CN109972052A - 一种锶变质高硬合金及其铸造与热处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种锶变质高硬合金及其铸造与热处理方法，合金各元素的质量百分含量为Cr：9.0～13.0，B：2.6～2.9，C：0.7～0.9，Nb：0.4～0.8，V：0.4～0.8，Mn的含量小于0.3，Sr：0.04～1.6，S、P：≤0.01，余量为Fe。其中C、B总和：3.3～3.6；C/Cr含量比：0.06～0.08；Nb、V的总和为0.5～1.0。首先准备好Fe‑SrO、Fe‑硝酸锶或者Fe‑碳酸锶粉末压块，将合金配料、熔炼与变质处理后浇铸合金,再采用淬火‑回火处理，浇铸温度为1250～1300℃。本发明铸锭整体硬度达到HRC65.8～70.2，冲击韧性达到10.2～18.0J/cm2，抗弯强度达到960～1740MPa。

Description

一种锶变质高硬合金及其铸造与热处理方法
技术领域
本发明属于高硬度铸铁领域，涉及一种稀土锶变质的微细硬质相和过饱和固溶体、马氏体基体相的耐磨耐蚀铸铁的合金及其构件制备方法，可广泛用于冶金、机械、化工、矿山等行业中机械耐磨件制造。
技术背景
Fe-Cr-B-C耐磨铸造合金主要以Fe2B或M2B为硬质相，具有良好的韧性和高硬度、高耐蚀性，熔炼-铸造工艺性好。变质处理是改善Fe-Cr-B-C合金组织和力学性能有效方法之一。变质剂按照作用可分为强碳、氮、硫化物形成元素，比如Ti、V等元素，和强成分过冷元素，比如表面活性元素稀土(RE)、Mg等。
稀土元素聚集在液固的生长界面上，限制晶粒长大，以提高合金的硬度、强度和耐磨性；并细化组织，使硼化物出现断网状和颗粒状分布，提高冲击韧性。研究表明：在Fe-Cr-B-C合金中添加0.6％的铈(Ce)可使冲击韧性提高86.4％。添加1.0％(Ce+La)的混合变质剂到Fe-Cr-B合金中，合金的硬度由52HRC增大到70.2HRC，冲击韧性由3.36J/cm2提高到6.38J/cm2。
稀土变质可稀土合金或稀土丝的单一变质方法，也可采取复合变质处理，即以N、Ti、V、Mg、Si等元素和稀土混合物作为变质剂。硅镁混合稀土变质剂(RE-Si-Mg)最常见的是复合变质方法，有研究表明：Fe-Cr-B-C合金经RE-Si-Mg变质后冲击韧度比未变质前提高了72.2％；经RE-Ti变质并热处理后，冲击韧性提高了1.8倍；经RE-Mg变质冲击韧性提高34.6％；经RE-Ti-N变质后网状组织全部消失，韧性提高了133.3％；经RE-Mg-V-Ti变质处理后，冲击韧性达到15.6J/cm2；经RE-Ti-Si-V变质处理后，冲击韧性达到12J/cm2以上。
这些采用稀土变质的方法都有一个共同难点，即高活性的纯稀土、稀土合金或复合稀土材料。由于稀土的高活性，使得变质剂本身或变质处理后合金的组织、性能难以控制，变质效果难以保证。
文献1：LM阴极研究-发射原理与研究现状[D].北京工业大学，2001：pp44-50。碳化La2O3-Mo合金的化学平衡：
3Mo2C(s)+La2O3(s)＝2La(s,l)+3CO(g)+6Mo
由于Mo2C的作用，生成单质La的还原反应自由焓变化小了很多，从而反应产物La和CO的平衡分压也高了10几个数量级。当温度高于1673K时，即1400℃，CO分压低于E-9atm时，反应式会自动向右进行，即还原生成单质La。
专利文献2：授权公告号CN 105695884B，制备的耐磨合金硬度为HRC66～70，冲击韧性4～9J/cm2。该类合金的硬度较高，但冲击韧性不足，强度指标较低，抗弯强度较低，在346～477MPa范围，限制了该合金应用于一些外部载荷大、需要耐冲击力作用的场合。
文献3：共晶Fe-Cr-B-C合金的快冷组织与性能，铸造，2017，66(10):1053～1056。铸态Fe-Cr-B-C合金的快冷组织由马氏体+残余奥氏体基体和沿晶界连续网状分布的(Fe,Cr)2(B,C)+(Fe,Cr)23(B,C)6硬质相组成。快冷组织基体相的显微硬度为800～880HV,硬质相显微硬度为1150～1400HV,宏观硬度为HRC68，冲击韧性达到13.6J/cm2；而经960℃@2h退火后，基体组织转变为铁素体和粒状渗碳体，硬质相(Fe,Cr)2(B,C)和(Fe,Cr)23(B,C)6少量溶解，局部区域出现断网，出现新相(Fe,Cr)3(B,C)，退火后基体相显微硬度为330～400HV，硬质相为850～1250HV，宏观硬度降低为HRC46，冲击韧性减少到3.4J/cm2。文献3所得结果反映出基体相的硬度对该类材料的硬度和冲击韧性起重大作用；采用高温固溶淬火-低温回火处理，有提高基体相的固溶度和硬度的可能，参考专利文献2，该类合金经过热处理后，在冲击韧性等性能方面还有提升的可能。
发明内容
本发明的目的是提供一种锶变质高硬合金及其铸造与热处理方法。该方法采用氧化锶(SrO)、硝酸锶或碳酸锶为变质剂，在高温熔化状态Fe-Cr-B-C合金中的碳化物、硼化物具有促使高活性Sr元素形成的热力学条件，并于C、B形成含Sr化合物，使得铸造合金组织细化，碳硼化物出现断网状和呈现颗粒状分布；经热处理后，基体为高硬度的多元过饱和固溶体、马氏体等非平衡相，使得合金具有良好的韧性、高硬度和较高的强度指标。
由于SrO、硝酸锶和碳酸锶粉末密度很低，直接加入到熔体会随炉渣上浮而造成Sr元素流失，从而失去变质效果，因此本发明采用SrO、或硝酸锶、或碳酸锶粉末与铁粉混合均匀后，模压成粉末压块，再与Fe-Cr-B-C铸造合金一起熔化。SrO粉与铁粉的质量比为1:5～20，形成Fe-4.07～14.24wt.％Sr的混合压块；或硝酸锶粉与铁粉的质量比为1:3～10，形成Fe-3.80～10.46wt.％Sr的混合压块；或碳酸锶粉与铁粉的质量比为1:3～13，形成Fe-4.28～14.99wt.％Sr的混合压块。Sr含有量过低则Fe的含量过高，会影响配料计算；而Sr含量过高则压坯成形困难。其中SrO含量超过99.0％粉为白色无定形粉末；硝酸锶为水合化合物，配料前进行干燥和脱水处理，硝酸锶含量超过99.0％；碳酸锶为水合化合物，配料前进行干燥和脱水处理，硝酸锶含量超过99.0％。Fe粉为还原Fe粉或水雾化Fe粉，Fe粉中可以含有变质铸铁中的合金元素或杂质范围内的元素，如Ni、V、Cr等，以不影响压块成形和影响配料计算为准。
本发明选用的专利文献2的高耐磨性Fe-Cr-B-C合金为基础合金，再添加0.04～1.6wt.％Sr元素变质。形成含Fe、Cr、B、C、Nb、V、Sr等元素的多元共晶合金，各元素的质量百分含量为Cr：9.0～13.0，B：2.6～2.9，C：0.7～0.9，Nb：0.4～0.8，V：0.4～0.8，Mn的含量小于0.3，Sr：0.05～0.5，S、P：≤0.01，余量为Fe。其中C、B总和：3.3～3.6；C/Cr含量比：0.06～0.08；Nb、V的总和为0.5～1.0。
参照专利文献2，在具体制备合金时，可采用铬铁(高碳、中碳、微碳)、硼铁、铌铁、钒铁、纯铁、等按照成分要求配料。表1中列举了原材料及其成份。
表1可应用于制备发明合金的原料及成份
表1的原料成分并非唯一的，具体成分由实际可获得的原材料来确定。其中铬铁、金属铬、硼铁、铌铁和钒铁提供发明合金的Cr、B、Nb和V的含量，高碳铬铁用来平衡C含量。纯铁包括电工纯铁、电磁纯铁或工业纯铁，以及能提供Fe元素而不引入大量杂质元素的废钢。
所述方法具体包括如下步骤：
(1)稀土Sr变质的载体-含Sr铁粉压块准备
Fe-SrO粉末压块：采用铁粉与SrO粉混合均匀后，模压成粉末压块。SrO粉与铁粉的质量比为1:5～20，即形成Fe-4.07～14.24％Sr的Fe-SrO混合压块。或Fe-硝酸锶粉末压块：采用铁粉与硝酸锶粉混合均匀后，模压成粉末压块。硝酸锶粉与铁粉的质量比为1:3～10，即形成Fe-3.80～10.46wt.％Sr的Fe-硝酸锶混合压块。
或Fe-碳酸锶粉末压块：采用铁粉与碳酸锶粉混合均匀后，模压成粉末压块。碳酸锶粉与铁粉的质量比为1:3～13，即形成Fe-4.28～14.99wt.％Sr的Fe-碳酸锶混合压块。
(2)合金配料、熔炼与变质处理
按照Fe-Cr-B-C合金的成分要求配比称量好相应原材料后，再添加0.04～1.6wt.％Sr元素变质。首先将Fe-SrO、Fe-硝酸锶或Fe-碳酸锶粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁。可采用感应炉、真空感应炉等来熔炼制备合金。
熔化温度为1480～1660℃，完全熔化后降低电炉功率，将熔体温度降至1300～1380℃，再用配料总量0.1～0.15％的纯铝脱氧；继续保温静置约5～10分钟。
(3)浇铸
浇铸温度范围为1250～1300℃。为了避免发生热应力开裂，铸造完后开模温度要低于200℃，自然冷却到环境温度。
发明合金具有深度共晶成分，在普通砂模铸造条件下都能形成非平衡基体组织，如非晶、纳米晶或马氏体组织。熔体具有很好的流动性很很好，可通过各种方法铸造成型，如普通砂型模铸造或者熔模铸造、消失模铸造、金属型铸造、陶瓷型铸造、压铸、离心铸造等特殊铸造方法。
(4)热处理
将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为950～1060℃，保温时间为1～4h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入5～15％的盐水或碱水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在200～250℃回火处理2～4h,自然冷却到环境温度。
步骤(1)所述铁粉为纯度≥98.5％，粒度-100目的还原铁粉或者纯度≥99.0％，粒度-100目的水雾化铁粉，或者相当粒度的含有少量不影响铸造合金成分的合金铁粉。也可以选择更小粒度的粉末，以能够压制成具有不影响后续配料和炉料准备的压坯强度为准。
步骤(1)所述均匀混合为混筒式混料、V型混料或者搅拌混料，以实现大体上均匀即可。
步骤(1)所述压坯为模压成形，压制压力为100～600MPa，压坯尺寸不限。也可以采取冷等静压方法。
步骤(2)将Fe-SrO、Fe-硝酸锶或Fe-碳酸锶粉末压块放置于炉底的目的在于：铬铁、硼铁等物质具有比纯铁低的熔化温度，因此会优先熔化而浸渗入底部的Fe-SrO、Fe-硝酸锶或Fe-碳酸锶粉末压块，使得纯铁粉逐步熔化，并释放出SrO粉末颗粒，硝酸锶受热作用下分解成细小的SrO和氮氧化合物，碳酸锶受热作用下分解成细小的SrO和CO2。由于SrO的密度较低，约为4.7g/cm3，会逐渐上浮出熔体。在SrO粉上浮的过程，被Fe3C、Cr3C2等碳化物还原形成活性Sr元素，并与C、B反应，形成类似于Sr(B、C)6的化合物。通过Sr的变质作用，沿晶分布的网状结构和针状硼化物消失，合金由初晶基体相和共晶组织组成，这种共晶组织由细小的基体相与硬质相穿插而成，使得合金的强度和冲击韧性得以提高。
SrO粉上浮、反应过程中形成的CO气体还有除气、除渣的作用，从而进一步净化熔体。氮氧化合物、或CO2上浮过程也有助于溶体除渣。
如果SrO、硝酸锶或碳酸锶粉不预先制备成压块放置于炉底，则容易迅速上浮到熔体表面，熔体表面氧含量高，SrO不容易被还原形成活性Sr，而失去变质效果。
所述Fe3C、Cr3C2等碳化物由高碳铬铁和熔化时C与Fe元素反应形成，由于Fe3C、Cr3C2等碳化物在高温下的稳定性不如Mo2C，并且熔化的温度超过文献1所述的1400℃反应温度，熔体中CO气体的分压也是极低的，而Sr与La的性质很相似，因此与文献1相似，生成活性Sr的还原反应可以进行。EDS能谱分析也表明铸造合金物相中含有Sr元素。
步骤(4)当淬火温度为950～1060℃时，随着淬火温度升高，硬质相有一部分溶解到基体相中，使得基体相体积分数增加，同时基体相中合金元素含量也提高，淬火后可形成更高硬度的马氏体组织。因而保证整体的硬度和综合性能。
铸造Fe-Cr-B-C合金的组织主要由硬质相(Fe2B或M2B等)和基体相(α或马氏体相)组成。合金的硬度主要取决于硬质相的体积比，即硬质相越高，材料的硬度越大。但由于硬质相过多，基体相强度较低，会导致整体硬度下降、韧性不足。因此，除了硬质相与基体相的比例是决定因素外，基体相的特性也很重要。当淬火温度低于950℃，硬质相会从基体中析出，使得材料硬度下降，冲击韧性等降低。继续升高淬火温度达到1100℃，会造成铸件中局部过烧，使得合金韧性下降。
本发明的Sr变质方法不限于的Fe-Cr-B-C合金，也可应用于其它铸铁和C含量较高的钢铁冶炼变质、细化处理。
本发明的主要特点是直接用SrO、硝酸锶或碳酸锶与铁粉混合，形成粉末压块，做为Sr元素变质载体。利用Fe-Cr-B-C合金高温熔体中Fe3C、Cr3C2等碳化物的还原作用形成活性Sr元素，并与C、B反应，形成类似于Sr(B、C)6的化合物，避免出现硼化物网状和针状结构，促进细小共晶组织形成，起到细化组织的变质增韧作用。再通过淬火-回火处理，使得基体相的体积分数、固溶度和硬度增加，从而改善基体相与硼、碳化合物之间的协调关系。利用Fe-Ce2O3粉末压块制备的铸锭，硬度达到HRC67.4～70.2，冲击韧性达到10.2～12.8J/cm2，抗弯强度达到960～1080MPa、或利用Fe-硝酸锶粉末压块制备的铸锭硬度达到HRC66.5～70.0，冲击韧性达到13.8～18.0J/cm2，抗弯强度达到1336～1664MPa、或利用Fe-碳酸锶粉末压块制备的铸锭硬度达到HRC65.8～69.2，冲击韧性达到12.7～16.7J/cm2，抗弯强度达到1462～1740MPa。
附图说明
图1本发明实例1铸造组织图；
图2本发明实例9铸造组织图；
图3本发明实例17铸造组织图；
图4本发明实例17铸造合金X-射线衍射图谱；
图5本发明实例17铸件基体相的EDS图谱及成分。
具体实施方式
本发明的各种熔炼方法、铸造方法不受下述实例的限制，任何在本发明的权利要求书要求保护的范围内的改进和变化都在本发明的保护范围之内。
选用高碳铬铁，微碳铬铁，金属铬，硼铁，铌铁，钒铁，工业纯铁，纯铁粉，纯铝，SrO，硝酸锶，碳酸锶等为原料，在发明要求的成分范围内配制成合金。
实施例1.采用铁粉与SrO粉混合均匀后，模压成粉末压块。SrO粉与铁粉的质量比大致为1:5，即形成Fe-14.24wt.％Sr的Fe-SrO混合压块。做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、微碳铬铁、硼铁、铌铁、钒铁、工业纯铁和上述Fe-SrO混合压块为原料，成分范围如下：Cr:10.0wt.％；B:2.9wt.％；C:0.7wt.％；Nb:0.4wt.％；V:0.2wt.％；Sr:0.5wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，采用感应熔炼和砂型模铸造。具体步骤为：
将Fe-SrO粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁。熔化温度为1600℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1350℃后，用配料总量0.15％的纯铝脱氧；继续保温静置约10分钟。浇铸温度范围为1300℃。铸造完后开模温度低于200℃,自然冷却到环境温度。然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为950℃，保温时间为4h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入5％的盐水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在200℃回火处理4h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC68.5，冲击韧性达到12.8J/cm2，抗弯强度达到1078MPa。
图1为实施例1铸造组织图，为金相组织的暗场相，其α-Fe基体相为黑色，而其他合金相为白色。从图1可以清晰地看出，其组织以Fe初晶相和共晶相为主，其中共晶相为Fe相与硼、碳化合物的共晶组织，组织非常细小。
实施例2.采用铁粉与SrO粉混合均匀后，模压成粉末压块。SrO粉与铁粉的质量比大致为1:20，即形成Fe-4.07wt.％Sr的Fe-SrO混合压块。做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、工业纯铁和上述Fe-SrO混合压块为原料，成分范围如下：Cr:10.0wt.％；B:2.7wt.％；C:0.7wt.％；Nb:0.5wt.％；Sr:0.05wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，可采用真空感应炉熔炼和水冷铁模铸造。具体步骤为：
将Fe-SrO粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁和纯铁。熔化温度为1500℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1300℃后，用配料总量0.1％的纯铝脱氧；继续保温静置约5分钟。浇铸温度范围为1250℃。铸造完后开模温度要低于200℃,自然冷却到环境温度。然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为1050℃，保温时间为1h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入15％的盐水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在250℃回火处理2h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC69.2，冲击韧性达到10.2J/cm2，抗弯强度达到960MPa。
实施例3.采用铁粉与SrO粉混合均匀后，模压成粉末压块。SrO粉与铁粉的质量比大致为1:10，即形成Fe-7.77wt.％Sr的Fe-SrO混合压块。做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、微碳铬铁、硼铁、铌铁、工业纯铁和上述Fe-SrO混合压块为原料，成分范围如下：Cr：10.0wt.％；B：2.7wt.％；C:0.8wt.％；Nb:0.6wt.％；Sr:0.3wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，采用感应熔炼和熔模铸造，具体步骤为：
将Fe-SrO粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁。熔化温度为1580℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1320℃后，用配料总量0.12％的纯铝脱氧；继续保温静置约8分钟。浇铸温度范围为1280℃。铸造完后开模温度要低于200℃，自然冷却到环境温度。然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为1000℃，保温时间为2h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入10％的盐水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在220℃回火处理3h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC69.0，冲击韧性达到11.2J/cm2，抗弯强度达到984MPa。
实施例4.采用铁粉与SrO粉混合均匀后，模压成粉末压块。SrO粉与铁粉的质量比大致为1:15，即形成Fe-5.34wt.％Sr的Fe-SrO混合压块。做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁、工业纯铁和上述Fe-SrO混合压块为原料，成分范围如下：Cr：11.0wt.％；B：2.7wt.％；C:0.7wt.％；Nb:0.2wt.％；V:0.4wt.％；Sr:0.1wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，采用感应熔炼和砂模铸造，具体步骤为：
将Fe-SrO粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁。熔化温度为1600℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1340℃后，用配料总量0.13％的纯铝脱氧；继续保温静置约9分钟。浇铸温度范围为1280℃。铸造完后开模温度要低于200℃，自然冷却到环境温度。然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为1060℃，保温时间为2h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入5％的碱水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在220℃回火处理2h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC67.4，冲击韧性达到12.2J/cm2，抗弯强度达到1056MPa。
实施例5.采用铁粉与SrO粉混合均匀后，模压成粉末压块。SrO粉与铁粉的质量比大致为1:12，即形成Fe-6.57wt.％Sr的Fe-SrO混合压块。做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、微碳铬铁、硼铁、铌铁、钒铁、工业纯铁和上述Fe-SrO混合压块为原料，成分范围如下：Cr：10.0wt.％；B：2.6wt.％；C：0.6wt.％；Nb：0.3wt.％；V：0.1wt.％；Sr:0.2wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，采用感应熔炼和消失模铸造，具体步骤如下：
将Fe-SrO粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁。熔化温度为1600℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1325℃后，用配料总量0.12％的纯铝脱氧；继续保温静置约6分钟。浇铸温度范围为1285℃。铸造完后开模温度要低于200℃，自然冷却到环境温度。然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为980℃，保温时间为3h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入15％的碱水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在220℃回火处理3h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC69.2，冲击韧性达到11.1J/cm2，抗弯强度达到1072MPa。
实施例6.采用铁粉与SrO粉混合均匀后，模压成粉末压块。SrO粉与铁粉的质量比大致为1:8，即形成Fe-9.49wt.％Sr的Fe-SrO混合压块。做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、微碳铬铁、硼铁、铌铁、工业纯铁和上述Fe-SrO混合压块为原料，成分范围如下：Cr：10.0wt.％；B：2.6wt.％；C：0.8wt.％；Nb：0.8wt.％；Sr:0.08wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，采用真空感应熔炼和铁模铸造，具体步骤如下：
将Fe-SrO粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁。熔化温度为1590℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1315℃后，用配料总量0.14％的纯铝脱氧；继续保温静置约7分钟。浇铸温度范围为1290℃。铸造完后开模温度要低于200℃，自然冷却到环境温度。然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为1020℃，保温时间为2h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入10％的碱水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在220℃回火处理3h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC68.7，冲击韧性达到12.2J/cm2，抗弯强度达到1072MPa。
实施例7.采用铁粉与SrO粉混合均匀后，模压成粉末压块。SrO粉与铁粉的质量比大致为1:9，即形成Fe-8.54wt.％Sr的Fe-SrO混合压块。做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、微碳铬铁、硼铁、铌铁、钒铁、工业纯铁和上述Fe-SrO混合压块为原料，成分范围如下：Cr：11.0wt.％；B：2.6wt.％；C：0.9wt.％；Nb：0.2wt.％；V：0.2wt.％；Sr:0.18wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，可采用感应熔炼和消失模铸造。具体步骤如下：
将Fe-SrO粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁。熔化温度为1580℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1340℃后，用配料总量0.13％的纯铝脱氧；继续保温静置约8分钟。浇铸温度范围为1280℃。铸造完后开模温度要低于200℃，自然冷却到环境温度。然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为1020℃，保温时间为1h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入15％的碱水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在200℃回火处理4h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC69.1，冲击韧性达到11.5J/cm2，抗弯强度达到1080MPa。
实施例8.采用铁粉与SrO粉混合均匀后，模压成粉末压块。SrO粉与铁粉的质量比大致为1:17，即形成Fe-4.75wt.％Sr的Fe-SrO混合压块。做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、微碳铬铁、硼铁、铌铁、钒铁、工业纯铁和上述Fe-SrO混合压块为原料，成分范围如下：Cr：13.0wt.％；B：2.6wt.％；C：0.8wt.％；Nb：0.6wt.％；V：0.4wt.％；Sr:0.42wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，采用感应熔炼和消失模铸造，具体步骤如下：
将Fe-SrO粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁。熔化温度为1600℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1320℃后，用配料总量0.12％的纯铝脱氧；继续保温静置约6分钟。浇铸温度范围为1260℃。铸造完后开模温度要低于200℃，自然冷却到环境温度。
然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为980℃，保温时间为2h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入10％的碱水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在200℃回火处理2h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC70.2，冲击韧性达到11.8J/cm2，抗弯强度达到1056MPa。
实施例9.采用铁粉与碳酸锶粉混合均匀后，模压成粉末压块。碳酸锶粉与铁粉的质量比大致为1:3，即形成Fe-14.99wt.％Sr的Fe-碳酸锶混合压块，做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、微碳铬铁、硼铁、铌铁、钒铁、工业纯铁和上述Fe-碳酸锶混合压块为原料，成分范围如下：Cr:10.0wt.％；B:2.9wt.％；C:0.7wt.％；Nb:0.4wt.％；V:0.2wt.％；Sr:1.6wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，采用感应熔炼和砂型模铸造。具体步骤为：
将Fe-碳酸锶粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁。熔化温度为1650℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1360℃后，用配料总量0.15％的纯铝脱氧；继续保温静置约10分钟。浇铸温度范围为1320℃。铸造完后开模温度低于200℃,自然冷却到环境温度。然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为950℃，保温时间为4h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入5％的盐水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在200℃回火处理4h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC67.3，冲击韧性达到12.7J/cm2，抗弯强度达到1462MPa。
图2为实施例9铸造组织图，为金相组织的暗场相，其α-Fe基体相为黑色，而其他合金相为白色。从图2可以清晰地看出，其组织以Fe初晶相和共晶相为主，其中共晶相为Fe相与硼、碳化合物的共晶组织，组织非常细小。
实施例10.采用铁粉与碳酸锶粉混合均匀后，模压成粉末压块。碳酸锶粉与铁粉的质量比大致为1:13，即形成Fe-4.28wt.％Sr的Fe-碳酸锶混合压块，做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、工业纯铁和上述Fe-SrO混合压块为原料，成分范围如下：Cr:10.0wt.％；B:2.7wt.％；C:0.7wt.％；Nb:0.5wt.％；Sr:0.08wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，可采用真空感应炉熔炼和水冷铁模铸造。具体步骤为：
将Fe-碳酸锶粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁和纯铁。熔化温度为1500℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1320℃后，用配料总量0.1％的纯铝脱氧；继续保温静置约5分钟。浇铸温度范围为1260℃。铸造完后开模温度要低于200℃,自然冷却到环境温度。然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为1050℃，保温时间为1h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入15％的盐水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在250℃回火处理2h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC69.1，冲击韧性达到13.5J/cm2，抗弯强度达到1530MPa。
实施例11.采用铁粉与碳酸锶粉混合均匀后，模压成粉末压块。碳酸锶粉与铁粉的质量比大致为1:10，即形成Fe-5.45wt.％Sr的Fe-碳酸锶混合压块，做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、微碳铬铁、硼铁、铌铁、工业纯铁和上述Fe-SrO混合压块为原料，成分范围如下：Cr：10.0wt.％；B：2.7wt.％；C:0.8wt.％；Nb:0.6wt.％；Sr:0.1wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，采用感应熔炼和熔模铸造，具体步骤为：
将Fe-碳酸锶粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁。熔化温度为1580℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1320℃后，用配料总量0.12％的纯铝脱氧；继续保温静置约8分钟。浇铸温度范围为1280℃。铸造完后开模温度要低于200℃，自然冷却到环境温度。然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为1000℃，保温时间为2h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入10％的盐水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在220℃回火处理3h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC66.9，冲击韧性达到16.7J/cm2，抗弯强度达到1610MPa。
实施例12.采用铁粉与碳酸锶粉混合均匀后，模压成粉末压块。碳酸锶粉与铁粉的质量比大致为1:9，即形成Fe-6.00wt.％Sr的Fe-碳酸锶混合压块，做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁、工业纯铁和上述Fe-SrO混合压块为原料，成分范围如下：Cr：11.0wt.％；B：2.7wt.％；C:0.7wt.％；Nb:0.2wt.％；V:0.4wt.％；Sr:0.3wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，采用感应熔炼和砂模铸造，具体步骤为：
将Fe-碳酸锶粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁。熔化温度为1600℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1340℃后，用配料总量0.13％的纯铝脱氧；继续保温静置约9分钟。浇铸温度范围为1280℃。铸造完后开模温度要低于200℃，自然冷却到环境温度。然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为1060℃，保温时间为2h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入5％的碱水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在220℃回火处理2h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC6.1，冲击韧性达到12.7J/cm2，抗弯强度达到1670MPa。
实施例13.采用铁粉与碳酸锶粉混合均匀后，模压成粉末压块。碳酸锶粉与铁粉的质量比大致为1:4，即形成Fe-11.99wt.％Sr的Fe-碳酸锶混合压块，做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、微碳铬铁、硼铁、铌铁、钒铁、工业纯铁和上述Fe-碳酸锶混合压块为原料，成分范围如下：Cr：10.0wt.％；B：2.6wt.％；C：0.6wt.％；Nb：0.3wt.％；V：0.1wt.％；Sr:0.5wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，采用感应熔炼和消失模铸造，具体步骤如下：
将Fe-碳酸锶粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁。熔化温度为1620℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1325℃后，用配料总量0.12％的纯铝脱氧；继续保温静置约6分钟。浇铸温度范围为1285℃。铸造完后开模温度要低于200℃，自然冷却到环境温度。然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为980℃，保温时间为3h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入15％的碱水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在220℃回火处理3h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC69.2，冲击韧性达到14.9J/cm2，抗弯强度达到1482MPa。
实施例14.采用铁粉与碳酸锶粉混合均匀后，模压成粉末压块。碳酸锶粉与铁粉的质量比大致为1:5，即形成Fe-9.99wt.％Sr的Fe-碳酸锶混合压块，做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、微碳铬铁、硼铁、铌铁、工业纯铁和上述Fe-SrO混合压块为原料，成分范围如下：Cr：10.0wt.％；B：2.6wt.％；C：0.8wt.％；Nb：0.8wt.％；Sr:0.80wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，采用真空感应熔炼和铁模铸造，具体步骤如下：
将Fe-碳酸锶粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁。熔化温度为1590℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1335℃后，用配料总量0.14％的纯铝脱氧；继续保温静置约7分钟。浇铸温度范围为1290℃。铸造完后开模温度要低于200℃，自然冷却到环境温度。然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为1020℃，保温时间为2h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入10％的碱水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在220℃回火处理3h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC65.8，冲击韧性达到15.9J/cm2，抗弯强度达到1740MPa。
实施例15.采用铁粉与碳酸锶粉混合均匀后，模压成粉末压块。碳酸锶粉与铁粉的质量比大致为1:6，即形成Fe-8.57wt.％Sr的Fe-碳酸锶混合压块，做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、微碳铬铁、硼铁、铌铁、钒铁、工业纯铁和上述Fe-碳酸锶混合压块为原料，成分范围如下：Cr：11.0wt.％；B：2.6wt.％；C：0.9wt.％；Nb：0.2wt.％；V：0.2wt.％；Sr:1.0wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，可采用感应熔炼和消失模铸造。具体步骤如下：
将Fe-碳酸锶粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁。熔化温度为1610℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1340℃后，用配料总量0.13％的纯铝脱氧；继续保温静置约8分钟。浇铸温度范围为1270℃。铸造完后开模温度要低于200℃，自然冷却到环境温度。然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为1020℃，保温时间为1h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入15％的碱水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在200℃回火处理4h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC66.9，冲击韧性达到13.5J/cm2，抗弯强度达到1692MPa。
实施例16.采用铁粉与碳酸锶粉混合均匀后，模压成粉末压块。碳酸锶粉与铁粉的质量比大致为1:7，即形成Fe-7.50wt.％Sr的Fe-碳酸锶混合压块，做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、微碳铬铁、硼铁、铌铁、钒铁、工业纯铁和上述Fe-碳酸锶混合压块为原料，成分范围如下：Cr：13.0wt.％；B：2.6wt.％；C：0.8wt.％；Nb：0.6wt.％；V：0.4wt.％；Sr:1.2wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，采用感应熔炼和消失模铸造，具体步骤如下：
将Fe-碳酸锶粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁。熔化温度为1620℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1330℃后，用配料总量0.12％的纯铝脱氧；继续保温静置约6分钟。浇铸温度范围为1270℃。铸造完后开模温度要低于200℃，自然冷却到环境温度。然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为980℃，保温时间为2h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入10％的碱水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在200℃回火处理2h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC68.1，冲击韧性达到15.7J/cm2，抗弯强度达到1486MPa。
实施例17.采用铁粉与硝酸锶粉混合均匀后，模压成粉末压块。硝酸锶粉与铁粉的质量比大致为1:3，即形成Fe-10.46wt.％Sr的Fe-硝酸锶混合压块，做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、微碳铬铁、硼铁、铌铁、钒铁、工业纯铁和上述Fe-硝酸锶混合压块为原料，成分范围如下：Cr:10.0wt.％；B:2.9wt.％；C:0.7wt.％；Nb:0.4wt.％；V:0.2wt.％；Sr:1.0wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，采用感应熔炼和砂型模铸造。具体步骤为：
将Fe-硝酸锶粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁。熔化温度为1580℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1360℃后，用配料总量0.15％的纯铝脱氧；继续保温静置约10分钟。浇铸温度范围为1300℃。铸造完后开模温度低于200℃,自然冷却到环境温度。然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为950℃，保温时间为4h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入5％的盐水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在200℃回火处理4h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC67.7，冲击韧性达到13.8J/cm2，抗弯强度达到1434MPa。
图3为实施例17铸造组织图，为金相组织的暗场相，其α-Fe基体相为黑色，而其他合金相为白色。从图3可以清晰地看出，其组织以Fe初晶相和共晶相为主，其中共晶相为Fe相与硼、碳化合物的共晶组织，组织非常细小；图4为铸造合金的X-射线衍射图谱，显示合金基体为α-Fe相，其衍射峰较宽，并在65o附近较宽，因此是有大量Cr固溶的马氏体相，碳、硼化合物为Fe2B、Fe3C和Cr23C6为基础的复合化合物，并且显示有Sr(B、C)6化合物存在；图5为铸造合金基体相EDS图谱及分析结果，EDS只能在成分的定性分析，结果显示合金中存在Sr元素，说明SrO与熔体产生了作用，使Sr元素发生合金化，起到熔体变质作用。
实施例18.采用铁粉与硝酸锶粉混合均匀后，模压成粉末压块。硝酸锶粉与铁粉的质量比大致为1:10，即形成Fe-3.80wt.％Sr的Fe-硝酸锶混合压块，做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、工业纯铁和上述Fe-SrO混合压块为原料，成分范围如下：Cr:10.0wt.％；B:2.7wt.％；C:0.7wt.％；Nb:0.5wt.％；Sr:0.04wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，可采用真空感应炉熔炼和水冷铁模铸造。具体步骤为：
将Fe-硝酸锶粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁和纯铁。熔化温度为1480℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1300℃后，用配料总量0.1％的纯铝脱氧；继续保温静置约5分钟。浇铸温度范围为1250℃。铸造完后开模温度要低于200℃,自然冷却到环境温度。然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为1050℃，保温时间为1h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入15％的盐水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在250℃回火处理2h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC68.1，冲击韧性达到17.0J/cm2，抗弯强度达到1336MPa。
实施例19.采用铁粉与硝酸锶粉混合均匀后，模压成粉末压块。硝酸锶粉与铁粉的质量比大致为1:8，即形成Fe-4.65wt.％Sr的Fe-硝酸锶混合压块，做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、微碳铬铁、硼铁、铌铁、工业纯铁和上述Fe-SrO混合压块为原料，成分范围如下：Cr：10.0wt.％；B：2.7wt.％；C:0.8wt.％；Nb:0.6wt.％；Sr:0.8wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，采用感应熔炼和熔模铸造，具体步骤为：
将Fe-硝酸锶粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁。熔化温度为1560℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1320℃后，用配料总量0.12％的纯铝脱氧；继续保温静置约8分钟。浇铸温度范围为1280℃。铸造完后开模温度要低于200℃,自然冷却到环境温度。然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为1000℃，保温时间为2h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入10％的盐水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在220℃回火处理3h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC69.9，冲击韧性达到17.4J/cm2，抗弯强度达到1574MPa。
实施例20.采用铁粉与硝酸锶粉混合均匀后，模压成粉末压块。硝酸锶粉与铁粉的质量比大致为1:5，即形成Fe-6.97wt.％Sr的Fe-硝酸锶混合压块，做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁、工业纯铁和上述Fe-SrO混合压块为原料，成分范围如下：Cr：11.0wt.％；B：2.7wt.％；C:0.7wt.％；Nb:0.2wt.％；V:0.4wt.％；Sr:0.6wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，采用感应熔炼和砂模铸造，具体步骤为：
将Fe-硝酸锶粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁。熔化温度为1560℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1340℃后，用配料总量0.13％的纯铝脱氧；继续保温静置约9分钟。浇铸温度范围为1280℃。铸造完后开模温度要低于200℃,自然冷却到环境温度。然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为1060℃，保温时间为2h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入5％的碱水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在220℃回火处理2h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC67.1，冲击韧性达到14.6J/cm2，抗弯强度达到1342MPa。
实施例21.采用铁粉与硝酸锶粉混合均匀后，模压成粉末压块。硝酸锶粉与铁粉的质量比大致为1:4，即形成Fe-8.37wt.％Sr的Fe-硝酸锶混合压块，做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、微碳铬铁、硼铁、铌铁、钒铁、工业纯铁和上述Fe-硝酸锶混合压块为原料，成分范围如下：Cr：10.0wt.％；B：2.6wt.％；C：0.6wt.％；Nb：0.3wt.％；V：0.1wt.％；Sr:0.4wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，采用感应熔炼和消失模铸造，具体步骤如下：
将Fe-硝酸锶粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁。熔化温度为1550℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1325℃后，用配料总量0.12％的纯铝脱氧；继续保温静置约6分钟。浇铸温度范围为1285℃。铸造完后开模温度要低于200℃,自然冷却到环境温度。然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为980℃，保温时间为3h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入15％的碱水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在220℃回火处理3h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC66.5韧性达到16.0J/cm2，抗弯强度达到1664MPa。
实施例22.采用铁粉与硝酸锶粉混合均匀后，模压成粉末压块。硝酸锶粉与铁粉的质量比大致为1:6，即形成Fe-5.98wt.％Sr的Fe-硝酸锶混合压块，做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、微碳铬铁、硼铁、铌铁、工业纯铁和上述Fe-SrO混合压块为原料，成分范围如下：Cr：10.0wt.％；B：2.6wt.％；C：0.8wt.％；Nb：0.8wt.％；Sr:0.2wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，采用真空感应熔炼和铁模铸造，具体步骤如下：
将Fe-硝酸锶粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁。熔化温度为1560℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1315℃后，用配料总量0.14％的纯铝脱氧；继续保温静置约7分钟。浇铸温度范围为1290℃。铸造完后开模温度要低于200℃,自然冷却到环境温度。然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为1020℃，保温时间为2h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入10％的碱水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在220℃回火处理3h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC70.0，冲击韧性达到16.8J/cm2，抗弯强度达到1538MPa。
实施例23.采用铁粉与硝酸锶粉混合均匀后，模压成粉末压块。硝酸锶粉与铁粉的质量比大致为1:7，即形成Fe-5.23wt.％Sr的Fe-硝酸锶混合压块，做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、微碳铬铁、硼铁、铌铁、钒铁、工业纯铁和上述Fe-硝酸锶混合压块为原料，成分范围如下：Cr：11.0wt.％；B：2.6wt.％；C：0.9wt.％；Nb：0.2wt.％；V：0.2wt.％；Sr:0.10wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，可采用感应熔炼和消失模铸造。具体步骤如下：
将Fe-硝酸锶粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁。熔化温度为1500℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1300℃后，用配料总量0.13％的纯铝脱氧；继续保温静置约8分钟。浇铸温度范围为1250℃。铸造完后开模温度要低于200℃,自然冷却到环境温度。然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为1020℃，保温时间为1h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入15％的碱水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在200℃回火处理4h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC67.7，冲击韧性达到17.2J/cm2，抗弯强度达到1398MPa。
实施例24.采用铁粉与硝酸锶粉混合均匀后，模压成粉末压块。硝酸锶粉与铁粉的质量比大致为1:8，即形成Fe-4.65wt.％Sr的Fe-硝酸锶混合压块，做为稀土Sr变质的载体。
选用高碳铬铁、微碳铬铁、硼铁、铌铁、钒铁、工业纯铁和上述Fe-硝酸锶混合压块为原料，成分范围如下：Cr：13.0wt.％；B：2.6wt.％；C：0.8wt.％；Nb：0.6wt.％；V：0.4wt.％；Sr:0.05wt.％；杂质元素控制见表2。少量Al、Mn、N等杂质不会导致合金性能根本性变化，因此未列出在表2中。按照成分要求配比称量好相应原材料后，采用感应熔炼和消失模铸造，具体步骤如下：
将Fe-硝酸锶粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁。熔化温度为1550℃；待完全熔化后，降低电炉功率，将熔体温度降至1330℃后，用配料总量0.12％的纯铝脱氧；继续保温静置约6分钟。浇铸温度范围为1260℃。铸造完后开模温度要低于200℃,自然冷却到环境温度。然后将铸件放入到箱式炉加热，加热温度为980℃，保温时间为2h。加热升温速度不超过10℃/min。保温结束后，快速将铸件入10％的碱水淬火冷却。冷却过程中应不断搅拌，淬火冷却时间≥30min。然后在200℃回火处理2h,自然冷却到环境温度。所得铸锭整体硬度达到HRC68.7，冲击韧性达到18.0J/cm2，抗弯强度达到1646MPa。
各实施例所制备铸造合金性能检测如下所述：
1.对实例铸造金属采用HR-150A洛氏硬度机进行硬度测试，载荷为150Kg，打五个点后取平均值，列于表2。
2.对实例铸造金属采用JBS-300B冲击试验机进行冲击韧性测试，量程为150J，打五个样后取平均值，列于表2。
3.对实例铸造金属材料电子万能实验机进行三点抗弯实验，样品尺寸为2×5×50mm的矩形试样，跨距为30mm，取三个相同处理样品的抗弯强度平均值列于表2。
表2实施例的成分与硬度、冲击韧性和抗弯强度

Claims (4)

1.一种锶变质高硬合金，其特征在于：各元素的质量百分含量为Cr：9.0～13.0，B：2.6～2.9，C：0.7～0.9，Nb：0.4～0.8，V：0.4～0.8，Mn的含量小于0.3，Sr：0.04～1.6，S、P：≤0.01，余量为Fe；其中C、B的总质量百分含量为：3.3～3.6；C/Cr质量比：0.06～0.08；Nb、V的总质量百分含量为：0.5～1.0。
2.如权利要求1所述的稀土锶变质高硬合金的铸造和热处理方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)含Sr铁粉压块准备
采用铁粉与SrO粉混合均匀后，模压成粉末压块，SrO粉与铁粉的质量比为1:5～20，形成Fe-4.07～14.24％Sr的Fe-SrO混合压块，做为稀土Sr变质的载体；或硝酸锶粉与铁粉的质量比为1:3～10，形成Fe-3.80～10.46wt.％Sr的混合压块；或碳酸锶粉与铁粉的质量比为1:3～13，形成Fe-4.28～14.99wt.％Sr的混合压块；
(2)合金配料、熔炼与变质处理
按照Fe-Cr-B-C合金的成分要求配比称量好相应原材料后，再添加0.05～1.6％Sr元素变质：首先将Fe-SrO、Fe-硝酸锶或者Fe-碳酸锶粉末压块放置于炉底，然后放入铬铁、金属铬、硼铁、铌铁、钒铁和纯铁，采用感应炉熔炼制备合金，熔化温度为1500～1600℃；然后降低电炉功率，将熔体温度降至1300～1350℃后，用配料总量0.1～0.15％的纯铝脱氧；继续保温静置5～10分钟；
(3)浇铸
浇铸温度范围为1250～1300℃，所设计的合金具有深度共晶成分，在普通砂模铸造条件下都能形成非平衡基体组织，通过各种方法铸造成型，为了避免发生热应力开裂，铸造完后开模温度要低于200℃，自然冷却到环境温度；
(4)热处理
将铸件放入到箱式炉加热，加热到950～1060℃，保温为1～4h；加热升温速度不超过10℃/min，保温结束后，将铸件加入5～15％的盐水或碱水淬火冷却，冷却过程中不断搅拌，淬火冷却时间≥30min；然后在200～250℃回火处理2～4h,自然冷却到环境温度。
3.如权利要求2所述的锶变质高硬合金的铸造和热处理方法，其特征在于：步骤(1)所述铁粉为纯度≥98.5％，粒度-100目的还原铁粉或者纯度≥99.0％，粒度-100目的水雾化铁粉，或者粒度-100目的合金铁粉。
4.如权利要求2所述的锶变质高硬合金的铸造和热处理方法，其特征在于：步骤(1)所述压坯为模压成形，压制压力为100～600MPa，或采取冷等静压方法。
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