CN101886225B - 一种耐蚀耐磨钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐蚀耐磨钢，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。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。本发明还提供了一种耐蚀耐磨钢的制备方法，本方法十分简便，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。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐蚀耐磨钢及其制备方法，属于合金材料技术领域。
背景技术
目前金属材料领域中，钢材料的耐磨和耐蚀性能受到了越来越多的重视。
现有的技术中也已经公开了不少耐磨钢材料，中国专利CN200910037498.8公开了合金耐磨钢，按照重量百分比包括碳0.25～0.45％，硅0.3～2.0％，锰0.3～1.5％，铬3.0～6.0％，钼0.2～1.0％，硼0.001～0.01％，稀土元素0.01～0.3％，磷≤0.04％，硫≤0.04％，余量为铁。本发明的中合金耐磨钢，由于加入硼元素和稀土元素，使得中合金耐磨钢淬透性更好，韧性更好，初始硬度高，加工硬化程度高，耐磨性能更好，从而扩大了材料的应用范围。本发明的中合金耐磨钢适于制备磨损特别是冲击磨损工况用的零部件。这种合金没有强调材料的耐蚀性。中国专利CN200710134321.0公开了一种铬锰铜钼系奥氏体耐蚀耐磨不锈钢，其成分质量百分比为：C0.06-0.11，Mn14-19，Si0-3，P≤0.054，S≤0.03，Cr16-18，N0.1-0.4，Cu1.0-2.5，Mo0-3，Ni0-2，Re0-0.22，余铁和不可避免杂质。中国专利CN200810236181.2提供了一种耐磨耐蚀高氮高锰奥氏体不锈钢，其特征在于：按质量分数计算，由以下组分组成：0.40～0.65％的N、≤0.05％的C、18.0～25.0％的Mn、0～3.50％的Ni、18.00～20.00％的Cr、≤0.05％的S、≤0.05％的P、≤1.00％的Si、余量为Fe。上述两种钢材料中，Cr和Mn含量极端的高，造成合金流动性变差。另外N作为气体，在加入时也难以控制。
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。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的耐蚀耐磨钢的金相组织。
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。
Claims (2)
1.一种耐蚀耐磨钢，其特征在于，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。
2.根据权利要求1所述的耐蚀耐磨钢，其特征在于，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。
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