一種Fe-Cr-Ni-B耐沖蝕磨損合金及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于耐磨耐蝕金屬材料技術領域，具體設及一種Fe-化-Ni-B耐沖蝕磨損 合金及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 沖蝕磨損普遍存在于采礦、冶金、煤炭、水利、電力、化工、交通等重要國民經(jīng)濟領 域中。隨著技術的進步，在該些領域中物料的輸送逐步實現(xiàn)自動化，然而，沖蝕磨損貫穿 于整個傳輸環(huán)節(jié)，已成為制約該一技術發(fā)展的重要因素。物料傳輸設備中的關鍵過流部件 (如渣漿累葉輪、疏竣絞刀、水輪機轉輪、輸送管線等）長期服役在流動的腐蝕性介質中，持 續(xù)承受介質腐蝕與磨損作用。流動介質的腐蝕與磨損相互促進，具有比純腐蝕與純磨損更 為強烈破壞作用。一方面，介質強烈的腐蝕與磨損交互作用降低了零部件的壽命，造成零部 件的短時更換與頻繁停開機；另一方面，腐蝕與磨損交互作用破壞了零部件的結構，直接降 低了傳輸設備生產(chǎn)效率，引起巨大的能源浪費。
[0003] 為了獲得兼有良好初性和耐沖蝕磨損性的新型材料，近年來，國內外開展了大量 的研究。中國發(fā)明專利CN1249357公開了一種鑄造鐵基耐磨耐蝕合金，其合金成分的重量 百分數(shù)（wt. % )為；1. 5 ~3. 0C，10 ~20Cr，1 ~3Mo, 0. 5 ~2. OSi，0. 5 ~3. OMn，2 ~4Ni，化 余量，該合金具有較高的耐磨性和耐蝕性。然而，該種合金中碳含量較高，致使合金組織中 含有較多粗大的脆性碳化物，并且合金基體組織中碳含量較高，合金的初性較差。中國發(fā)明 專利CN1417360公開了一種鑄造耐磨耐蝕鉆基合金，該種合金成分的重量百分數(shù)（wt. % ) 為；1.0 ~2. 5C，20 ~35Cr，5 ~20W，1 ~6Mo，l ~8Nb，0. 5 ~2. 0Cu，0. 5 ~3. 0Si，2. 0 ~ 15. 0Ni，35~65CO。該鉆基合金具有優(yōu)異的耐蝕耐磨性能，其硬度平均值達到48HRC，然 而該種合金中含有較多價格昂貴的鉆元素，生產(chǎn)加工成本高。中國發(fā)明專利CN1153224還 公開了一種鑄造耐磨耐蝕合金，該種合金成分的重量百分數(shù)（wt. % )為；《0. 10C，20~ 30化，15 ~25Ni，1. 0 ~2. 5Si，1. 0 ~3. 5Mo, 1. 0 ~2. 0Cu，0. 8 ~1. 2V，0. 03 ~0. 3Ti，F(xiàn)e 余量，該合金具有較好的耐磨性、耐腐蝕和工藝性能。然而該合金中含有較多價格昂貴的鑲 元素，致使生產(chǎn)成本較高。中國發(fā)明專利CN1083121公開了一種耐磨耐蝕鑲基合金，合金成 分的重量百分數(shù)（wt. % )為；1. 0 ~2. 0C，20 ~25Cr，10. 5 ~20. (Fe，2. 1 ~2. 5Mo，l. 0 ~ 1. 5Si，1. 0~1. 5Mn，0. 02~0. 10Y或Ce，余為Ni。該合金中的碳含量較高，碳元素與銘、鋼、 鐵、鋪等元素形成大量一次碳化物和共晶碳化物，使得合金有較好的耐磨性。此外，該合金 還具有較好的耐玻璃腐蝕性能，可用作格法平板玻璃生產(chǎn)線中的轉向漉、平拉漉等。然而， 該合金中含有較多價格昂貴的鑲元素，生產(chǎn)成本高。
[0004] 日本專利JP154263公開了用于制造耐蝕、耐磨合金材料的新工藝，該種工藝是從 化基合金、Co基合金和Ni基合金中至少選擇一種作為基體制成的金屬管，并在管中填充粒 徑10 y m W下的VC粉末制成管狀焊絲。或者，從化基合金、Co基合金和Ni基合金中至少 選擇一種作為基體金屬，并與粒徑lOumW下的VC粉末制成粉末混合物，該種材料具有優(yōu)良 的耐蝕和耐磨性。但含有價格較高的VC粉末，并且制備工藝復雜。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種化 耐沖蝕磨損合金。該化-化-Ni-B耐沖蝕磨損合金可采用普通電爐烙煉，工藝簡便，貴重合 金加入量少，生產(chǎn)成本低，該合金的基體組織主要由奧氏體構成，具有優(yōu)異的耐蝕性，此外， 基體中分布12%~16%的硬質相棚化物，可明顯提高合金的耐沖蝕磨損性能，采用適量的 Ce和Ti，配合少量的N和化等元素作為變質劑，變質元素的加入可凈化合金液并細化合金 組織。
[0006] 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：一種化-化-Ni-B耐沖蝕磨 損合金，其特征在于，由W下重量百分含量的成分組成；C 0.11 %~0.15%，B 1.20%~ 1. 80%，Si 0. 50%~1. 00%，Mn 0. 50%~1. 00%，Ni 8. 20%~10. 10%，Cr 17. 30%~ 19. 20 %，Ce 0.12 % ~0.25 %，Ti 0.20 % ~0.30 %，N0.0 3 % ~0.08 %，A1 0.05 % ~ 0. 10%，Ca 0. 04%~0. 10%，P<0. 03, S<0. 03,余量為化和其他不可避免的雜質。
[0007] 上述的一種Fe-化-Ni-B耐沖蝕磨損合金，其特征在于，由W下重量百分含量的 成分組成；C 0.12%~0.14%，B 1.53%~1.72%，Si 0.52%~0.65%，Mn 0.58%~ 0. 67%，Ni 9. 26%~9. 62%，Cr 18. 35%~18. 87%，Ce 0. 17%~0. 21%，Ti 0. 21%~ 0. 26%，N 0. 05%~0. 07%，A1 0. 06%~0. 08%，Ca 0. 05%~0. 08%，P<0. 03, S<0. 03， 余量為化和其他不可避免的雜質。
[000引上述的一種化-化-Ni-B耐沖蝕磨損合金，其特征在于，由W下重量百分含量的成 分組成；C 0. 13%，B 1.72%，Si 0.65%，Mn 0.58%，Ni 9.62%，Cr 18. 73%，Ce 0.21%， Ti 0. 26%，N 0. 05%，A1 0. 08%，Ca 0. 08%，P<0. 03, S<0. 03,余量為化和其他不可避免 的雜質。
[0009] 上述的一種化-化-Ni-B耐沖蝕磨損合金，其特征在于，由W下重量百分含量的成 分組成；C 0. 12%，B 1.67%，Si 0.61 %，Mn 0.67%，Ni 9.26%，Cr 18. 35%，Ce 0. 18%， Ti 0. 24%，N 0. 07%，A1 0. 06%，Ca 0. 05%，P<0. 03, S<0. 03,余量為化和其他不可避免 的雜質。
[0010] 上述的一種化-化-Ni-B耐沖蝕磨損合金，其特征在于，由W下重量百分含量的成 分組成；C 0. 14%，B 1.53%，Si 0.52%，Mn 0.64%，Ni 9.43%，Cr 18. 87%，Ce 0. 17%， Ti 0.21%，N 0.05%，A1 0.07%，Ca 0.06%，P<0. 03, S<0. 03,余量為化和其他不可避免 的雜質。
[0011] 另外，本發(fā)明還提供了一種制備上述化耐沖蝕磨損合金的方法，其特征 在于，該方法包括W下步驟：
[0012] 步驟一、將純鐵和銘鐵加熱烙化，待烙液烙清后向所述烙液中加入娃鐵和鋪鐵，然 后再加入純鑲板、鐵鐵和棚鐵；
[0013] 步驟二、爐前成分調整合格后將烙液溫度升至1600°C~1640°C，然后向烙液中加 入娃巧合金和侶脫氧，出爐得到合金液；
[0014] 步驟=、將錦基稀±和高氮銘鐵均破碎至粒度小于11mm，然后將破碎的錦基稀± 和破碎的高氮銘鐵混合后用鐵皮包裹，再經(jīng)170°C~200°C烘干后放置于誘包底部，采用包 內沖入法對步驟二中所述合金液進行復合變質處理；
[0015] 步驟四、將步驟S中復合變質處理后的合金液在1470°C~1510°C下誘注成鑄件， 將所述鑄件經(jīng)固溶處理后水澤，然后再進行去應力處理，得到Fe-化-Ni-B耐沖蝕磨損合 金。
[0016] 上述的方法，其特征在于，步驟S中所述錦基稀±的質量為合金液質量的 0. 20 %~0. 40%，高氮銘鐵的質量為合金液質量的0. 10 %~0. 20%。
[0017] 上述的方法，其特征在于，步驟四中所述固溶處理的溫度為1070°C~116(TC，升 溫速率為4°C /min~6°C /min,保溫時間為化~化。
[001引上述的方法，其特征在于，步驟四中所述去應力處理的溫度為200°C~240°C，升 溫速率為4°C /min~6°C /min,保溫時間為化~化。
[0019] 本發(fā)明的化-化-Ni-B耐沖蝕磨損合金中化學成分確定的理論依據(jù)如下；
[0020] C ;C是影響Fe-化-Ni-B合金硬度、強度、初性、耐沖蝕磨損性的主要元素，C含量 高時，基體中固溶的碳量提高，合金的固溶強化效果增強，其硬度、強度和耐磨性提高，但初 性降低、耐蝕性下降。當碳含量過低時，基體固溶強化效果差，硬度和強度低，綜合考慮，將 C元素含量控制在0. 11 %~0. 15%。
[002U B ;B是化-化-Ni-B合金中的主要元素，主要用于形成高硬度的棚化物，提高合金 耐沖蝕磨損性能。B元素加入量過少，F(xiàn)e-化-Ni-B合金中棚化物數(shù)量少，耐沖蝕磨損性低， 而加入量過多，棚化物數(shù)量大幅增加，F(xiàn)e-&-Ni-B合金脆性增大，綜合考慮將B元素含量控 制在 1. 20%~1. 80%。
[0022] 化；化是化-化-Ni-B合金中主要的元素。化元素可使合金表層形成致密的化2〇3 保護層，阻止或延緩合金由外部腐蝕轉向內部腐蝕。在腐蝕工況中，受應力等因素的作用， 致使氧化膜及其下表層產(chǎn)生裂紋，裂紋將為內部腐蝕形成提供條件。Fe-化-Ni-B合金中化 含量越高，對于裂紋修復能力越強，但化含量過高，材質烙煉困難，成本升高，因此化含量 應控制在17. 30 %~19. 20%。
[0023] Ni ;非碳化物形成元素Ni固溶于基體能夠提高基體的強度。此外，鑲元素還可顯 著提高奧氏體的穩(wěn)定性，促進化-化-Ni-B合金固溶處理后形成奧氏體組織，提高合金的耐 蝕性。Ni元素加入量過少，強化效果弱，而加入量過多，將提高合金成本。因此，Ni含量應 控制在8. 20 %~10. 10%。
[0024] Ce ;Ce元素易與合金液中殘存的氧元素反應生成Ce2〇3。Ce2〇3烙點高達1640°C， (111) 丫-Fe在(0000(,:化面上形核時的點陣錯配度低，由此，Ce2〇3可作為奧氏體結晶時的有 效異質核屯、，促進初生奧氏體形核，細化初生奧氏體，進而促進共晶棚化物的細化。另一方 面，Ce是表面活性元素，F(xiàn)e-化-Ni-B合金凝固過程中Ce元素易富集在棚化物周圍，抑制棚 化物沿晶界長大，使棚化物細化，其合適的加入量為0. 12%~0. 25%。
[0025] Ti ;Ti加入化合金中將與B元素反應生成塊狀TiBa。TiBa對改善鐵 棚化合物形態(tài)和分布具有明顯效果。Ti元素加入量過高，將出現(xiàn)粗大的塊狀TiBs，降低 Fe-&-Ni-B合金的強