CN103320714A - 一种抗高温磨损的含铝合金钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗高温磨损的含铝合金钢，该含铝合金钢的各原材料的组成按质量百分比为：Q235废钢：74.5～76.5%，高铬铸铁废料：10.0～12.0%，不锈钢钢屑：5.0～6.5%，金属铝：4.0～4.2%，硼铁：2.0～2.5%，稀土镁硅铁合金：0.50～0.65%，硅钙钡铝合金：1.0～1.2%。本发明以Q235废钢、高铬铸铁废料、不锈钢钢屑、金属铝和硼铁为主要原料，在此基础上，还加入稀土镁硅铁合金和硅钙钡铝合金，能够获得一种具有优良抗高温磨损性能的含铝合金钢材料。

Description

一种抗高温磨损的含铝合金钢及其制备方法

技术领域

本发明属于高温耐磨材料技术领域，涉及一种抗高温磨损的合金钢，尤其是一种抗高温磨损的含铝合金钢及其制备方法。

背景技术

在冶金、电力、机械、建材、国防、军工和航空航天等许多工业部门都存在金属材料的高温磨损问题，如轧钢时，炽热钢坯与轧辊、导卫、顶头等工件的相对运动造成轧钢备件的磨损失效；热锻成形加工时，模具的高温磨损也是主要失效形式之一。现代喷气式航空发动机中的轴承必须在干燥的、高达500℃的条件下工作，因此，不可避免地要发生高温磨损。在原子能反应堆中工作的钢铁材料，除受气体腐蚀外，高温磨损也很突出。还有一些机械零件也常因高温磨损而失效，如燃气轮机零件、涡轮螺旋浆飞机零件、汽车发动机排气阀门与阀座以及活塞套环与缸套等。为了改善材料的抗高温磨损性能，中国发明专利CN1335417公开了一种高温耐磨合金钢及其生产方法。该发明高温耐磨合金钢由按比例配制的废钢、高碳铬铁、钼铁、钒铁、钛铁、锆、铝、稀土元素和适量的硅、锰脱氧剂经熔炼、扩散均匀化退火与球化退火、淬火、两次以上的回火等工艺流程生产而成。该发明通过多元少量合金化、熔体净化、热处理强化和组织细化，可显著改变合金钢的热稳定性和耐磨性能，并使晶体细化、碳化物细小且分布均匀，同时还在硬度、抗拉强度、冲击韧性、热蚀失重速率、摩擦磨损失重等方面具有优良的综合性能，因此它是钢铁冶金行业中制造高温耐磨导卫轮和轧辊等的理想材料。中国发明专利CN1908219还公开了一种耐高温抗磨抗氧化合金钢及其制备方法，该发明是由N、C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Mo、V、W、Co组成，长期在1300℃高温环境下，抗弯曲强度、高温1300℃状态下，无高温蠕变现象，高温强度不变；流动介质为20％的石英砂、云石，80％的煤在25.4米/秒流速及1100～1200℃的温度下，每100小时磨损率为0.002毫米；长期在SO₂或高含量O₂气氛下，由于氮的加入在材料表面不断形成氮化层，因此防止了金属的晶间腐蚀；可焊性好。采用该发明上述比例，冶炼制成。该产品具有较强的耐高温、抗磨、抗氧化性能，广泛应用于电力、水泥、石化、航天、航空多个领域。中国发明专利CN101591753还公开了一种硫化耐热耐磨稀土合金钢及其制备方法和应用，该发明合金钢由以下重量百分比的各组分组成：碳0.1-1.0％，硅0.2-0.4％，钨0.1-1.5％，锰0.2-0.8％，钼0.3-1.7％，硫0.5-2.5％，铬0.4-2.0％，钒0.1-0.5％，稀土0.1-0.001％，余量为铁。该发明硫化耐热耐磨稀土合金钢具有优异的耐高温、耐磨损、固体自润滑等性能，适用于制作高温耐磨作业部件，可制备成各种形状低重负荷下的滑动轴承、轴瓦、轴套、耐磨衬板、滑板、机床滑道等产品，能代替铜合金类产品，具有耐压力、抗磨损等优势，能显著延长工件的使用寿命。中国发明专利CN101037759还公开了高强耐磨耐高温纳米合金钢材料及其制作方法。该项发明属于合金钢材料生产制造领域，具体为一种高强耐磨耐高温合金钢材料及其制取方法。采用本方法制取的纳米合金钢的特征是钢中有80％晶粒粒度小于50纳米(nm)。具有优异的性能，可以满足社会对于钢铁材料的各种需求。中国发明专利CN102212753A还公开了一种新型耐热耐磨热冲压模具用合金钢材料及其制备方法，属热冲压模具材料制造工艺技术领域。该发明提供一种热冲压模具用材料，其化学成分（重量%）是：C0.40～0.50，Si0.3～0.5，Mn0.65～0.85，P<0.025，S<0.005，Cr2.5～2.7，Mo2.1～2.4，V0.8～1.0，其余为Fe及微量杂质。经过感应熔炼→电渣重熔→退火→高温均匀化→锻造→退火后，具有良好的机加工性能；经过1020℃淬火+600℃回火后，材料具有良好的热强度、热硬度，高的耐磨性和抗疲劳性能，优良的可焊接性，并具有较大的导热系数和较小的热膨胀系数，适用于热冲压成形模具。中国发明专利CN102628147A还公开了高硫合金钢轧辊及生产方法，高硫合金钢轧辊的化学成分按以下重量百分比配制：C：0.4%—1.0%、Si：0.5%—1%、Mn：0.5%—1%、S：1.5%—10%、P:<0.05%、Cr：4%—6%、V：0.05%—1.5%、Mo：0.1%—0.4%、W：<2%、Ti：0.05%—0.1%、Ba：0.005%—0.1%、Re：<0.05%，其余含量为Fe，该发明打破大家公认的硫不能超过0.03%的规定，把有害元素变成有益元素，生产出来的高硫合金钢轧辊具有耐高温、自润滑、耐磨损等优点，在应用中轧辊不需要润滑或少许润滑，从而减轻工作人员的工作强度，不含稀有金属Co，这样降低了生产成本，采用中频炉冶炼，卧式离心机浇注，普通高温电阻炉热处理，设备投资少，并且加工工艺上省去退火工艺，生产工艺简单合理，大大提高了生产效率。中国发明专利CN101368248还公开了一种用于链篦机篦板用的耐热合金钢，其包括下述重量百分含量的组分：C0.62～2.2％、Cr18～25％、Si0.8～1.6％、Ni0.5～2.0％、Mn0.4～2.0％、W0.5～2.0％、Nb0.2～1.0％、Ti0.2～1.0％、Re0.1～0.6％，其余是Fe。目前市场使用较多的篦板一般Ni含量都较高，但是Ni的价格很高，篦板又是一个高消耗品，相应地成本就很高。该发明旨在大幅度降低Ni含量，节约成本。本发明的篦板具有良好的耐磨性和良好的抗高温氧化性，从而可提高篦板的使用寿命。中国发明专利CN102534402A还公开了一种耐磨合金钢的制备方法，所述耐磨合金钢以重量百分比计由下列组份组成：C：0.4～0.6％，B：1.0～1.2％，Si：1.8～2.2％，Cr：2.4～2.8％，Mn：1.3～1.5％，Ce：0.08～0.12％，V：0.2～0.3％，Ti：0.03～0.15％，N?0.005～0.01％，P＜0.05％，S＜0.05％，余量为Fe，所述的制备方法为：①钢水熔化、炉前调整成分合格后，将温度升至1580～1600℃，加入占钢水质量0.15％～0.30％的铝脱氧，而后出炉；②用铈基稀土、钛铁和钒铁对钢水复合变质处理；变质处理后将钢水浇注成铸件；③铸件于960～980℃，奥氏体化2～4h后，直接在温度为310～330℃的等温盐浴炉中进行等温淬火，保温时间2～4h，随后空冷至室温。中国发明专利CN102560280A还公开了一种耐高温高强度合金钢及其热处理工艺，所述耐高温高强度合金钢的成分为：碳0.06～0.1，镍0.8～1.2，钒0.9～1.8，钼1.6～2.6，硅0.8～1.2，锰1.5～2.8，鉻2.3～6.0，钨0.1～0.3，稀土0.1～0.3，其余为铁，耐高温高强度合金钢在冶炼时加入了稀土硅镁合金，其用量为炉料质量的0.7～1.5%，所述稀土硅镁合金符合国家标准GB/T4138-93；所述热处理依次包括淬火热处理、固溶热处理工艺与时效热处理工艺。该发明制得的耐高温高强度合金钢不仅耐高温性能好，而且耐磨性、强韧性较强，用该钢制造高温螺栓的使用寿命比现有普通螺栓提高8倍以上。

但是，上述抗高温磨损材料普遍存在贵重合金元素加入量较多，材料生产成本高，推广应用困难等不足。

本发明针对现有抗高温磨损材料存在的不足，以Q235废钢、高铬铸铁废料、不锈钢钢屑、金属铝和硼铁为主要原料，在此基础上，还加入稀土镁硅铁合金和硅钙钡铝合金，获得一种具有优良抗高温磨损性能的含铝合金钢材料。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种抗高温磨损的含铝合金钢及其制备方法，其以Q235废钢、高铬铸铁废料、不锈钢钢屑、金属铝和硼铁为主要原料，在此基础上，还加入稀土镁硅铁合金和硅钙钡铝合金，能够获得一种具有优良抗高温磨损性能的含铝合金钢材料。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种抗高温磨损的含铝合金钢，该含铝合金钢的各原材料的组成按质量百分比为：Q235废钢：74.5～76.5%，高铬铸铁废料：10.0～12.0%，不锈钢钢屑：5.0～6.5%，金属铝：4.0～4.2%，硼铁：2.0～2.5%，稀土镁硅铁合金：0.50～0.65%，硅钙钡铝合金：1.0～1.2%。

上述Q235废钢的化学组成按质量百分比为：C为0.14～0.22%，Mn为0.30～0.65%，Si≤0.30%，S≤0.050%，P≤0.045%，余量为Fe。

上述高铬铸铁废料的化学组成按质量百分比为：C为2.6～3.3%，Si≤1.2%，Mn≤2.0%，Cr为18.0～23.0%，Mo≤3.0%，Ni≤2.5%，Cu≤1.2%，S≤0.06%，S≤0.06%，余量为Fe。

上述不锈钢钢屑的化学组成按质量百分比为：C≤0.07%，Si≤1.0%，Mn≤2.0%，Cr为17.0～19.0%，Ni为8.0～11.0%，P≤0.035%，S≤0.03%，余量为Fe。

上述硼铁的化学组成按质量百分比为：B为17.0～19.0%，C<0.5%，Si<3.5%，余量为Fe。

上述硅钙钡铝合金的化学组成按质量百分比为：Si≥40%，Ca≥6%，Ba≥12%，Al≥8%，Mn≤0.4%，C≤0.4%，P≤0.04%，S≤0.02%，余量为Fe。

上述稀土镁硅铁合金的化学组成按质量百分比为：RE为8.0～10.0%，Mg为8.0～10.0%，Ca为1.0～3.0%，Si≤44.0%，Mn≤2.0%，杂质≤1.0，余量为Fe。

本发明还提一种上述抗高温磨损的含铝合金钢的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将质量分数为74.5～76.5%的Q235废钢，10.0～12.0%的高铬铸铁废料和5.0～6.5%的不锈钢钢屑混合加热熔化，钢水熔清后测温，当钢水温度达到1550～1570℃时，加入质量分数1.0～1.2%的硅钙钡铝合金，当钢水温度达到1580～1600℃时，依次加入质量分数4.0～4.2%的金属铝和2.0～2.5%的硼铁，保温4～6分钟后出炉；钢水出炉过程中，当钢水出炉1/3～1/2时，将经过200℃～250℃预热2～3小时的质量分数0.50～0.65%的稀土镁硅铁合金，随钢水流扔入浇包；

（2）当钢水温度降至1480～1500℃时，在铸型中浇注成铸件；

（3）铸件经打磨和清理后进行热处理，然后空冷或炉冷至室温即可。

进一步的，以上步骤（3）中，热处理工艺是将铸件随炉加热至1050℃～1080℃，保温2～4小时后直接油冷，然后在520℃～550℃条件下进行回火热处理，保温时间4～8小时。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1）本发明抗高温磨损的含铝合金钢主要以低碳Q235废钢、高铬铸铁废料和不锈钢钢屑为原料，不需单独加入价格昂贵的钼、钨、钴、镍等合金材料，因此具有较低的生产成本，比高镍铬耐磨钢降低30％以上，比高速钢降低50％以上。

2）本发明抗高温磨损的含铝合金钢具有硬度高和高温耐磨性好等特点，其中硬度达到64.0～66.0HRC，在600℃下的高温抗磨性能优于高镍铬耐磨钢和高速钢，接近硬质合金的水平，但生产成本比硬质合金降低70％以上。

3）本发明抗高温磨损的含铝合金钢具有较好的力学性能，其中冲击韧性达到14～16J/cm²，抗拉强度达到920～950MPa。

具体实施方式

本发明提出的抗高温磨损的含铝合金钢，其各原材料的组成按质量百分比为：Q235废钢：74.5～76.5%，高铬铸铁废料：10.0～12.0%，不锈钢钢屑：5.0～6.5%，金属铝：4.0～4.2%，硼铁：2.0～2.5%，稀土镁硅铁合金：0.50～0.65%，硅钙钡铝合金：1.0～1.2%。

其中：

Q235废钢的化学组成按质量百分比为：C为0.14～0.22%，Mn为0.30～0.65%，Si≤0.30%，S≤0.050%，P≤0.045%，余量为Fe。

高铬铸铁废料的化学组成按质量百分比为：C为2.6～3.3%，Si≤1.2%，Mn≤2.0%，Cr为18.0～23.0%，Mo≤3.0%，Ni≤2.5%，Cu≤1.2%，S≤0.06%，S≤0.06%，余量为Fe。

不锈钢钢屑的化学组成按质量百分比为：C≤0.07%，Si≤1.0%，Mn≤2.0%，Cr为17.0～19.0%，Ni为8.0～11.0%，P≤0.035%，S≤0.03%，余量为Fe。

硼铁的化学组成按质量百分比为：B为17.0～19.0%，C<0.5%，Si<3.5%，余量为Fe。

硅钙钡铝合金的化学组成按质量百分比为：Si≥40%，Ca≥6%，Ba≥12%，Al≥8%，Mn≤0.4%，C≤0.4%，P≤0.04%，S≤0.02%，余量为Fe。

稀土镁硅铁合金的化学组成按质量百分比为：RE为8.0～10.0%，Mg为8.0～10.0%，Ca为1.0～3.0%，Si≤44.0%，Mn≤2.0%，杂质≤1.0，余量为Fe。

基于以上的配比，本发明还提出该种抗高温磨损的含铝合金钢的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）按照上述质量百分比，将Q235废钢，高铬铸铁废料和不锈钢钢屑混合加热熔化，钢水熔清后测温，当钢水温度达到1550～1570℃时，加入硅钙钡铝合金，当钢水温度达到1580～1600℃时，依次加入金属铝和硼铁，保温4～6分钟后出炉；钢水出炉过程中，当钢水出炉1/3～1/2时，将经过200℃～250℃预热2～3小时的稀土镁硅铁合金，随钢水流扔入浇包；

（2）当钢水温度降至1480～1500℃时，在铸型中浇注成铸件；

（3）铸件经打磨和清理后进行热处理，热处理工艺是将铸件随炉加热至1050℃～1080℃，保温2～4小时后直接油冷，然后在520℃～550℃条件下进行回火热处理，保温时间4～8小时；然后空冷或炉冷至室温即可。

以下给出几个具体实施例来进一步说明本发明的技术方案：

实施例1

用500公斤碱性中频感应电炉熔炼抗高温磨损的含铝合金钢，其制造工艺步骤是：

（1）将质量分数75.65%的Q235废钢（质量百分比％为：0.14～0.22C，0.30～0.65Mn，Si≤0.30，S≤0.050，P≤0.045，Fe余量），10.0%的高铬铸铁废料（质量百分比％为：2.6～3.3C,≤1.2Si,≤2.0Mn,18.0～23.0Cr,≤3.0Mo,≤2.5Ni,≤1.2Cu,≤0.06S,≤0.06S,Fe余量）和6.5%的不锈钢钢屑（质量百分比％为：≤0.07C,≤1.0Si,≤2.0Mn,17.0～19.0Cr,8.0～11.0Ni,≤0.035P,≤0.03S,Fe余量）混合加热熔化，钢水熔清后测温，当钢水温度达到1552℃时，加入质量分数1.0%的硅钙钡铝合金（质量百分比％为：≥40Si,≥6Ca,≥12Ba,≥8Al,≤0.4Mn,≤0.4C,≤0.04P,≤0.02S,余量Fe），当钢水温度达到1584℃时，依次加入质量分数4.2%的金属铝和2.0%的硼铁（质量百分比％为：17.0～19.0B，<0.5C，<3.5Si，余量Fe），保温6分钟后出炉。钢水出炉过程中，当钢水出炉1/3～1/2时，将经过200℃预热3小时的质量分数0.65%的稀土镁硅铁合金（质量百分比％为：8.0～10.0RE,8.0～10.0Mg,1.0～3.0Ca,≤44.0Si,≤2.0Mn,≤1.0,Fe余量），随钢水流仍入浇包。

（2）当钢水温度降至1481℃时，在铸型中浇注成铸件。

（3）铸件经打磨和清理后进行热处理，热处理工艺是将铸件随炉加热至1050℃，保温4小时后直接油冷，然后在520℃条件下进行回火热处理，保温时间8小时，然后空冷或炉冷至室温即可。抗高温磨损的含铝合金钢的力学性能见表1。

实施例2

用1000公斤碱性中频感应电炉熔炼抗高温磨损的含铝合金钢，其制造工艺步骤是：

（1）将质量分数74.8%的Q235废钢（质量百分比％为：0.14～0.22C，0.30～0.65Mn，Si≤0.30，S≤0.050，P≤0.045，Fe余量），12.0%的高铬铸铁废料（质量百分比％为：2.6～3.3C,≤1.2Si,≤2.0Mn,18.0～23.0Cr,≤3.0Mo,≤2.5Ni,≤1.2Cu,≤0.06S,≤0.06S,Fe余量）和5.0%的不锈钢钢屑（质量百分比％为：≤0.07C,≤1.0Si,≤2.0Mn,17.0～19.0Cr,8.0～11.0Ni,≤0.035P,≤0.03S,Fe余量）混合加热熔化，钢水熔清后测温，当钢水温度达到1569℃时，加入质量分数1.2%的硅钙钡铝合金（质量百分比％为：≥40Si,≥6Ca,≥12Ba,≥8Al,≤0.4Mn,≤0.4C,≤0.04P,≤0.02S,余量Fe），当钢水温度达到1598℃时，依次加入质量分数4.0%的金属铝和2.5%的硼铁（质量百分比％为：17.0～19.0B，<0.5C，<3.5Si，余量Fe），保温4分钟后出炉。钢水出炉过程中，当钢水出炉1/3～1/2时，将经过250℃预热2小时的质量分数0.50%的稀土镁硅铁合金（质量百分比％为：8.0～10.0RE,8.0～10.0Mg,1.0～3.0Ca,≤44.0Si,≤2.0Mn,≤1.0,Fe余量），随钢水流仍入浇包。

（2）当钢水温度降至1496℃时，在铸型中浇注成铸件。

（3）铸件经打磨和清理后进行热处理，热处理工艺是将铸件随炉加热至1080℃，保温2小时后直接油冷，然后在550℃条件下进行回火热处理，保温时间4小时，然后空冷或炉冷至室温即可。抗高温磨损的含铝合金钢的力学性能见表1。

实施例3

用500公斤碱性中频感应电炉熔炼抗高温磨损的含铝合金钢，其制造工艺步骤是：

（1）将质量分数75.1%的Q235废钢（质量百分比％为：0.14～0.22C，0.30～0.65Mn，Si≤0.30，S≤0.050，P≤0.045，Fe余量），11.0%的高铬铸铁废料（质量百分比％为：2.6～3.3C,≤1.2Si,≤2.0Mn,18.0～23.0Cr,≤3.0Mo,≤2.5Ni,≤1.2Cu,≤0.06S,≤0.06S,Fe余量）和5.8%的不锈钢钢屑（质量百分比％为：≤0.07C,≤1.0Si,≤2.0Mn,17.0～19.0Cr,8.0～11.0Ni,≤0.035P,≤0.03S,Fe余量）混合加热熔化，钢水熔清后测温，当钢水温度达到1561℃时，加入质量分数1.1%的硅钙钡铝合金（质量百分比％为：≥40Si,≥6Ca,≥12Ba,≥8Al,≤0.4Mn,≤0.4C,≤0.04P,≤0.02S,余量Fe），当钢水温度达到1588℃时，依次加入质量分数4.1%的金属铝和2.3%的硼铁（质量百分比％为：17.0～19.0B，<0.5C，<3.5Si，余量Fe），保温5分钟后出炉。钢水出炉过程中，当钢水出炉1/3～1/2时，将经过230℃预热3小时的质量分数0.60%的稀土镁硅铁合金（质量百分比％为：8.0～10.0RE,8.0～10.0Mg,1.0～3.0Ca,≤44.0Si,≤2.0Mn,≤1.0,Fe余量），随钢水流仍入浇包。

（2）当钢水温度降至1490℃时，在铸型中浇注成铸件。

（3）铸件经打磨和清理后进行热处理，热处理工艺是将铸件随炉加热至1060℃，保温3小时后直接油冷，然后在540℃条件下进行回火热处理，保温时间6小时，然后空冷或炉冷至室温即可。抗高温磨损的含铝合金钢的力学性能见表1。

表1抗高温磨损的含铝合金钢的力学性能

实施例4

首先选择各原材料及其质量配比：

该含铝合金钢的各原材料的组成按质量百分比为：Q235废钢：74.5%，高铬铸铁废料：12.0%，不锈钢钢屑：6%，金属铝：4%，硼铁：2%，稀土镁硅铁合金：0.5%，硅钙钡铝合金：1%。其中，Q235废钢的化学组成按质量百分比为：C为0.14%，Mn为0.65%，Si≤0.30%，S≤0.050%，P≤0.045%，余量为Fe。高铬铸铁废料的化学组成按质量百分比为：C为2.63%，Si≤1.2%，Mn≤2.0%，Cr为23.0%，Mo≤3.0%，Ni≤2.5%，Cu≤1.2%，S≤0.06%，S≤0.06%，余量为Fe。不锈钢钢屑的化学组成按质量百分比为：C≤0.07%，Si≤1.0%，Mn≤2.0%，Cr为17.0%，Ni为8.0%，P≤0.035%，S≤0.03%，余量为Fe。硼铁的化学组成按质量百分比为：B为17%，C<0.5%，Si<3.5%，余量为Fe。硅钙钡铝合金的化学组成按质量百分比为：Si≥40%，Ca≥6%，Ba≥12%，Al≥8%，Mn≤0.4%，C≤0.4%，P≤0.04%，S≤0.02%，余量为Fe。稀土镁硅铁合金的化学组成按质量百分比为：RE为8.0～10.0%，Mg为8.0～10.0%，Ca为1.0%，Si≤44.0%，Mn≤2.0%，其他杂质≤1.0，余量为Fe。

然后，按照以下步骤进行：

（1）按照上述质量百分比，将Q235废钢，高铬铸铁废料和不锈钢钢屑混合加热熔化，钢水熔清后测温，当钢水温度达到1570℃时，加入硅钙钡铝合金，当钢水温度达到1600℃时，依次加入金属铝和硼铁，保温4分钟后出炉；钢水出炉过程中，当钢水出炉1/3时，将经过200℃预热3小时的稀土镁硅铁合金，随钢水流扔入浇包；

（2）当钢水温度降至1500℃时，在铸型中浇注成铸件；

（3）铸件经打磨和清理后进行热处理，热处理工艺是将铸件随炉加热至1050℃，保温4小时后直接油冷，然后在550℃条件下进行回火热处理，保温时间4小时；然后空冷或炉冷至室温即可。

实施例5

首先选择各原材料及其质量配比：

该含铝合金钢的各原材料的组成按质量百分比为：Q235废钢：76.5%，高铬铸铁废料：10%，不锈钢钢屑：5%，金属铝：4.2%，硼铁：2.5%，稀土镁硅铁合金：0.65%，硅钙钡铝合金：1.15%。其中，Q235废钢的化学组成按质量百分比为：C为0.22%，Mn为0.3%，Si≤0.30%，S≤0.050%，P≤0.045%，余量为Fe。高铬铸铁废料的化学组成按质量百分比为：C为3.3%，Si≤1.2%，Mn≤2.0%，Cr为23.0%，Mo≤3.0%，Ni≤2.5%，Cu≤1.2%，S≤0.06%，S≤0.06%，余量为Fe。不锈钢钢屑的化学组成按质量百分比为：C≤0.07%，Si≤1.0%，Mn≤2.0%，Cr为19.0%，Ni为11%，P≤0.035%，S≤0.03%，余量为Fe。硼铁的化学组成按质量百分比为：B为19%，C<0.5%，Si<3.5%，余量为Fe。硅钙钡铝合金的化学组成按质量百分比为：Si≥40%，Ca≥6%，Ba≥12%，Al≥8%，Mn≤0.4%，C≤0.4%，P≤0.04%，S≤0.02%，余量为Fe。稀土镁硅铁合金的化学组成按质量百分比为：RE为10.0%，Mg为10.0%，Ca为1.0%，Si≤44.0%，Mn≤2.0%，其他杂质≤1.0，余量为Fe。

然后，按照以下步骤进行：

（1）按照上述质量百分比，将Q235废钢，高铬铸铁废料和不锈钢钢屑混合加热熔化，钢水熔清后测温，当钢水温度达到1550℃时，加入硅钙钡铝合金，当钢水温度达到1580℃时，依次加入金属铝和硼铁，保温6分钟后出炉；钢水出炉过程中，当钢水出炉1/2时，将经过250℃预热3小时的稀土镁硅铁合金，随钢水流扔入浇包；

（2）当钢水温度降至1480℃时，在铸型中浇注成铸件；

（3）铸件经打磨和清理后进行热处理，热处理工艺是将铸件随炉加热至1080℃，保温2小时后直接油冷，然后在520℃条件下进行回火热处理，保温时间8小时；然后空冷或炉冷至室温即可。

实施例6

首先选择各原材料及其质量配比：

该含铝合金钢的各原材料的组成按质量百分比为：Q235废钢：75%，高铬铸铁废料：10.45%，不锈钢钢屑：6.5%，金属铝：4%，硼铁：2.3%，稀土镁硅铁合金：0.55%，硅钙钡铝合金：1.2%。其中，Q235废钢的化学组成按质量百分比为：C为0.22%，Mn为0.3%，Si≤0.30%，S≤0.050%，P≤0.045%，余量为Fe。高铬铸铁废料的化学组成按质量百分比为：C为3.3%，Si≤1.2%，Mn≤2.0%，Cr为23.0%，Mo≤3.0%，Ni≤2.5%，Cu≤1.2%，S≤0.06%，S≤0.06%，余量为Fe。不锈钢钢屑的化学组成按质量百分比为：C≤0.07%，Si≤1.0%，Mn≤2.0%，Cr为19.0%，Ni为11%，P≤0.035%，S≤0.03%，余量为Fe。硼铁的化学组成按质量百分比为：B为19%，C<0.5%，Si<3.5%，余量为Fe。硅钙钡铝合金的化学组成按质量百分比为：Si≥40%，Ca≥6%，Ba≥12%，Al≥8%，Mn≤0.4%，C≤0.4%，P≤0.04%，S≤0.02%，余量为Fe。稀土镁硅铁合金的化学组成按质量百分比为：RE为10.0%，Mg为10.0%，Ca为1.0%，Si≤44.0%，Mn≤2.0%，其他杂质≤1.0，余量为Fe。

然后，按照以下步骤进行：

（1）按照上述质量百分比，将Q235废钢，高铬铸铁废料和不锈钢钢屑混合加热熔化，钢水熔清后测温，当钢水温度达到1550℃时，加入硅钙钡铝合金，当钢水温度达到1580℃时，依次加入金属铝和硼铁，保温6分钟后出炉；钢水出炉过程中，当钢水出炉1/2时，将经过250℃预热3小时的稀土镁硅铁合金，随钢水流扔入浇包；

（2）当钢水温度降至1480℃时，在铸型中浇注成铸件；

（3）铸件经打磨和清理后进行热处理，热处理工艺是将铸件随炉加热至1080℃，保温2小时后直接油冷，然后在520℃条件下进行回火热处理，保温时间8小时；然后空冷或炉冷至室温即可。

综上所述，本发明的抗高温磨损的含铝合金钢主要以低碳Q235废钢、高铬铸铁废料和不锈钢钢屑为原料。废钢和合金钢钢屑中油污多，污染严重，抗高温磨损的含铝合金钢中加入硅钙钡铝合金、铝和稀土镁硅铁合金，主要起脱氧、脱硫、净化铁水和改善夹杂物形态与分布的作用，从而提高抗高温磨损的含铝合金钢强度和韧性，防止抗高温磨损的含铝合金钢使用中出现剥落和断裂。加入硅钙钡铝合金和稀土镁硅铁合金，还有改善碳化物及硼化物形态和分布，提高钢的强韧性的作用。本发明高温耐磨材料中，加入适量硼铁，主要是为了获得硬度高，热稳定性号的硼化物，从而达到提高材料硬度，并改善其耐磨性的作用。在此基础上，加入适量铝，主要是利用铝是非碳化物和硼化物形成元素，主要固溶于基体，从而起到提高基体高温稳定性的作用，对于改善材料的抗高温磨损性能，具有非常重要的效果。

另外，本发明抗高温磨损的含铝合金钢还具有硬度高、强韧性和高温稳定好等特点，与传统抗高温磨损材料，如高镍铬耐磨钢、高速钢和硬质合金相比，因本发明不需单独加入价格昂贵的钼、钨、钴、镍等合金材料，因此具有较低的生产成本。另外本发明具有良好的高温耐磨性，用做热轧钢管穿孔机顶头，使用寿命比高镍铬耐磨钢顶头提高40％以上，用做高速线材轧机辊环，使用寿命比高速钢辊环提高30％以上，与硬质合金辊环的轧钢量相当，但生产成本比硬质合金降低70％以上。推广应用本发明材料，可以提高装备作业率，降低产品加工成本，减轻工人劳动强度，具有良好的经济和社会效益。

Claims (9)

1.一种抗高温磨损的含铝合金钢，其特征在于，该含铝合金钢的各原材料的组成按质量百分比为：Q235废钢：74.5～76.5%，高铬铸铁废料：10.0～12.0%，不锈钢钢屑：5.0～6.5%，金属铝：4.0～4.2%，硼铁：2.0～2.5%，稀土镁硅铁合金：0.50～0.65%，硅钙钡铝合金：1.0～1.2%。

2.根据权利要求1所述的抗高温磨损的含铝合金钢，其特征在于，所述Q235废钢的化学组成按质量百分比为：C为0.14～0.22%，Mn为0.30～0.65%，Si≤0.30%，S≤0.050%，P≤0.045%，余量为Fe。

3.根据权利要求1所述的抗高温磨损的含铝合金钢，其特征在于，所述高铬铸铁废料的化学组成按质量百分比为：C为2.6～3.3%，Si≤1.2%，Mn≤2.0%，Cr为18.0～23.0%，Mo≤3.0%，Ni≤2.5%，Cu≤1.2%，S≤0.06%，S≤0.06%，余量为Fe。

4.根据权利要求1所述的抗高温磨损的含铝合金钢，其特征在于，所述不锈钢钢屑的化学组成按质量百分比为：C≤0.07%，Si≤1.0%，Mn≤2.0%，Cr为17.0～19.0%，Ni为8.0～11.0%，P≤0.035%，S≤0.03%，余量为Fe。

5.根据权利要求1所述的抗高温磨损的含铝合金钢，其特征在于，所述硼铁的化学组成按质量百分比为：B为17.0～19.0%，C<0.5%，Si<3.5%，余量为Fe。

6.根据权利要求1所述的抗高温磨损的含铝合金钢，其特征在于，所述硅钙钡铝合金的化学组成按质量百分比为：Si≥40%，Ca≥6%，Ba≥12%，Al≥8%，Mn≤0.4%，C≤0.4%，P≤0.04%，S≤0.02%，余量为Fe。

7.根据权利要求1所述的抗高温磨损的含铝合金钢，其特征在于，所述稀土镁硅铁合金的化学组成按质量百分比为：RE为8.0～10.0%，Mg为8.0～10.0%，Ca为1.0～3.0%，Si≤44.0%，Mn≤2.0%，杂质≤1.0，余量为Fe。

8.一种权利要求1-7任意一项所述抗高温磨损的含铝合金钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将质量分数为74.5～76.5%的Q235废钢，10.0～12.0%的高铬铸铁废料和5.0～6.5%的不锈钢钢屑混合加热熔化，钢水熔清后测温，当钢水温度达到1550～1570℃时，加入质量分数1.0～1.2%的硅钙钡铝合金，当钢水温度达到1580～1600℃时，依次加入质量分数4.0～4.2%的金属铝和2.0～2.5%的硼铁，保温4～6分钟后出炉；钢水出炉过程中，当钢水出炉1/3～1/2时，将经过200℃～250℃预热2～3小时的质量分数0.50～0.65%的稀土镁硅铁合金，随钢水流扔入浇包；

（2）当钢水温度降至1480～1500℃时，在铸型中浇注成铸件；

（3）铸件经打磨和清理后进行热处理，然后空冷或炉冷至室温即可。

9.根据权利要求8所述的抗高温磨损的含铝合金钢的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，热处理工艺是将铸件随炉加热至1050℃～1080℃，保温2～4小时后直接油冷，然后在520℃～550℃条件下进行回火热处理，保温时间4～8小时。