余量为Fe;该耐蚀耐磨钢上带有细小而分散的起耐磨作用的颗粒。制备方法参照实施例1。
实施例3
本实施例的耐蚀耐磨钢按照重量百分比包括下列成分:C为0.6%,Mn为15%,Mo为7%,Cr为7%,Si为0.045%,Dy为0.08%,Pr为0.06%,Nd为0.1%,Gd为0.08%,余量为Fe;该耐蚀耐磨钢带有细小而分散的起耐磨作用的颗粒。制备方法参照实施例1。
对照例1
本对照例的耐蚀耐磨钢按照重量百分比包括下列成分:C为0.3%,Mn为13%,Mo为4%,Cr为4%,Si为0.01%,Dy为0.02%,Pr为0.02%,Nd为0.02%,Gd为0.04%,余量为Fe。制备方法参照实施例1。
对照例2
本对照例的耐蚀耐磨钢按照重量百分比包括下列成分:C为1%,Mn为17%,Mo为11%,Cr为11%,Si为0.06%,Dy为0.1%,Pr为0.1%,Nd为0.3%,Gd为0.2%,余量为Fe。制备方法参照实施例1。
实施例4
比较背景技术、对照例和实施例中的耐蚀耐磨钢的硬度、冲击韧性和腐蚀率,其结果如表1所示:
表1 合金性能对照:
从上表可以看出,实施例1-3的耐蚀耐磨钢的硬度和冲击韧性都要明显优于对照例和背景技术,腐蚀率也明显低于对照例和背景技术,本发明的耐蚀耐磨钢具有更好的耐磨耐蚀的合金性能。