CN106702252A

CN106702252A - 一种耐高温耐磨合金钢材料及制备方法

Info

Publication number: CN106702252A
Application number: CN201611105516.8A
Authority: CN
Inventors: 王允星; 符寒光
Original assignee: Shandong Gold Ocean Heavy Industry Science And Technology Ltd
Current assignee: Shandong Gold Ocean Heavy Industry Science And Technology Ltd
Priority date: 2016-12-05
Filing date: 2016-12-05
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2036-12-05
Also published as: CN106702252B

Abstract

一种耐高温耐磨合金钢材料及制备方法，属于高温耐磨材料技术领域。采用电炉熔炼，以1Cr13钢废料和625镍基合金废料为主要原料，并加入硼铁、钛铁、高碳铬铁、铝、镍包WC粉、稀土硅铁合金和硅钙钡铝合金等材料。钢水经扒渣、静置后，当温度降至1510～1535℃，将钢水浇入铸型，钢水凝固后开箱取出铸件，经清砂、打磨后，随炉加热至550～580℃，保温12～16小时后，炉冷至温度低于280℃后，出炉空冷至室温，即可获得耐高温、耐磨损的合金钢材料。

Description

一种耐高温耐磨合金钢材料及制备方法

技术领域

本发明公开了一种合金钢材料，特别涉及一种耐高温耐磨合金钢材料及其制备方法，属于高温耐磨材料技术领域。

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高温磨损工况，对耐热、耐高温磨损材料有着巨大的市场需求。高温磨损是一种严酷而复杂的工况，对材料性能的要求非常苛刻，不仅要求材料具有良好的耐热性、耐磨性，而且应具有一定的高温强度、韧性与良好的热疲劳抗力，传统的金属材料往往很难同时满足这些性能要求，从而导致使用寿命降低。例如耐热钢虽然具有良好的高温强度以及抗氧化能力，但是其高温抗磨性很差，难以满足在高温下抵抗磨损的要求；高铬白口铸铁是目前应用已趋成熟的、具有优异抵抗磨料磨损与摩擦磨损性能的材料，但是由于其冶金学上的局限性，抗高温氧化腐蚀性能又显不足；工程结构陶瓷材料具有高硬度、高刚度、耐高温、耐腐蚀等优点，但陶瓷材料的固有脆性及其加工成形困难，制作成本高等缺点，从而大大限制了其在工业中的实际应用。

为了提高材料的耐高温、抗磨损性能，中国发明专利CN103602911公开了一种耐高温耐磨合金钢衬板材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.2-0.4、硅0.2-0.4、锰3.5-3.7、铬0.7-0.9、钼0.8-1.1、钒1.2-1.4、镧0.1-0.15、Nb0.04-0.07、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。该发明的衬板在中低碳钢的基础上添加镧、钼、铌等元素，得到的合金钢不仅具有高的硬度、高强度、耐磨性好、耐高温，而且还具有韧性好、塑性好、耐腐蚀的优点，性价比高。该发明使用部分废铁作为原料，并经过二次精炼，合理控制铸后热处理温度，分批投放原料，提高综合力学性能。该发明精炼剂用于铸造生产，铸件中的气孔度降低1-2度，氧化夹杂物在2级左右。中国发明专利CN 104213031还公开了一种耐高温泵阀用合金钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.2-0.4、硅0.7-0.9、锰1.7-2.3、钼0.1-0.2、钒1.1-1.3、铬2.4-2.6、In0.04-0.07、S≤0.04、P≤0.04、余量为铁。本发明通过使用钒、In等元素，并分次投放原料，合理控制铸后热处理温度，使得合金具有耐高温、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CN 101591753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。本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CN 1335417还公开了一种高温耐磨合金钢及其生产方法，其特征在于，它是采用下述组分和重量百分含量的原料通过熔炼和其它工艺流程生产制得的：77.5～79％的废钢，18.3～20 7％的高碳铬铁，0.67～1.0％的钼铁，0.33～0.5％的钒铁，适量的硅、锰脱氧剂，0.05～0.1％的钛铁，0.02～0.05％的锆，0.6～1.2％的铝和0.12～0.5％的稀土元素，这样制得的合金钢含碳1.45～1.70％，含铬11.0～12.5％，含钼0.4～0.6％，含钒0.15～0.30％，含钛0.02～0.05％，含锆0.02～0.05％，含铝0.6～1.2％，含稀土元素0.05～0.15％。所述的高温耐磨合金钢的生产方法，其特征在于：(1)熔炼：先将按确定含量配制的废钢、高碳铬铁和钼铁装入中频炉中进行熔炼，然后在出炉前7～10分钟在炉中加入确定含量的钒铁以及适量的硅、锰脱氧剂，最后加入按确定含量配制的钛铁、锆、铝和稀土元素；(2)退火：将熔炼后按工件造型进行砂型浇注所得的合金钢件分两次进行退火，第一次是在1050～1150℃进行扩散均匀化退火，保温6～8小时，然后随炉冷却，第二次退火为球化退火，合金钢件随炉升温至850～870℃，保温2～4小时后随炉冷却至720～750℃，再保温6小时，随炉冷至500℃出炉，空冷至室温；(3)淬火：将退火处理所得的合金钢件经粗机加工后进行淬火处理，淬火温度取980～1020℃，保温时间视装炉量及工件而定，小型工件采用空冷，大型工件可采用强制冷却；(4)回火：将经淬火处理后的合金钢件进行两次以上的回火处理，温度选择在18 0～250℃之间。中国发明专利CN 104789851还公开了一种轧机导辊用高温耐磨合金材料及其制备方法，该高温耐磨合金材料的各组分按质量百分比的构成为：C：2.5～2.8％，Cr：15～17％，余量为Fe，且Cr和C之间的质量百分比的比例为：Cr/C＝5～7，轧机导辊用高温耐磨合金材料的制备方法包括如下步骤：首先，配料及装料；然后，合金熔炼。该发明的轧机导辊用高温耐磨合金材料及其制备方法，具有可提高导辊材料的高温耐磨性、高温热强性和热稳定性能等优点。中国发明专利CN102251184还公开了含铝Fe－Cr－B耐磨合金及其制备方法，合金的化学组成成分及质量百分数％是：0.35～0.50C，12.0～14.0Cr，1.5～1.8B，3.0～3.5Al，1.2～1.5Si，0.08～0.15La，0.08～0.15Ce，0.22≤La+Ce≤0.28，0.10～0.15Ti，0.32～0.38Na，0.12～0.20Zn，0.16～0.20Mg，Mn＜0.50，S＜0.035，P＜0.035，余量为Fe。该合金经熔炼、铸造成形、机械加工和淬火及回火处理后，具有硬度高和抗高温磨损性能好，还具有较低的生产成本，推广应用具有较好的经济效益。中国发明专利CN 102234745还公开了一种新型高温耐磨合金，其特征在于由如下重量百分比的元素熔炼而成：C：2.3～3.1％Cr：14～16％W：1.8～2.2％Mn：0.8～1.3％S：0.01～0.1％P：0.01～0.1％Fe：余量。本发明所得合金产品经过测定：洛氏硬度为HRC62－66，冲击韧性为76.49KJ/mm²，在相同实验条件下，耐磨性是高锰钢的5倍。在温度1200℃下，测得的合金硬度为HRC62－64，具有良好的高温红硬性。

中国发明专利CN 101476090还公开了一种高温耐磨窑口护铁合金，以铬镍合金为主要元素，其组成成分及重量百分比为：碳C:0.25～0.60，铬Cr:26.00～30.00，镍Ni:9.00～12.00，硅Si:0.80～1.50，锰Mn:1.00～2.00，氮:N0.15～0.30，钼Mo:0.20～0.50，钨W:0.50～1.00，钛Ti:0.20～0.60，铌Nb:0.20～0.60，钒V:0.20～0.50，稀土Re:0.20～0.50，硫S:≤0.04，磷P:≤0.05，余量为铁Fe。该高温耐磨窑口护铁的制造工艺为：造型制备－－熔炼浇注－－热处理。该发明解决了现有窑口护铁高温条件下不耐磨的技术问题，生产出来的高温耐磨窑口护铁合金优点突出表现在以下三方面：一是常温下拉力、硬度延伸率指标高；二是高温条件下抗氧化和抗磨性强；三是使用寿命明显优于现有产品。中国发明专利CN 1772934还公开了一种高温耐磨合金，由如下重量比例的元素熔炼而成：Cu：5.3％，Mg：0.7％，Si：1.5％，Mn：3.3％，Zr：3.7％，Co：0.5％，Cr：3.5％，Ti：0.7％，S：0.6％，Fe：15％，Al：余量，该合金具有较好的高温耐磨性，在高温条件下，具有较好的耐热腐蚀性、抗氧化性，高温耐磨性能比一般的结构钢高50－70％。中国发明专利CN 1451773还公开了一种耐高温耐磨损高强度合金的制备方法，合金的成分为C0.05～0.08，Cr18.0～20.0，Mo4.5～5.5，Al1.2～1.5，Ti2.5～3.1，Fe8.0～10.0，Ce≤0.025，B≤0.005，Si≤0.4，Mn≤0.4，S≤0.01，P≤0.012，Ni余量，采用真空感应熔炼技术，加料顺序为：在坩埚中从下至上依次装入部分小块Ni+全部Cr、全部W、全部Mo、全部Fe+部分C+剩余小块Ni+长规格Ni，剩余C、全部Al、全部Ti在合金化期加入，全部CrB、全部Ce在合金化后期加入；精炼温度：1580±10℃；浇注温度：1450±10℃。用本发明方法制备出的合金在性能上可以达到甚至超过原仿制合金的技术指标。中国发明专利CN 1088271还公开了一种高温耐磨合金及其制造技术。它是以Cr为主要合金元素，并同时加有Ni、Mo、W、Cu、N、C、Si、Mn等多种元素的铁基合金。在制备过程中，采用稀土与碱土元素合成的中间合金进行变质处理后，其显微组织具有孤立的细块状与断条状的M₇C₃等高硬度合金碳化物，和过饱和固溶强化程度较高，而稳定性适中的奥氏体基体。这种合金在交变受热的高温下不发生γ→α相变，但具有高温析出硬化效应，用作交变受热的高温耐磨材料，较好地缓解了耐磨性与热疲劳韧性的矛盾。在交变受热达900℃以上的轧机导卫装置上应用，大大提高了耐用性，在轧钢生产中具有极为显著的经济效益。中国发明专利CN85100649还公开了一种铸造镍基高温合金.该合金具有在高温(≥1200℃)下保持高温耐磨性和抗氧化性的特点，适用于制造轧钢厂高温加热炉部件，尤其是超高温磨损部件.优先选用的合金成分(重量)是：铬30－35％、钨10－15％、硅0.5－0.8％、锰0.4－0.8％、稀土0.1－0.2％或钙0.05－0.08％、碳0.40－0.50％、铁5％以下、镍46－52％，其它为杂质。

但是，上述材料的耐高温和抗高磨损性能仍难以满足越来越高要求的高温磨损工况。

发明内容

为克服上述发明的不足，本发明在传统高铬耐磨合金钢基础上，加入625镍基合金废料，并加入硼、铝和镍包WC粉等材料，大幅度提高了材料的耐高温和抗磨损性能，从而获得了耐高温耐磨合金钢材料。

本发明的目的可以通过以下措施来实现：

一种耐高温耐磨合金钢材料及制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①采用质量分数68～71％的1Cr13钢废料、17～20％的625镍基合金废料、3.0～3.5％的硼铁、2.0～2.5％的钛铁、2.0～2.5％的金属铝和4.0～4.5％的高碳铬铁配料，并先将质量分数68～71％的1Cr13钢废料、17～20％的625镍基合金废料和4.0～4.5％的高碳铬铁在电炉内混合加热熔化，待钢水熔清后，当温度升至1600～1620℃时，加入质量分数2.0～2.5％的金属铝，保温3～5分钟后，加入质量分数2.0～2.5％的钛铁，保温3～4分钟后，加入质量分数3.0～3.5％的硼铁，然后将钢水升温至1650～1665℃，扒渣后出炉到钢包，并在钢水出炉过程中，随钢水流加入镍包WC粉，镍包WC粉的加入量占进入钢包内钢水质量的8.2～8.8％，钢包底部预先放入了经220～260℃预热4～5小时的稀土硅铁合金和硅钙钡铝合金，稀土硅铁合金和硅钙钡铝合金加入量分别占进入钢包内钢水质量的1.0～1.2％和1.3～1.5％；

②钢水经扒渣、静置后，当温度降至1510～1535℃，将钢水浇入铸型，钢水凝固后开箱取出铸件，经清砂、打磨后，随炉加热至550～580℃，保温12～16小时后，炉冷至温度低于280℃后，出炉空冷至室温，即可获得耐高温耐磨合金钢产品。

优选：

如上所述的1Cr13钢废料的化学成分质量分数为：0.10～0.15％C,11.50～13.50％Cr,≤1.00％Si,≤1.00％Mn,≤0.025％S,≤0.030％P,≤0.60％Ni,≤0.30％Cu,余量Fe；

如上所述的625镍基合金废料的化学成分质量分数为：20～23％Cr,8～10％Mo,≤5.0％Fe,≤4.15％Nb,≤4.15％Ta,3.15％≤Nb+Ta≤4.15％,≤0.4％Al,≤0.4％Ti,≤0.1％C,≤0.5％Mn,≤0.5％Si,≤0.5％Cu,≤0.015％P,≤0.015％S,余量Ni；

如上所述的硼铁的化学成分质量分数为：19.0～21.0％B,≤0.5％C,≤2％Si,≤0.5％Al,≤0.01％S,≤0.1％P,余量Fe；

如上所述的钛铁的化学成分及质量分数为：38-42％Ti,<5.0％Al,<2.5％Si,<0.02％P,<0.20％Cu,<0.10％C,<0.02％S,<2.5％Mn,余量Fe。

如上所述的高碳铬铁的化学成分质量分数为：62.0～68.0％Cr，7.0～8.5％C，2.0～3.5％Si，≤0.02％S,≤0.03％P,余量为Fe；

如上所述的稀土硅铁的化学成分质量分数为：27.0～30.0％RE,38.0～42.0％Si,<3.0％Mn,<5.0％Ca,<3.0％Ti，余量为Fe；

如上所述的硅钙钡铝合金的化学成分质量分数为：40～45％Si、10～12％Ca、10～12％Ba、10～12％Al、≤0.8％C、≤0.04％P、≤0.06％S，余量为Fe。

如上所述的镍包WC粉的颗粒尺寸为φ22～28μm，镍含量占镍包WC粉质量分数的32～38％。

本发明中采用质量分数68～71％的1Cr13钢废料、17～20％的625镍基合金废料、3.0～3.5％的硼铁、2.0～2.5％的钛铁、2.0～2.5％的金属铝和4.0～4.5％的高碳铬铁配料。主要是利用1Cr13钢废料中的铬来提高材料的抗氧化性能，利用625镍基合金废料中的镍提高材料高温强度，并利用其中的钼、铌、钽来提高材料的高温耐磨性。加入4.0～4.5％的高碳铬铁，除了可以提高材料的抗氧化性能外，利用高碳铬铁中的C与Ti、Nb、Ta和Mo等生成高硬度的碳化物，可以提高材料的硬度，并改善高温耐磨性能。加入3.0～3.5％的硼铁、2.0～2.5％的钛铁，可以生成高硬度的Fe₂B和TiB₂，有利于进一步提高材料的硬度和耐磨性。加入2.0～2.5％的金属铝，因铝是非碳化物和硼化物形成元素，主要固溶于基体，可以提高基体高温硬度并改善基体抗氧化性能，因此有利于提高材料的高温耐磨性。

本发明先将质量分数68～71％的1Cr13钢废料、17～20％的625镍基合金废料和4.0～4.5％的高碳铬铁混合加热熔化，可以减轻元素的氧化烧损，提高合金元素收得率，并缩短钢水冶炼时间，节约能源。当钢水熔清后，当温度升至1600～1620℃时，加入质量分数2.0～2.5％的金属铝，保温3～5分钟后，加入质量分数2.0～2.5％的钛铁，保温3～4分钟后，加入质量分数3.0～3.5％的硼铁，然后将钢水升温至1650～1665℃，扒渣后出炉到钢包，有利于提高铝、钛和硼的收得率，并稳定钢水中的合金元素含量。本发明在钢水出炉过程中，随钢水流加入镍包WC粉，镍包WC粉的加入量占进入钢包内钢水质量分数的8.2～8.8％，镍包WC粉的颗粒尺寸为φ22～28μm，镍含量占镍包WC粉质量分数的32～38％，加入的镍包WC粉与钢基体是牢固的冶金结合，确保WC颗粒在使用过程中不会剥落，有利于大幅度提高材料的耐磨性能。本发明还在钢包底部预先放入了经220～260℃预热4～5小时的稀土硅铁合金和硅钙钡铝合金，稀土硅铁合金和硅钙钡铝合金加入量分别占进入钢包内钢水质量分数的1.0～1.2％和1.3～1.5％，有利于改善钢水质量，提高材料的强度和韧性。

本发明当钢水经扒渣、静置后，当温度降至1510～1535℃，将钢水浇入铸型，钢水凝固后开箱取出铸件，铸件经清砂、打磨后，随炉加热至550～580℃，保温12～16小时后，炉冷至温度低于280℃后，出炉空冷至室温，获得的材料高温性能好，由此可获得耐高温耐磨合金钢产品。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1)本发明材料以1Cr13钢废料、625镍基合金废料为主要原料，还加入适量廉价的硼铁、钛铁、金属铝和高碳铬铁，不加价格昂贵的金属镍、钴、铌等原料，使耐高温耐磨合金钢材料具有较低的生产成本；

2)本发明材料具有优异的高温性能，其600℃的硬度超过55HRC，在600℃下的高温耐磨性明显优于高镍铬合金钢、高铬铸铁、高速钢、1Cr13钢、625镍基合金等材料。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步详述，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1：

一种耐高温耐磨合金钢材料，采用电炉熔炼，具体制备工艺步骤是：

①采用质量分数68％的1Cr13钢废料(1Cr13钢废料的化学成分质量分数为：0.12％C,12.87％Cr,0.67％Si,0.32％Mn,0.019％S,0.024％P,0.11％Ni,0.14％Cu,余量Fe)、20％的625镍基合金废料(625镍基合金废料的化学成分质量分数为：21.06％Cr,8.54％Mo,3.02％Fe,3.78％Nb,0.13％Ta,0.25％Al,0.27％Ti,0.05％C,0.22％Mn,0.37％Si,0.19％Cu,0.012％P,0.009％S,余量Ni)、3.0％的硼铁(硼铁的化学成分质量分数为：19.54％B,0.26％C,1.58％Si,0.19％Al,0.008％S,0.063％P,余量Fe)、2.5％的钛铁(钛铁的化学成分及质量分数为：38.88％Ti,3.60％Al,1.59％Si,0.016％P,0.14％Cu,0.07％C,0.009％S,2.18％Mn,余量Fe)、2.0％的金属铝和4.5％的高碳铬铁(高碳铬铁的化学成分质量分数为：63.84％Cr，7.92％C，2.51％Si，0.010％S,0.013％P,余量为Fe)配料，并先将质量分数68％的1Cr13钢废料、20％的625镍基合金废料和4.5％的高碳铬铁在500公斤中频感应电炉内混合加热熔化，待钢水熔清后，当温度升至1604℃时，加入质量分数2.0％的金属铝，保温5分钟后，加入质量分数2.5％的钛铁，保温3分钟后，加入质量分数3.0％的硼铁，然后将钢水升温至1654℃，扒渣后出炉到钢包，并在钢水出炉过程中，随钢水流加入镍包WC粉(镍包WC粉的颗粒尺寸为φ22～28μm，镍含量占镍包WC粉质量分数的32.7％)，镍包WC粉的加入量占进入钢包内钢水质量分数的8.2％，钢包底部预先放入了经220℃预热5小时的稀土硅铁合金(稀土硅铁的化学成分质量分数为：27.91％RE,41.08％Si,2.04％Mn,3.66％Ca,1.85％Ti，余量为Fe)和硅钙钡铝合金(硅钙钡铝合金的化学成分质量分数为：40.83％Si、10.57％Ca、11.84％Ba、10.28％Al、0.55％C、0.031％P、0.027％S，余量为Fe)，稀土硅铁合金和硅钙钡铝合金加入量分别占进入钢包内钢水质量分数的1.0％和1.5％；

②钢水经扒渣、静置后，当温度降至1512℃，将钢水浇入铸型，钢水凝固后开箱取出铸件，经清砂、打磨后，随炉加热至550℃，保温16小时后，炉冷至温度低于280℃后，出炉空冷至室温，即可获得耐高温耐磨合金钢产品，其力学性能见表1。

实施例2：

①采用质量分数71％的1Cr13钢废料(1Cr13钢废料的化学成分质量分数为：0.15％C,11.99％Cr,0.75％Si,0.63％Mn,0.017％S,0.020％P,0.38％Ni,0.13％Cu,余量Fe)、17％的625镍基合金废料(625镍基合金废料的化学成分质量分数为：22.85％Cr,8.11％Mo,2.96％Fe,0.52％Nb,3.41％Ta,0.18％Al,0.24％Ti,0.08％C,0.19％Mn,0.28％Si,0.30％Cu,0.012％P,0.010％S,余量Ni)、3.5％的硼铁(硼铁的化学成分质量分数为：20.87％B,0.41％C,1.26％Si,0.29％Al,0.005％S,0.039％P,余量Fe)、2.0％的钛铁(钛铁的化学成分及质量分数为：41.58％Ti,2.80％Al,2.04％Si,0.014％P,0.17％Cu,0.06％C,0.009％S,1.84％Mn,余量Fe)、2.5％的金属铝和4.0％的高碳铬铁(高碳铬铁的化学成分质量分数为：67.06％Cr，8.33％C，2.38％Si，0.007％S,0.015％P,余量为Fe)配料，并先将质量分数71％的1Cr13钢废料、17％的625镍基合金废料和4.0％的高碳铬铁在1500公斤中频感应电炉内混合加热熔化，待钢水熔清后，当温度升至1619℃时，加入质量分数2.5％的金属铝，保温3分钟后，加入质量分数2.0％的钛铁，保温4分钟后，加入质量分数3.5％的硼铁，然后将钢水升温至1664℃，扒渣后出炉到钢包，并在钢水出炉过程中，随钢水流加入镍包WC粉(镍包WC粉的颗粒尺寸为φ22～28μm，镍含量占镍包WC粉质量分数的37.6％)，镍包WC粉的加入量占进入钢包内钢水质量分数的8.8％，钢包底部预先放入了经260℃预热4小时的稀土硅铁合金(稀土硅铁的化学成分质量分数为：29.50％RE,38.71％Si,2.06％Mn,3.57％Ca,2.18％Ti，余量为Fe)和硅钙钡铝合金(硅钙钡铝合金的化学成分质量分数为：44.18％Si、10.53％Ca、11.26％Ba、10.64％Al、0.51％C、0.031％P、0.047％S，余量为Fe)，稀土硅铁合金和硅钙钡铝合金加入量分别占进入钢包内钢水质量分数的1.2％和1.3％；

②钢水经扒渣、静置后，当温度降至1532℃，将钢水浇入铸型，钢水凝固后开箱取出铸件，经清砂、打磨后，随炉加热至580℃，保温12小时后，炉冷至温度低于280℃后，出炉空冷至室温，即可获得耐高温耐磨合金钢产品，其力学性能见表1。

实施例3：

①采用质量分数69％的1Cr13钢废料(1Cr13钢废料的化学成分质量分数为：0.13％C,12.87％Cr,0.62％Si,0.37％Mn,0.020％S,0.025％P,0.29％Ni,0.15％Cu,余量Fe)、18.8％的625镍基合金废料(625镍基合金废料的化学成分质量分数为：21.69％Cr,8.99％Mo,4.27％Fe,2.14％Nb,1.70％Ta,0.20％Al,0.27％Ti,0.07C,0.31％Mn,0.45％Si,0.28％Cu,0.013％P,0.011％S,余量Ni)、3.3％的硼铁(硼铁的化学成分质量分数为：20.54％B,0.38％C,1.63％Si,0.29％Al,0.008％S,0.049％P,余量Fe)、2.3％的钛铁(钛铁的化学成分及质量分数为：39.92％Ti,2.78％Al,2.01％Si,0.015％P,0.10％Cu,0.06％C,0.013％S,1.75％Mn,余量Fe)、2.3％的金属铝和4.3％的高碳铬铁(高碳铬铁的化学成分质量分数为：65.08％Cr，7.53％C，2.68％Si，0.014％S,0.018％P,余量为Fe)配料，并先将质量分数69％的1Cr13钢废料、18.8％的625镍基合金废料和4.3％的高碳铬铁在3000公斤中频感应电炉内混合加热熔化，待钢水熔清后，当温度升至1613℃时，加入质量分数2.3％的金属铝，保温4分钟后，加入质量分数2.3％的钛铁，保温4分钟后，加入质量分数3.3％的硼铁，然后将钢水升温至1658℃，扒渣后出炉到钢包，并在钢水出炉过程中，随钢水流加入镍包WC粉(镍包WC粉的颗粒尺寸为φ22～28μm，镍含量占镍包WC粉质量分数的35.1％)，镍包WC粉的加入量占进入钢包内钢水质量分数的8.5％，钢包底部预先放入了经250℃预热5小时的稀土硅铁合金(稀土硅铁的化学成分质量分数为：29.06％RE,40.57％Si,2.38％Mn,3.16％Ca,1.24％Ti，余量为Fe)和硅钙钡铝合金(硅钙钡铝合金的化学成分质量分数为：42.81％Si、10.95％Ca、11.27％Ba、11.69％Al、0.50％C、0.029％P、0.040％S，余量为Fe)，稀土硅铁合金和硅钙钡铝合金加入量分别占进入钢包内钢水质量分数的1.1％和1.4％；

②钢水经扒渣、静置后，当温度降至1524℃，将钢水浇入铸型，钢水凝固后开箱取出铸件，经清砂、打磨后，随炉加热至560℃，保温14小时后，炉冷至温度低于280℃后，出炉空冷至室温，即可获得耐高温耐磨合金钢产品，其力学性能见表1。

表1耐高温耐磨合金钢力学性能

本发明材料以1Cr13钢废料、625镍基合金废料为主要原料，还加入适量廉价的硼铁、钛铁、金属铝和高碳铬铁，不加价格昂贵的金属镍、钴、铌铁等原料，使耐高温耐磨合金钢材料具有较低的生产成本。本发明材料常温硬度高，强度和韧性好，还具有优异的高温性能，其600℃的硬度超过55HRC。在600℃下的高温磨损条件下，本发明材料的高温耐磨性，比高镍铬合金钢提高352％、比高铬铸铁提高293％、比高速钢提高187％、比1Cr13钢提高419％、比625镍基合金提高160％。在高温磨损条件下，推广应用本发明材料具有良好的经济和社会效益。

Claims

1.一种耐高温耐磨合金钢材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.按照权利要求1所述的一种耐高温耐磨合金钢材料的制备方法，其特征在于，1Cr13钢废料的化学成分质量分数为：0.10～0.15％C,11.50～13.50％Cr,≤1.00％Si,≤1.00％Mn,≤0.025％S,≤0.030％P,≤0.60％Ni,≤0.30％Cu,余量Fe。

3.按照权利要求1所述的一种耐高温耐磨合金钢材料的制备方法，其特征在于，625镍基合金废料的化学成分质量分数为：20～23％Cr,8～10％Mo,≤5.0％Fe,≤4.15％Nb,≤4.15％Ta,3.15％≤Nb+Ta≤4.15％,≤0.4％Al,≤0.4％Ti,≤0.1％C,≤0.5％Mn,≤0.5％Si,≤0.5％Cu,≤0.015％P,≤0.015％S,余量Ni。

4.按照权利要求1所述的一种耐高温耐磨合金钢材料的制备方法，其特征在于，硼铁的化学成分质量分数为：19.0～21.0％B,≤0.5％C,≤2％Si,≤0.5％Al,≤0.01％S,≤0.1％P,余量Fe。

5.按照权利要求1所述的一种耐高温耐磨合金钢材料的制备方法，其特征在于，钛铁的化学成分及质量分数为：38-42％Ti,<5.0％Al,<2.5％Si,<0.02％P,<0.20％Cu,<0.10％C,<0.02％S,<2.5％Mn,余量Fe。

6.按照权利要求1所述的一种耐高温耐磨合金钢材料的制备方法，其特征在于，高碳铬铁的化学成分质量分数为：62.0～68.0％Cr，7.0～8.5％C，2.0～3.5％Si，≤0.02％S,≤0.03％P,余量为Fe。

7.按照权利要求1所述的一种耐高温耐磨合金钢材料的制备方法，其特征在于，稀土硅铁的化学成分质量分数为：27.0～30.0％RE,38.0～42.0％Si,<3.0％Mn,<5.0％Ca,<3.0％Ti，余量为Fe。

8.按照权利要求1所述的一种耐高温耐磨合金钢材料的制备方法，其特征在于，硅钙钡铝合金的化学成分质量分数为：40～45％Si、10～12％Ca、10～12％Ba、10～12％Al、≤0.8％C、≤0.04％P、≤0.06％S，余量为Fe。

9.按照权利要求1所述的一种耐高温耐磨合金钢材料的制备方法，其特征在于，镍包WC粉的颗粒尺寸为φ22～28μm，镍含量占镍包WC粉质量分数的32～38％。

10.一种耐高温耐磨合金钢材料，其特征在于，按照权利要求1-9任一项方法制备得到。