耐磨铸件材料及其制备方法

技术领域

本发明属于合金材料制备技术领域，具体涉及耐磨铸件材料，本发明还涉及上述耐磨铸件材料的制备方法。

背景技术

在耐磨铸件行业中，随着铸造技术的发展，低合金钢材料越来越多的应用到耐磨件上，耐磨铸件要求材料既有超高的强度同时要具备高的韧塑性，在使用过程中不发生变形、断裂，对设备的安全持续运行、提高经济效益等均起到了至关重要的作用，现在很多铸件材料在实际使用中可能会存在耐磨性或耐疲劳性差，在使用过程中易出现磨损现象，需要经常进行更换。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐磨铸件材料，解决了现有技术铸件备件耐磨性及耐疲劳性差，易出现磨损现象，需要经常进行更换的问题。

本发明的另一目的是提供此耐磨铸件材料的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，耐磨铸件材料，按质量百分比，由以下组分组成：C含量0.26％～0.30％，Si含量1.45％～1.65％，Mn含量0.50％～0.65％，Cr含量0.6％～0.8％，Cu含量0.2％～0.25％，Mo含量0.65％～0.85％，Ni含量0.95％～1.15％，Al含量0.1％～0.3％，Nb含量0.02％～0.04％，Re含量0.15％～0.25％，P含量≤0.01％，S含量≤0.005％，H含量≤0.0001％，余量为Fe。

本发明所采用的另一技术方案是，耐磨铸件材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：用废钢进行电弧炉初炼，得到初炼钢水；

S2：对初炼钢水进行钢包精炼，得到钢包精炼后的钢水；

S3：对钢包精炼后的钢水进行真空精炼，得到真空精炼后的钢水；

S4：用真空精炼后的钢水浇注，得到浇注模型；

S5：对浇注模型进行热处理，即得到C含量0.26％～0.30％，Si含量1.45％～1.65％，Mn含量0.50％～0.65％，Cr含量0.6％～0.8％，Cu含量0.2％～0.25％，Mo含量0.65％～0.85％，Ni含量0.95％～1.15％，Al含量0.1％～0.3％，Nb含量0.02％～0.04％，Re含量0.15％～0.25％，P含量≤0.01％，S含量≤0.005％，H含量≤0.0001％，余量为Fe的耐磨铸件材料。

本发明的特点还在于：

电弧炉初炼，具体步骤如下：

S11：选用不含油、不含锈的一级废钢，在200℃～300℃下烘烤30～60min，得到干燥废钢；

S12：将干燥废钢放入电弧炉内进行氧化法工艺处理，电弧炉以5～7℃/min的升温速率升温至1600～1610℃，当C含量控制在0.2％～0.25％，P含量控制在0.005％时迅速扒除氧化渣，得到钢液；

S13：向钢液中加入稀薄渣料，稀薄渣料为20～25kg/t的石灰和4～8kg/t的的萤石，稀薄渣料迅速化渣形成渣层覆盖钢液，然后向钢液中加入5kg/t的SiMn合金沉淀脱氧，再依次加入2kg/t的CaC

S14：电弧炉以5～7℃/min的升温速率升温至1650℃～1670℃，迅速扒除炉内渣子，得到初炼钢水；

钢包精炼具体步骤如下：

S21：将初炼钢水送入钢包精炼炉内，按2kg/t的量喂入铝线，对钢水进行脱氧，得到中间钢水；

S22：向中间钢水中加入20～25kg/t的石灰和4～6kg/t的萤石，以5～7℃/min的升温速率升温至1600℃进行升温化渣，再依次加入2kg/t的CaC

S23：取钢水试样分析后进行白渣精炼，白渣精炼时间大于20分钟，白渣精炼期间分批次加入2kg/t的SiFe粉、2kg/t的SiCa粉，白渣形成后向钢水中依次加入含有Ni、Mo、Cu、Nb、Cr、Mn、Si元素的铁合金进行合金化处理，调整元素含量至标准范围内，得到合金处理后的钢水；

S24：10分钟后将合金处理后的钢水温度调整至1600℃～1620℃，取样分析，根据分析结果微调钢水合金成分，以5～7℃/min的升温速率继续升温至1660℃～1680℃，得到钢包精炼后的钢水；

真空精炼具体步骤如下：

S31：将钢包精炼后的钢水倒入真空罐中，在氩气流量为80Nl/min的氩气环境下、真空度为67Pa下保压15分钟以上进行真空处理，真空处理完成后调整氩气流量为20Nl/min，搅拌对钢水进行破真空，得到破真空后的钢水；

S32：对破真空后的钢水取样分析，在线测定H含量低于0.0001％时，喂入2kg/t的铝线，然后加入10kg/t的FeSiRE29稀土合金，在氩气流量为20Nl/min条件下对钢水软吹10分钟，得到真空精炼后的钢水；

浇注具体步骤如下：

对铸件型腔内充满氩气，将钢包精炼后的钢水温度调整为1565～1575℃，采用全流浇注，得到浇注模型；

热处理具体步骤如下：

按80℃/h的升温速率升温至880℃，保温4～6h，然后在空气中自然降温至300℃，保温4～6h，再以80℃/h的升温速率升温至650℃，保温8～10h，然后在空气中自然降温至300℃，保温4～6h，再以80℃/h的升温速率升温至650℃，保温30～36h，最后以小于等于30℃的速率降温至100℃以下，出炉即得到耐磨铸件材料。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种新型耐磨铸件材料，通过合理的热处理工艺，提高了铸件的耐磨性和耐疲劳性，减少了铸件备件更换频率，提高工作效率并满足安全要求。

附图说明

图1是本发明耐磨铸件材料热处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

耐磨铸件材料，按质量百分比，由以下组分组成：C含量0.26％～0.30％，Si含量1.45％～1.65％，Mn含量0.50％～0.65％，Cr含量0.6％～0.8％，Cu含量0.2％～0.25％，Mo含量0.65％～0.85％，Ni含量0.95％～1.15％，Al含量0.1％～0.3％，Nb含量0.02％～0.04％，Re含量0.15％～0.25％，P含量≤0.01％，S含量≤0.005％，H含量≤0.0001％，余量为Fe；

本发明一种耐磨铸件材料(型号为ZG28Si2CrNiMoNbRe)的成份组成是基于获得Si-Cr-Mo-Ni系贝氏体合金材料，使耐磨铸件既有超高的强度，同时要具备高的韧塑性。低合金钢中显微组织对耐磨性的影响非常大，在相同的硬度下，显微组织为贝氏体的耐磨性显著优于马氏体组织，C含量选取0.26％-0.30％，因为C是稳定奥氏体，增强材料淬透性的元素，C含量的高低直接影响到材料的强度、硬度和耐磨性，C含量过高会降低材料的韧性和焊接性能，C含量在0.26-0.30％时，Si-Cr-Mo-Ni系贝氏体合金材料的显微组织为针状贝氏体和粒状贝氏体，具有良好的强度和韧塑性配合；Si选取1.45％-1.65％，因为Si是非碳化物元素和强铁素体元素，Si在钢中强烈组织渗碳体的析出，提高回火抗力，提高强韧性，Si可以稳定富碳残余奥氏体，降低贝氏体的转变温度，提高耐磨钢的回火稳定性，当Si含量大于1.4％时，贝氏体的转变温度不再降低，硅含量大于3％时会降低钢的冲击韧性；Mn选取0.5％-0.65％，因为此材料为Si-Cr-Mo-Ni系贝氏体合金材料，Mn为非主要元素，只需起一般强化基体作用；Mo为贝氏体高强钢重要合金化元素之一，阻抑奥氏体到珠光体转变的能力最强，在高Si(1.5％)钢中，能够显著提高回火脆性温度100，Mo≥0.5％时能够确保在较大的冷却速率范围内获得贝氏体组织；Cr能够提高强韧性、耐磨性与AL和Si配合使用，提高高温不起皮性能和耐高温腐蚀性能，Cr含量过高会降低钢的冲击韧性；Al含量控制不当会增大铸造缺陷，恶化焊接性能，Cr会减慢贝氏体的相变动力学，Al能提高贝氏体的相变动力学，两者共同使用效果可相互抵消；Ni提高钢的强度，另一方面又始终使钢的韧性保持极高的水平，其变脆温度则极低，Ni含量在1％的时候同Cr、Mo结合使用淬透性尤可增高，镍钼钢还具有很高的耐热疲劳性；Cu在钢中的突出作用是改善低合金钢的抗大气腐蚀性能，含Cu0.2％便可提高除耐磨性外，提高耐腐蚀寿命为一般碳素钢的2-5倍，但含量高对热加工变形不利，导致铜脆现象；微量铌(一般在0.03％含量)可以在不影响钢的塑性或韧性的情况下提高钢的强度。由于有细化晶粒的作用，能提高钢的冲击韧性并降低其脆性转变温度，能提高热强钢的高温性能，如蠕变强度等。微量稀土元素加入不仅可以提高钢的抗氧化性和抗腐蚀性，微量稀土元素配合少量的Al、Nb可以进一步细化该材料的贝氏体组织的无碳化物贝氏体板条厚度≤100纳米，从而进一步提高材料的强韧性；H是该材料的有害元素，使钢的塑性、韧度和疲劳强度急剧降低，严重时会造成裂纹、脆断，“氢脆”主要出现在贝氏体、马氏体钢中，故本材料对H的要求低于0.0001％。

耐磨铸件材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：用废钢进行电弧炉初炼，得到初炼钢水，具体步骤为：

S11：选用不含油、不含锈的一级废钢，在200℃～300℃下烘烤30～60min，去除废钢表面的水分，得到干燥废钢；

S12：将干燥废钢放入电弧炉内进行氧化法工艺处理，电弧炉以5～7℃/min的升温速率升温至1600～1610℃，对废钢含量进行测试，当C含量控制在0.2％-0.25％，P含量控制在0.005％时迅速扒除氧化渣，得到钢液；

S13：向钢液中加入稀薄渣料，稀薄渣料为20～25kg/t的石灰和4～8kg/t的的萤石，稀薄渣料迅速化渣形成渣层覆盖钢液，然后向钢液中加入5kg/t的SiMn合金沉淀脱氧，再依次加入2kg/t的CaC

S14：电弧炉以5～7℃/min的升温速率升温至1650℃～1670℃，迅速扒除炉内渣子，得到初炼钢水。

S2：将得到的初炼钢水进行钢包精炼，具体步骤为：

S21：将初炼钢水送入钢包精炼炉内，按2kg/t的量喂入铝线，对钢水进行脱氧，得到中间钢水；

S22：向中间钢水中加入20～25kg/t的石灰和4～6kg/t的萤石，以5～7℃/min的升温速率升温至1600℃进行升温化渣，再依次加入2kg/t的CaC

S23：取钢水试样分析后进行白渣精炼，白渣精炼时间大于20分钟，白渣精炼期间分批次加入2kg/t的SiFe粉、2kg/t的SiCa粉，白渣形成后向钢水中依次加入含有Ni、Mo、Cu、Nb、Cr、Mn、Si元素的铁合金进行合金化处理，调整元素含量至标准范围内，得到合金处理后的钢水，其中，合金化处理中，根据分析到的各元素的含量用锰铁调整Mn成份的含量，铬铁调整Cr成份的含量，用钼铁调整Mo成份的含量，用铌铁调整Nb成分的含量，镍和铜用的是电解镍和纯铜，其中钼铁和铌铁也属于铁合金，锰铁和铬铁里有碳，加入Mn和Cr的同时就能调整C到0.26％到0.30％的范围，硅元素是加入硅铁(铁合金)去调整Si元素含量到成份范围；

S24：10分钟后将合金处理后的钢水温度调整至1600℃～1620℃，取样分析，根据分析结果微调钢水合金成分，以5～7℃/min的升温速率继续升温至1660℃～1680℃，得到钢包精炼后的钢水。

S3：对钢包精炼后的钢水进行真空精炼，具体步骤为：

S31：将钢包精炼后的钢水倒入真空罐中，在氩气流量为80Nl/min的氩气环境下、真空度为67Pa下保压15分钟以上进行真空处理，真空处理完成后调整氩气流量为20Nl/min，搅拌对钢水进行破真空，得到破真空后的钢水；

S32：对破真空后的钢水取样分析，在线测定H含量低于0.0001％(否则重新进行真空处理)，喂入2kg/t的铝线，然后加入10kg/t稀土合金，其中稀土合金采用FeSiRE29，在氩气流量为20Nl/min条件下对钢水软吹10分钟，得到真空精炼后的钢水。

S4：用真空精炼后的钢水进行浇注，具体步骤为：对铸件型腔内充满氩气，将钢包精炼后的钢水温度调整为1565～1575℃，采用全流浇注，具体为在浇注至上冒口1/2处时进行减流处理，在浇注至上冒口2/3处时加保温剂，即可得到浇注模型。

S5：对浇注模型进行热处理，具体步骤为：按80℃/h的升温速率升温至880℃，保持内外温度均匀一致，保温4～6h，然后在空气中自然降温至300℃，保温4～6h，再以80℃/h的升温速率升温至650℃，保持内外温度均匀一致，保温8～10h，然后在空气中自然降温至300℃，保温4～6h，再以80℃/h的升温速率升温至650℃，保持内外温度均匀一致，保温30～36h，最后以小于等于30℃的速率降温至100℃以下，出炉即得到ZG28Si2CrNiMoNbRe耐磨铸件材料。

实施例1

型号ZG28Si2CrNiMoNbRe的耐磨铸件材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：用废钢进行电弧炉初炼，得到初炼钢水，具体步骤为：

S11：选用不含油、不含锈的一级废钢，在200℃下烘烤60min，去除废钢表面的水分，得到干燥废钢；

S12：将干燥废钢放入电弧炉内进行氧化法工艺处理，电弧炉以5℃/min的升温速率升温至1600℃，对废钢含量进行测试，当C含量控制在0.2％，P含量控制在0.005％时迅速扒除氧化渣，得到钢液；

S13：向钢液中加入稀薄渣料，稀薄渣料为20kg/t的石灰和4kg/t的萤石，稀薄渣料迅速化渣形成渣层覆盖钢液，然后向钢液中加入5kg/t的SiMn合金沉淀脱氧，再依次加入2kg/t的CaC

S14：电弧炉以5℃/min的升温速率升温至1650℃，迅速扒除炉内渣子，得到初炼钢水。

S2：对初炼钢水进行钢包精炼，得到钢包精炼后的钢水，具体步骤为：

S21：将初炼钢水送入钢包精炼炉内，按2kg/t的量喂入铝线，对钢水进行脱氧，得到中间钢水；

S22：向中间钢水中加入20kg/t的石灰和4kg/t的萤石，以5℃/min的升温速率升温至1600℃进行升温化渣，再依次加入2kg/t的CaC

S23：取钢水试样分析后进行白渣精炼，白渣精炼时间大于20分钟，白渣精炼期间分批次加入2kg/t的SiFe粉、2kg/t的SiCa粉，其中SiFe粉和SiCa粉是分批次加入的，白渣形成后向钢水中依次加入含有Ni、Mo、Cu、Nb、Cr、Mn、Si元素的铁合金进行合金化处理，得到合金处理后的钢水；

S24：10分钟后将合金处理后的钢水温度调整至1600℃，取样分析，根据分析结果微调钢水合金成分，以5℃/min的升温速率继续升温至1660℃，得到钢包精炼后的钢水。

S3：对钢包精炼后的钢水进行真空精炼，得到真空精炼后的钢水，具体步骤为：

S31：将钢包精炼后的钢水倒入真空罐中，在氩气流量为80Nl/min的氩气环境下、真空度为67Pa下保压15分钟以上进行真空处理，真空处理完成后调整氩气流量为20Nl/min，搅拌对钢水进行破真空，得到破真空后的钢水；

S32：对破真空后的钢水取样分析，在线测定H含量低于0.0001％(否则重新进行真空处理)，喂入2kg/t的铝线，然后加入10kg/t稀土合金，其中稀土合金采用FeSiRE29，在氩气流量为20Nl/min条件下对钢水软吹10分钟，得到钢包精炼后的钢水。

S4：用真空精炼后的钢水浇注，得到浇注模型，具体步骤为：对铸件型腔内充满氩气，将钢包精炼后的钢水温度调整为1565℃，采用全流浇注，具体为在浇注至上冒口1/2处时进行减流处理，在浇注至上冒口2/3处时加保温剂，即可得到浇注模型。

S5：对浇注模型进行热处理，具体步骤为：按80℃/h的升温速率升温至880℃，保持内外温度均匀一致，保温4h，然后在空气中自然降温至300℃，保温4h，再以80℃/h的升温速率升温至650℃，保持内外温度均匀一致，保温8h，然后在空气中自然降温至300℃，保温4h，再以80℃/h的升温速率升温至650℃，保持内外温度均匀一致，保温30h，最后以小于等于30℃的速率降温至100℃以下，出炉即得到ZG28Si2CrNiMoNbRe耐磨铸件材料。

实施例2

ZG28Si2CrNiMoNbRe耐磨铸件材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：用废钢进行电弧炉初炼，得到初炼钢水，具体步骤为：

S11：选用不含油、不含锈的一级废钢，在300℃下烘烤30min，去除废钢表面的水分，得到干燥废钢；

S12：将干燥废钢放入电弧炉内进行氧化法工艺处理，电弧炉以7℃/min的升温速率升温至1610℃，对废钢含量进行测试，当C含量控制在0.25％，P含量控制在0.005％时迅速扒除氧化渣，得到钢液；

S13：向钢液中加入稀薄渣料，稀薄渣料为25kg/t的石灰和8kg/t的的萤石，稀薄渣料迅速化渣形成渣层覆盖钢液，然后向钢液中加入5kg/t的SiMn合金沉淀脱氧，再依次加入2kg/t的CaC

S14：电弧炉以7℃/min的升温速率升温至1670℃，迅速扒除炉内渣子，得到初炼钢水。

S2：对初炼钢水进行钢包精炼，得到钢包精炼后的钢水，具体步骤为：

S21：将初炼钢水送入钢包精炼炉内，按2kg/t的量喂入铝线，对钢水进行脱氧，得到中间钢水；

S22：向中间钢水中加入25kg/t的石灰和6kg/t的萤石，以7℃/min的升温速率进行升温至1600℃进行升温化渣，再依次加入2kg/t的CaC

S23：取钢水试样分析后进行白渣精炼，白渣精炼时间大于20分钟，白渣精炼期间分批次加入2kg/t的SiFe粉、2kg/t的SiCa粉，其中SiFe粉和SiCa粉是分批次加入的，白渣形成后向钢水中依次加入含有Ni、Mo、Cu、Nb、Cr、Mn、Si元素的铁合金进行合金化处理，调整元素含量至标准范围内，得到合金处理后的钢水；

S24：10分钟后将合金处理后的钢水温度调整至1620℃，取样分析，根据分析结果微调钢水合金成分，以7℃/min的升温速率继续升温至1660℃～1680℃，得到钢包精炼后的钢水。

S3：真空精炼，具体步骤为：

S31：将钢包精炼后的钢水倒入真空罐中，在氩气流量为80Nl/min的氩气环境下、真空度为67Pa下保压15分钟以上进行真空处理，真空处理完成后调整氩气流量为20Nl/min，搅拌对钢水进行破真空，得到破真空后的钢水；

S32：对破真空后的钢水取样分析，在线测定H含量低于0.0001％(否则重新进行真空处理)，喂入2kg/t的铝线，然后加入10kg/t稀土合金，其中稀土合金采用FeSiRE29，在氩气流量为20Nl/min条件下对钢水软吹10分钟，得到钢包精炼后的钢水。

S4：用真空精炼后的钢水浇注，得到浇注模型，具体步骤为：对铸件型腔内充满氩气，将钢包精炼后的钢水温度调整为1575℃，采用全流浇注，具体为在浇注至上冒口1/2处时进行减流处理，在浇注至上冒口2/3处时加保温剂，即可得到浇注模型。

S5：对浇注模型进行热处理，具体步骤为：按80℃/h的升温速率升温至880℃，保持内外温度均匀一致，保温6h，然后在空气中自然降温至300℃，保温6h，再以80℃/h的升温速率升温至650℃，保持内外温度均匀一致，保温10h，然后在空气中自然降温至300℃，保温6h，再以80℃/h的升温速率升温至650℃，保持内外温度均匀一致，保温36h，最后以小于等于30℃的速率降温至100℃以下，出炉即得到ZG28Si2CrNiMoNbRe耐磨铸件材料。

实施例3

ZG28Si2CrNiMoNbRe耐磨铸件材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：用废钢进行电弧炉初炼，得到初炼钢水，具体步骤为：

S11：选用不含油、不含锈的一级废钢，在250℃下烘烤50min，去除废钢表面的水分，得到干燥废钢；

S12：将干燥废钢放入电弧炉内进行氧化法工艺处理，电弧炉以6℃/min的升温速率升温至1605℃，对废钢含量进行测试，当C含量控制在0.23％，P含量控制在0.005％时迅速扒除氧化渣，得到钢液；

S13：向钢液中加入稀薄渣料，稀薄渣料为23kg/t的石灰和6kg/t的的萤石，稀薄渣料迅速化渣形成渣层覆盖钢液，然后向钢液中加入5kg/t的SiMn合金沉淀脱氧，再依次加入2kg/t的CaC

S14：电弧炉以6℃/min的升温速率升温至1660℃，迅速扒除炉内渣子，得到初炼钢水。

S2：对初炼钢水进行钢包精炼，得到钢包精炼后的钢水，具体步骤为：

S21：将初炼钢水送入钢包精炼炉内，按2kg/t的量喂入铝线，对钢水进行脱氧，得到中间钢水；

S22：向中间钢水中加入23kg/t的石灰和5kg/t的萤石，以6℃/min的升温速率进行升温化渣，再依次加入2kg/t的CaC

S23：取钢水试样分析后进行白渣精炼，白渣精炼时间大于20分钟，白渣精炼期间分批次加入2kg/t的SiFe粉、2kg/t的SiCa粉，其中SiFe粉和SiCa粉是分批次加入的，白渣形成后向钢水中依次加入含有Ni、Mo、Cu、Nb、Cr、Mn、Si元素的铁合金进行合金化处理，调整元素含量至标准范围内，得到合金处理后的钢水；

S24：10分钟后将合金处理后的钢水温度调整至1610℃，取样分析，根据分析结果微调钢水合金成分，以6℃/min的升温速率继续升温至1670℃，得到钢包精炼后的钢水。

S3：对钢包精炼后的钢水进行真空精炼，得到真空精炼后的钢水，具体步骤为：

S31：将钢包精炼后的钢水倒入真空罐中，在氩气流量为80Nl/min的氩气环境下、真空度为67Pa下保压15分钟以上进行真空处理，真空处理完成后调整氩气流量为20Nl/min，搅拌对钢水进行破真空，得到破真空后的钢水；

S32：对破真空后的钢水取样分析，在线测定H含量低于0.0001％(否则重新进行真空处理)，喂入2kg/t的铝线，然后加入10kg/t稀土合金，其中稀土合金采用FeSiRE29，在氩气流量为20Nl/min条件下对钢水软吹10分钟，得到钢包精炼后的钢水。

S4：用真空精炼后的钢水浇注，具体步骤为：对铸件型腔内充满氩气，将钢包精炼后的钢水温度调整为1570℃，采用全流浇注，具体为在浇注至上冒口1/2处时进行减流处理，在浇注至上冒口2/3处时加保温剂，即可得到浇注模型。

S5：对浇注模型进行热处理，具体步骤为：按80℃/h的升温速率升温至880℃，保持内外温度均匀一致，保温5h，然后在空气中自然降温至300℃，保温5h，再以80℃/h的升温速率升温至650℃，保持内外温度均匀一致，保温9h，然后在空气中自然降温至300℃，保温5h，再以80℃/h的升温速率升温至650℃，保持内外温度均匀一致，保温33h，最后以小于等于30℃的速率降温至100℃以下，出炉即得到ZG28Si2CrNiMoNbRe耐磨铸件材料。