軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)用高溫耐磨合金材料及軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)熱處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)用高溫耐磨合金材料及軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)熱處理方法，該高溫耐磨合金材料的各組分按質(zhì)量百分比的構(gòu)成為：C：1.45～1.6%，Cr：11～12.5%，余量為Fe，且Cr和C之間的質(zhì)量百分比的比例為：Cr/C=7～8。軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)熱處理方法包括如下步驟：首先，對(duì)進(jìn)行軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)200℃～300℃的低溫去應(yīng)力退火；然后，經(jīng)過(guò)500℃～600℃的預(yù)熱，并進(jìn)行960℃～1050℃的固溶處理；最后，進(jìn)行440℃～480℃的高溫回火和270℃～290℃的低溫回火。本發(fā)明的軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)用高溫耐磨合金材料及軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)熱處理方法，具有可提高導(dǎo)衛(wèi)材料的高溫耐磨性、高溫?zé)釓?qiáng)性和熱穩(wěn)定性能、使得軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)的使用壽命提高了3～4倍等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)用高溫耐磨合金材料及軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新型材料的制備及其應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是涉及一種軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)用高溫耐磨合金材料及軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)熱處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)衛(wèi)是在型鋼軋制過(guò)程中，使軋鋼件按既定的方向和狀態(tài)準(zhǔn)確地、穩(wěn)定地進(jìn)入和導(dǎo)出軋輥孔型的裝置，是高速棒線材軋制生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備之一。自滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)替代滑動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)以來(lái)，導(dǎo)衛(wèi)裝置的使用壽命、產(chǎn)品表面質(zhì)量和軋機(jī)作業(yè)率均得到了大幅度的提高，但因其長(zhǎng)期工作在高溫環(huán)境下且又承受激熱激冷的沖擊，使得導(dǎo)衛(wèi)的使用壽命短、消耗量大、更換頻繁，并已成為目前制約鋼材生產(chǎn)的瓶頸之一。早期的導(dǎo)衛(wèi)材料是普通碳鋼和鑄鐵，其產(chǎn)品耐磨性差、使用壽命低；后來(lái)使用WC硬質(zhì)合金，雖然有效地改善了其耐磨性,但是仍然存在脆性大、耐激熱激冷性差，使用中會(huì)發(fā)生“粘鋼”現(xiàn)象，導(dǎo)致紅鋼不能順利軋制，進(jìn)而影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量；鎳基導(dǎo)衛(wèi)材料抗熱沖擊性能和抗高溫氧化性能好，但是其價(jià)格昂貴，經(jīng)濟(jì)效益差；合肥東方節(jié)能科技股份有限公司前期研制的DF-2導(dǎo)輥，其合金硬度高、耐磨性好，但是Cr含量為24%~25%，容易產(chǎn)生裂紋。目前，軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)大多采用奧氏體耐熱鋼，該材質(zhì)具有較好的高溫穩(wěn)定性和韌性，但是其高溫耐磨性差，致使產(chǎn)品磨損嚴(yán)重，過(guò)鋼量一般不超過(guò)800噸，使用壽命低。
[0003]由于工作過(guò)程中軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)直接與紅鋼接觸，因此其關(guān)鍵性能是要求應(yīng)具有良好的高溫耐磨性，以提高其使用壽命。目前，傳統(tǒng)的導(dǎo)衛(wèi)材料已經(jīng)不能滿足其要求，因此，研發(fā)新型高溫耐磨合金迫在眉睫 。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為避免上述已有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)用高溫耐磨合金材料及軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)熱處理方法，以解決傳統(tǒng)導(dǎo)衛(wèi)材料在服役時(shí)磨損嚴(yán)重、壽命短、替換頻繁等問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案。
[0006]軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)用高溫耐磨合金材料，其特點(diǎn)是，該高溫耐磨合金材料的各組分按質(zhì)量百分比的構(gòu)成為:C:1.45~1.6%，Cr:11~12.5%，余量為Fe，且Cr和C之間的質(zhì)量百分比的比例為:Cr/C=7~8。
[0007]本發(fā)明的一種軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)用高溫耐磨合金材料還具有以下技術(shù)特點(diǎn)。
[0008]該高溫耐磨合金材料還包含了 Si和Mn，Si和Mn所占的質(zhì)量百分比分別為:Si:
0.8 ~1.2%，Mn:0.4 ~0.8%。
[0009]該高溫耐磨合金材料還包含了 N1、Mo和Cu ;N1、Mo和Cu所占的質(zhì)量百分比分別為:Ni0.4 ~0.6%、Mo0.05 ~0.1%、Cu0.15 ~0.2%。
[0010]本發(fā)明還提供了一種軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)熱處理方法。
[0011]軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)熱處理方法，其特點(diǎn)是，軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)是由權(quán)利要求上文所述的高溫耐磨合金材料制成的，其熱處理方法包括如下步驟:
[0012]步驟1:首先，對(duì)軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)在200°C~300°C溫度下進(jìn)行低溫去應(yīng)力退火，時(shí)間為4小時(shí)~6小時(shí),爐冷至室溫；
[0013]步驟2:然后，經(jīng)過(guò)500°C~600°C的預(yù)熱，保溫4小時(shí)，并進(jìn)行960°C~1050°C的固溶處理2小時(shí)~3小時(shí)；
[0014]步驟3:最后，以80°C~100°C /小時(shí)的加熱速度加熱至440°C~480°C;進(jìn)行2小時(shí)~3小時(shí)的440°C~480°C高溫回火，空冷至室溫；
[0015]步驟4:最后在270°C~290°C低溫回火5小時(shí)，隨爐冷卻至室溫。
[0016]所述步驟I中，所述低溫去應(yīng)力退火過(guò)程由室溫加熱至200°C~300°C的升溫速度為60V~80°C /小時(shí)。
[0017]所述步驟2中，所述固溶處理過(guò)程由室溫加熱至960°C~1050°C的升溫速度為90。。~IlO0C / 小時(shí)。
[0018]所述步驟3中，所述高溫回火過(guò)程由室溫加熱至440°C~480°C的升溫速度為80。。~IOO0C / 小時(shí)。
[0019]所述步驟4中，所述低溫回火過(guò)程由室溫加熱至270°C~290°C的升溫速度為15°C~20°C / 小時(shí)。
[0020]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在:
[0021]本發(fā)明的軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)`用高溫耐磨合金材料及軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)熱處理方法，通過(guò)調(diào)整碳、鉻、錳等合金元素的質(zhì)量百分比，其組分為:c含量1.45~1.6wt%、Cr含量11~12.5wt%、Mn含量0.4~0.8被％等，獲得均勻、不連續(xù)的高耐磨組織(Cr，F(xiàn)e)7C3(HV1200~1800);同時(shí)加入合金元素N1、Mo、Cu，以提高淬透性，產(chǎn)生二次硬化，并且使碳化物細(xì)小且均勻分布。其熱處理工藝為:首先在200~300°C的低溫進(jìn)行去應(yīng)力退火；然后經(jīng)過(guò)500~600°C的預(yù)熱，并進(jìn)行960~1050°C的固溶處理；最后進(jìn)行440~480°C的高溫回火和270~290°C的低溫回火，以有效固溶合金元素，并使二次碳化物均勻和不連續(xù)析出，實(shí)現(xiàn)有效消除內(nèi)應(yīng)力，防止裂紋萌生。該發(fā)明顯著提高了導(dǎo)衛(wèi)材料的高溫耐磨性、高溫?zé)釓?qiáng)性和熱穩(wěn)定性能，與傳統(tǒng)導(dǎo)衛(wèi)材料相比，可提高使用壽命3~4倍，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。
[0022]本發(fā)明的鉻基高溫耐磨合金具有很高的硬度和優(yōu)良的沖擊性能，其耐磨性比普通合金鋼高，其中存在的大量鉻元素與碳化合生成的碳化物(Cr，F(xiàn)e)7C3，其硬度可高達(dá)HV1300~1800。因此，調(diào)整碳含量可以使導(dǎo)衛(wèi)材料的硬度達(dá)到HRC60~65，它不僅硬度高，而且還兼有良好的抗高溫和抗腐蝕性能；而且加入的C、Cr和Mo能較好地提高合金的淬透性，使熱處理后的鋼具有較高的強(qiáng)度和耐磨能力；Cu還能使鋼具有良好的塑性和導(dǎo)熱性，能夠在軋機(jī)激熱激冷的惡劣環(huán)境下使用而不炸裂。
[0023]本發(fā)明的軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)用高溫耐磨合金材料及軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)熱處理方法，具有可提高導(dǎo)衛(wèi)材料的高溫耐磨性、高溫?zé)釓?qiáng)性和熱穩(wěn)定性能、使得軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)的使用壽命提高了 3~4倍等優(yōu)點(diǎn)。
[0024]以下通過(guò)【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0025]軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)用高溫耐磨合金材料，其各組分按質(zhì)量百分比的構(gòu)成為:C:1.45~1.6%，Cr:11~12.5%，余量為Fe，且Cr和C之間的質(zhì)量百分比的比例為:Cr/C=7~8。
[0026]本發(fā)明的軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)用高溫耐磨合金材料及軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)的制備過(guò)程包括下面5個(gè)步驟，先獲得液態(tài)的耐磨合金材料，而后將液態(tài)的耐磨合金材料鑄造成軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)。
[0027]這5個(gè)步驟依次為:
[0028]a.配料及裝料:將廢鋼、鋼屑、生鐵、純鎮(zhèn)、鑰鐵、絡(luò)鐵、猛鐵、娃鐵、純銅等原材料按以下化學(xué)成分的質(zhì)量百分比進(jìn)行原材料的配料:C1.45~1.6wt%，Si0.8~1.2wt%，Mn0.4 ~0.8wt%,P ^ 0.03wt%,S ^ 0.03wt%,Crll ~12.5wt%,Ni0.4 ~0.6wt%,Mo0.05 ~0.lwt%, Cu0.15~0.2wt%0其中，爐料的平均含碳量按規(guī)格成分的下限配入，且原材料表面應(yīng)無(wú)油污、無(wú)粘砂雜物、無(wú)可剝落的氧化皮；然后，向感應(yīng)電爐中加料。廢鋼、鋼屑、生鐵、純鎳、鑰鐵、鉻鐵等原材料在裝料時(shí)加入，錳鐵、硅鐵在熔煉過(guò)程中加入。加料時(shí)，在坩堝底部先加小塊料，小塊料上加鐵合金，上面加中塊料，坩堝邊緣部位加大塊料，并在大塊料的縫隙密實(shí)地填滿小塊料。
[0029]b.合金熔煉:開始通電時(shí)，先供給60%左右的功率，待電流沖擊停止后將功率逐步加大至最大值。下部爐料熔化后注意搗料，防止搭棚，并不斷加料以保持爐料緊實(shí)。大部分爐料熔化后，加入1.2%的造渣材料(石灰粉:氟石粉=2:1)造渣覆蓋鋼液。爐料約熔清95%時(shí)，取鋼樣進(jìn)行全分析，并將其余5%的爐料加入爐內(nèi)。渣料化清后,往爐渣面上加脫氧劑(石灰粉:鋁粉=1:2)進(jìn)行擴(kuò)散脫氧。同時(shí)，根據(jù)化學(xué)成分分析結(jié)果調(diào)整鋼液的化學(xué)成分，其中硅、錳含量在出鋼前10分鐘內(nèi)通過(guò)加入硅鐵、錳鐵進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)鋼水升溫至1560°C且圓杯試樣收縮良好時(shí)，拔出一半爐洛，插入0.2%的娃鈣進(jìn)一步脫氧,然后往洛面上撒一層石灰粉和鋁粉的脫氧劑。當(dāng)鋼液溫度達(dá)到1580°C以上時(shí)，除去全部爐渣，隨即加入0.07%的冰晶石粉并將鋁垂直插入爐底。然后攪拌鋼液，停電傾爐出鋼，獲得液態(tài)的高溫耐磨合金材料，即合金材料鋼液。
[0030]對(duì)于高溫耐磨合金材料的鋼液，可根據(jù)需要制成各種鑄件，如各種規(guī)格的軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)裝置。當(dāng)鋼液冷卻至1530-1540°C時(shí)澆注高度為20mm型號(hào)的軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)，冷卻后即得導(dǎo)衛(wèi)鑄件。`
[0031]c.退火及粗加工:將步驟b得到的導(dǎo)衛(wèi)鑄件由室溫加熱至200~300°C進(jìn)行去應(yīng)力退火，然后采用常規(guī)刀具對(duì)導(dǎo)衛(wèi)鑄件進(jìn)行切削加工。
[0032]d.固溶處理及回火:將步驟c切削加工后的導(dǎo)衛(wèi)由室溫加熱至960~1050°C進(jìn)行固溶處理，然后分別加熱至440~480°C和270~290°C進(jìn)行回火處理。
[0033]f.精加工:將步驟d回火處理后的導(dǎo)衛(wèi)用硬質(zhì)合金刀具精加工成成品導(dǎo)衛(wèi)。
[0034]用本發(fā)明的高溫耐磨合金材料制造軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)的詳細(xì)過(guò)程如下:
[0035]al:精密鑄造:取各原材料并按規(guī)定配比配成混合料待用，再制備軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi):
[0036]首先，用低溫蠟基模料制成導(dǎo)衛(wèi)模型，用硅溶膠一水玻璃復(fù)合型殼制殼工藝制得導(dǎo)衛(wèi)模型型殼。在硅溶膠一水玻璃復(fù)合模型型殼制備過(guò)程中，在導(dǎo)衛(wèi)模型上先涂抹2-4層硅溶膠，涂3-5層水玻璃并蒸汽脫蠟后，得到導(dǎo)衛(wèi)模型型殼；
[0037]然后，焙燒導(dǎo)衛(wèi)模型型殼，焙燒溫度為950-1000，°C保溫時(shí)間為40分鐘。焙燒結(jié)束后，將配制的混合料倒入導(dǎo)衛(wèi)模型型殼內(nèi)進(jìn)行澆注；鐵水的出爐溫度為1600-1620°C ;澆注溫度為1530-1540°C;導(dǎo)衛(wèi)模型型殼溫度為450-550°C;澆注后，將制成的導(dǎo)衛(wèi)自然冷卻至室溫，去除澆注系統(tǒng)后得到導(dǎo)衛(wèi)；[0038]bl:退火:將步驟a加工成的導(dǎo)衛(wèi)由室溫以60~80°C /小時(shí)的速度加熱至200~300°C并保溫4~6 h進(jìn)行去應(yīng)力退火，隨后爐冷至室溫；
[0039]Cl:粗加工:采用常規(guī)刀具對(duì)步驟b得到的導(dǎo)衛(wèi)進(jìn)行切削加工；
[0040]dl:固溶處理:將切削加工后的導(dǎo)衛(wèi)由室溫加熱至500~600°C保溫4h，再以90~Iio0C /小時(shí)的速度加熱至960~1050°C進(jìn)行固溶處理保溫2~3h，隨后風(fēng)冷至室溫；
[0041]el:回火:將經(jīng)過(guò)固溶處理后的導(dǎo)衛(wèi)由室溫以80~100°C /小時(shí)的速度加熱至440~480°C回火保溫2~3h，并空冷至室溫；然后以15~20°C /小時(shí)的升溫速度加熱至270~290°C回火5h，隨爐冷卻至室溫；
[0042]fl:精加工:將經(jīng)過(guò)回火處理后的導(dǎo)衛(wèi)用硬質(zhì)合金刀具精加工成成品導(dǎo)衛(wèi)。
[0043]本高溫耐磨合金材料中包含了大量的均勻、不連續(xù)高耐磨組織(Cr, Fe) 7C3,其硬度為HV1300~1800，因此，與傳統(tǒng)導(dǎo)衛(wèi)材料相比，本發(fā)明研制的新型高溫耐磨合金的使用壽命大大提高。以高度20mm型號(hào)的軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)為例，該型號(hào)傳統(tǒng)導(dǎo)衛(wèi)的使用壽命——過(guò)鋼量一般均在800噸以下，而本新型高溫耐磨合金導(dǎo)衛(wèi)的使用壽命一過(guò)鋼量一般均在3300噸以上，甚至可達(dá)4050噸，使得軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)的使用壽命提高了 3~4倍。該高溫耐磨合金材料還包含有雜質(zhì)P和S，其中要確保P和S的質(zhì)量百分比的范圍為:P ( 0.03%、S ( 0.03%,以提高冶金質(zhì)量，防止熱脆和冷脆。
[0044]該高溫耐磨合金材料還包含了 Si和Mn，Si和Mn所占的質(zhì)量百分比分別為:Si:
0.8~1.2%,Mn:0.4~0.8%。通過(guò)加入Si和Mn這兩種金屬，以提高導(dǎo)衛(wèi)的淬透性和韌性。
[0045]該高溫耐磨合金材`料還包含了 N1、Mo和Cu ;N1、Mo和Cu所占的質(zhì)量百分比分別為:Ni0.4 ~0.6%、Mo0.05 ~0.1%、Cu0.15 ~0.2%。
[0046]通過(guò)加入N1、Mo和Cu這三種金屬,可以提高高溫耐磨合金材料的淬透性,產(chǎn)生二次硬化，并且使碳化物細(xì)小且均勻分布。
[0047]軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)熱處理方法，其特點(diǎn)是，軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)是由權(quán)利要求上文所述的高溫耐磨合金材料制成的，其熱處理方法包括如下步驟:
[0048]步驟1:首先，對(duì)軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)在200°C~300°C溫度下進(jìn)行低溫去應(yīng)力退火，時(shí)間為4小時(shí)~6小時(shí),爐冷至室溫；
[0049]步驟2:然后，經(jīng)過(guò)500°C~600°C的預(yù)熱，保溫4小時(shí)，并進(jìn)行960°C~1050°C的固溶處理2小時(shí)~3小時(shí)；
[0050]步驟3:最后，以80°C~100°C /小時(shí)的加熱速度加熱至440°C~480°C，進(jìn)行2小時(shí)~3小時(shí)的440°C~480°C高溫回火，空冷至室溫；
[0051]步驟4:最后在270°C~290°C低溫回火5小時(shí)，隨爐冷卻至室溫。
[0052]所述步驟I中，所述低溫去應(yīng)力退火過(guò)程由室溫加熱至200°C~300°C的升溫速度為60V~80°C /小時(shí)。
[0053]所述步驟2中，所述固溶處理過(guò)程由室溫加熱至960°C~1050°C的升溫速度為90。。~IlO0C / 小時(shí)。
[0054]所述步驟3中，所述高溫回火過(guò)程由室溫加熱至440°C~480°C的升溫速度為80。。~IOO0C / 小時(shí)。
[0055]所述步驟4中，所述低溫回火過(guò)程由室溫加熱至270~V 290 V的升溫速度為15°C~20°C / 小時(shí)。[0056]本發(fā)明提供的軋機(jī)用新型高溫耐磨合金材料，在傳統(tǒng)鉻基高溫耐磨合金的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整化學(xué)成分并使用不同的熱處理工藝，以改善和提高合金硬度和韌性，從而滿足導(dǎo)衛(wèi)材料惡劣的工作環(huán)境和極高的性能要求。本發(fā)明所述高溫耐磨合金材料的各組分為:C1.45 ~1.6wt% (質(zhì)量百分比)，Si0.8 ~1.2wt%, Mn0.4 ~0.8wt%, P ≤ 0.03wt%,S^0.03wt%, Crll ~12.5wt%, Ni 0.4 ~0.6wt%,Mo0.05 ~0.lwt%, Cu0.15 ~0.2wt%。wt%表示質(zhì)量百分比。S1、Mn、N1、Mo和Cu等材料為可添加的材料,從而提高合金材料的淬透性和韌性等特性。
[0057]C含量為Cl.45~1.6wt%，使C與合金元素配合，形成高硬度且彌散分布的M7C3型合金碳化物，保證合金有高的硬度、耐磨性和紅硬性；Si含量為0.8~1.2wt%, Mn含量為0.4~0.8wt%,使合金具有很好的固溶強(qiáng)化效果，提高合金的熱強(qiáng)性；Cr含量為11~12.5wt%，有利于提高合金的淬透性和耐磨性，并在合金表面形成致密的鉻氧化膜，以增強(qiáng)抗氧化性能，預(yù)防粘鋼，提升抗高溫腐蝕性能；加入少量的N1、Mo、Cu等合金元素便于形成大量細(xì)小、彌散、堅(jiān)硬而不聚集長(zhǎng)大的合金碳化物，以造成二次硬化效應(yīng)，同時(shí)具有良好的韌性。
[0058]熱處理的主要過(guò)程為:以60~80°C /小時(shí)的速度加熱至200~300°C并保溫4~6 h進(jìn)行去應(yīng)力退火，隨后爐冷至室溫，以便在較短時(shí)間內(nèi)低溫消除導(dǎo)衛(wèi)內(nèi)應(yīng)力；然后，隨爐加熱至500~600°C保溫4h，目的是預(yù)熱和減少高溫加熱時(shí)間；再以90~110°C /小時(shí)的速度加熱至960~1050°C進(jìn)行固溶處理保溫2~3h，隨后風(fēng)冷至室溫，目的是使碳化物充分溶解，以提高合金的紅硬性；隨后，以80~100°C /小時(shí)的速度加熱至440~480°C回火保溫2~3h，并空冷至室溫，以析出二次碳化物并盡可能獲得少的奧氏體和低的殘余應(yīng)力；最后，以15~20°C /小時(shí)的升溫速度加熱至270~290°C回火5h，隨爐冷卻至室溫，進(jìn)一步消除內(nèi)應(yīng)力。
[0059]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的高溫耐磨合金材料及導(dǎo)衛(wèi)有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)。
[0060]1、本發(fā)明使用材質(zhì)與現(xiàn)有導(dǎo)衛(wèi)材質(zhì)不同。為了提高導(dǎo)衛(wèi)材料的硬度和韌性，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種新型的鉻基高溫耐磨合金。該合金是在傳統(tǒng)鉻基高溫耐磨合金(C:
0.70-1.40wt% ；Cr:8.00-14.00wt%)的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整合金成分，尤其是調(diào)整碳、鉻含量，使得C含量為1.45~1.6wt%，Cr含量為11~12.5wt%。本發(fā)明設(shè)計(jì)的新型鉻基高溫耐磨合金相對(duì)傳統(tǒng)鉻基高溫耐磨合金具有更好的耐磨性；但與目前使用的高Cr(含量24%~25%)、高C (含量3.10~3.45%)導(dǎo)衛(wèi)材料相比，其Cr、C含量都有較大幅度的降低，然而Cr/C比保持在7~8之間，這不但有效降低了原材料成本，而且材質(zhì)產(chǎn)生裂紋的幾率也大大減小。同時(shí)，由于C與Cr、Mo等合金元素形成二次碳化物并造成二次硬化，從而具有高的耐磨性；未溶的碳化物還能阻止晶粒長(zhǎng)大，提高合金的紅硬性和耐磨性；而且，鉻能形成致密的、高熔點(diǎn)、穩(wěn)定的氧化膜(Cr2O3),具有很好的高溫強(qiáng)度。此外，本發(fā)明在原材料設(shè)計(jì)時(shí)還添加了少量的Cu以提高合金的塑性和導(dǎo)熱性，使碳化物變細(xì)、不連續(xù)，防止導(dǎo)衛(wèi)在急冷急熱的使用環(huán)境中產(chǎn)生炸裂。
[0061]2、本發(fā)明的熱處理工藝與導(dǎo)衛(wèi)現(xiàn)用熱處理工藝不同。為了有效提高導(dǎo)衛(wèi)材料的高溫耐磨性能，本發(fā)明合理設(shè)計(jì)了熱處理方式以改善合金的組織結(jié)構(gòu)。目前導(dǎo)衛(wèi)材料常用的熱處理工藝是“1050°C淬火+450°C—次回火”，而本發(fā)明采用的是“低溫退火+固溶處理+ 二次回火”的熱處理方式，即預(yù)先在200~300°C的低溫進(jìn)行去應(yīng)力退火；然后在500~600°C預(yù)熱，再進(jìn)行960~1050°C的固溶處理；最后進(jìn)行二次回火——一次440~480°C的高溫回火和一次270~290°C的低溫回火，這樣可以有效固溶合金元素，并使二次碳化物均勻和不連續(xù)析出，可實(shí)現(xiàn)有效消除內(nèi)應(yīng)力，防止裂紋的萌發(fā)。
[0062]3、本發(fā)明材質(zhì)的基體組織與現(xiàn)用導(dǎo)衛(wèi)材質(zhì)的基體組織不同。本發(fā)明材質(zhì)的基體組織為高硬度的片狀馬氏體，在基體上均勻地分布著細(xì)小顆粒狀和針狀(纖維狀)的二次碳化物(0{6)7(:3，其顯微硬度高達(dá)取1300~1800 ;相對(duì)于傳統(tǒng)導(dǎo)衛(wèi)材質(zhì)的低塑性?shī)W氏體或魚骨狀萊氏體組織基體，本發(fā)明材質(zhì)制成的導(dǎo)衛(wèi)部件的硬度更高，耐磨性更好，而且沖擊韌性也更優(yōu)越；同時(shí)，本發(fā)明相對(duì)于常用高鉻合金的二次碳化物(M23C6型復(fù)雜碳化物的顯微硬度為HV1200，M3C型碳化物的顯微硬度為HV1000~1100)，其硬度更高，耐磨性更好。
[0063]4、本發(fā)明導(dǎo)衛(wèi)部件的性能和使用壽命與傳統(tǒng)導(dǎo)衛(wèi)部件不同。傳統(tǒng)導(dǎo)衛(wèi)硬度HRC< 40，本發(fā)明的導(dǎo)衛(wèi)材料的工作表面硬度可達(dá)到HRC60~65，沖擊韌性為10~llj/m2，具有很好的高溫強(qiáng)度、高溫耐磨性和抗熱沖擊性；在9501:時(shí)的平均氧化速度不超過(guò)0.02g/m2h,因而抗氧化能力強(qiáng)，蠕變強(qiáng)度和持續(xù)疲勞強(qiáng)度均較高。以高度20mm型號(hào)的軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)為例，其使用壽命與傳統(tǒng)導(dǎo)衛(wèi)相比，導(dǎo)衛(wèi)工作過(guò)程中的過(guò)鋼量可由傳統(tǒng)導(dǎo)衛(wèi)過(guò)鋼量的不超過(guò)800噸提升到目前的3300噸過(guò)鋼量以上，本發(fā)明導(dǎo)衛(wèi)的使用壽命提高了 3~4倍，顯著降低了導(dǎo)衛(wèi)的更換頻率，大大提高了生產(chǎn)效率，且能夠替代進(jìn)口導(dǎo)衛(wèi)，不但經(jīng)濟(jì)效益明顯，而且社會(huì)效益顯著。
[0064]本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例的方案如下(高度20mm型號(hào)的軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi))。
[0065]實(shí)施例1
[0066]化學(xué)成分:C1.45wt%, Sil.2wt%, Mn0.8wt%, P ≤ 0.03wt%, S ≤ 0.03wt%, Crllwt%,Ni0.6wt%，Mo0.lwt%，Cu0.2wt%。
[0067]熱處理工藝:以80°C /小時(shí)的升溫速度在200°C保溫4h，爐冷至室溫；然后隨爐加熱至500°C保溫4h ;再以110°C /小時(shí)的升溫速度加熱至960°C保溫2h，風(fēng)冷至室溫；隨后以80°C /小時(shí)的速度在440°C回火保溫2h，空冷至室溫；最后以20°C /小時(shí)的升溫速度在270°C保溫5h后隨爐冷卻至室溫。
[0068]常溫性能測(cè)試:微觀硬度:基體中細(xì)小、彌散、均勻分布的碳化物(Cr，F(xiàn)e)7C3的顯微硬度為HV1300~1520 ;宏觀硬度:導(dǎo)衛(wèi)工作表面層硬度HRC60~62.5 ;沖擊韌性:11J/
m2o
[0069]經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試,平均使用壽命為:過(guò)鋼量3320噸。
[0070]實(shí)施例2
[0071]化學(xué)成分:C1.5wt%, Sil.0wt%, Mn0.7wt%, P ≤ 0.03wt%, S ≤ 0.03wt%, Crll.5wt%,Ni0.5wt%，Mo0.08wt%，Cu0.18wt%。
[0072]熱處理工藝:以70°C /小時(shí)的升溫速度在250°C保溫5h，爐冷至室溫；然后隨爐加熱至550°C保溫4h ;再以100°C /小時(shí)的升溫速度加熱至1000°C保溫2h，風(fēng)冷至室溫；隨后以90°C /小時(shí)的速度在460°C回火保溫2.5h，空冷至室溫；最后以18°C /小時(shí)的升溫速度在280°C保溫5h后隨爐冷卻至室溫。
[0073]常溫性能測(cè)試:微觀硬度:基體中碳化物(Cr，F(xiàn)e)7C3的顯微硬度為HV1450~1600 ;宏觀硬度:導(dǎo)衛(wèi)工作表面層硬度HRC62~63.5 ;沖擊韌性:10.8J/m2。
[0074]經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試,平均使用壽命為:過(guò)鋼量3530噸。[0075]實(shí)施例3
[0076]化學(xué)成分:C1.55wt%, Si0.8wt%, Mn0.6wt%, P ≤ 0.03wt%, S ≤ 0.03wt%, Crl2wt%,Ni0.5wt%，Mo0.07wt%，Cu0.17wt%0
[0077]熱處理工藝:以60°C /小時(shí)的升溫速度在300°C保溫6h，爐冷至室溫；然后隨爐加熱至600°C保溫4h ;再以90°C /小時(shí)的升溫速度加熱至1050°C保溫2.5h，風(fēng)冷至室溫；隨后以100°C /小時(shí)的速度在480°C回火保溫2.5h，空冷至室溫；最后以15°C /小時(shí)的升溫速度在290°C保溫5h后隨爐冷卻至室溫。
[0078]常溫性能測(cè)試:微觀硬度:基體中碳化物(Cr，F(xiàn)e)7C3的顯微硬度為HV1500~1650 ;宏觀硬度:導(dǎo)衛(wèi)工作表面層硬度HRC63~64 ;沖擊韌性:10.7J/m2。
[0079]經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試,平均使用壽命為:過(guò)鋼量3760噸。
[0080]實(shí)施例4
[0081]化學(xué)成分:C1.6wt%, Si0.8wt%, Mn0.5wt%, P ≤ 0.03wt%, S ≤ 0.03wt%, Crl2wt%,Ni0.4wt%，Mo0.06wt%，Cu0.16wt%。
[0082]熱處理工藝:以60°C /小時(shí)的升溫速度在250°C保溫5h，爐冷至室溫；然后隨爐加熱至600°C保溫4h ;再以90°C /小時(shí)的升溫速度加熱至1050°C保溫3h，風(fēng)冷至室溫；隨后以100°C /小時(shí)的速度在480°C回火保溫3h，空冷至室溫；最后以15°C /小時(shí)的升溫速度在290°C保溫5h后隨爐冷卻至室溫。
[0083]常溫性能測(cè)試:微觀硬度:基體中碳化物(Cr，F(xiàn)e)7C3的顯微硬度為HV1600~1700 ;宏觀硬度:導(dǎo)衛(wèi)工作表面層硬度HRC63~64.5 ;沖擊韌性:10.3J/m2。
[0084]經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試,平均使用壽命為:過(guò)鋼量3910噸。
[0085]實(shí)施例5
[0086]化學(xué)成分:C1.6wt%, Si0.8wt%, Mn0.4wt%, P ≤ 0.03wt%, S≤ 0.03wt%, Cr 12.5wt%,Ni0.4wt%，Mo0.05wt%，Cu0.15wt%。
[0087]熱處理工藝:以60°C /小時(shí)的升溫速度在300°C保溫5h，爐冷至室溫；然后隨爐加熱至600°C保溫4h ;再以90°C /小時(shí)的升溫速度加熱至1050°C保溫3h，風(fēng)冷至室溫；隨后以100°C /小時(shí)的速度在480°C回火保溫3h，空冷至室溫；最后以15°C /小時(shí)的升溫速度在290°C保溫5h后隨爐冷卻至室溫。
[0088]常溫性能測(cè)試:微觀硬度:基體中碳化物(Cr，F(xiàn)e)7C3的顯微硬度為HV1650~1800 ;宏觀硬度:導(dǎo)衛(wèi)工作表面層硬度HRC64~65 ;沖擊韌性:10J/m2。
[0089]經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試,平均使用壽命為:過(guò)鋼量4050噸。
[0090]通過(guò)以上去應(yīng)力退火、固溶和高溫及低溫回火處理，可以有效固溶合金元素，并使二次碳化物均勻和不連續(xù)析出，實(shí)現(xiàn)有效消除內(nèi)應(yīng)力，防止裂紋萌生，提高導(dǎo)衛(wèi)材料的高溫耐磨性、高溫?zé)釓?qiáng)性和熱穩(wěn)定性能，并提高使用壽命，硬度可達(dá)到HRC60~65，壽命相對(duì)于傳統(tǒng)導(dǎo)衛(wèi)可提高3~4倍。
[0091]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)用高溫耐磨合金材料，其特征是，該高溫耐磨合金材料的各組分按質(zhì)量百分比的構(gòu)成為:C:1.45~1.6%，Cr:11~12.5%，余量為Fe，且Cr和C之間的質(zhì)量百分比的比例為:Cr/C=7~8。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)用高溫耐磨合金材料，其特征是，該高溫耐磨合金材料還包含了 Si和Mn，Si和Mn所占的質(zhì)量百分比分別為:S1:0.8~1.2%,Mn:0.4~0.8%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)用高溫耐磨合金材料，其特征是，該高溫耐磨合金材料還包含了 N1、Mo和Cu ;N1、Mo和Cu所占的質(zhì)量百分比分別為:Ni0.4~0.6%、Mo0.05~0.1%, Cu0.15 ~0.2%ο
4.軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)熱處理方法，其特征是，軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)是由權(quán)利要求1-3之一所述的高溫耐磨合金材料制成的，其熱處理方法包括如下步驟: 步驟1:首先，對(duì)軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)在200°C~300°C溫度下進(jìn)行低溫去應(yīng)力退火，時(shí)間為4小時(shí)~6小時(shí),爐冷至室溫； 步驟2:然后，經(jīng)過(guò)500°C~600°C的預(yù)熱，保溫4小時(shí)，并進(jìn)行960~。C 1050°C的固溶處理2小時(shí)~3小時(shí)； 步驟3:最后，以80°C~100°C /小時(shí)的加熱速度加熱至440°C~480°C;進(jìn)行2小時(shí)~3小時(shí)的440°C~480°C高溫回火，空冷至室溫； 步驟4:最后在270°C~290°C低溫回火5小時(shí)，隨爐冷卻至室溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)熱處理方法，其特征是，所述步驟I中，所述低溫去應(yīng)力退火過(guò)程由室溫加熱至200°C~300°C的升溫速度為60V~80°C /小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)熱處理方法，其特征是，所述步驟2中，所述固溶處理過(guò)程由室溫加熱至960°C~1050`°C的升溫速度為90°C~110°C /小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)熱處理方法，其特征是，所述步驟3中，所述高溫回火過(guò)程由室溫加熱至440°C~480°C的升溫速度為80°C~100°C /小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)熱處理方法，其特征是，所述步驟4中，所述低溫回火過(guò)程由室溫加熱至270°C~290°C的升溫速度為15°C~20°C /小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C22C38/44GK103757545SQ201410044112
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月29日
【發(fā)明者】徐慶云, 趙家柱, 吳鵬, 曹文明, 趙仕堂, 季方, 張有德, 郁應(yīng)海, 王磊, 李益新 申請(qǐng)人:合肥東方節(jié)能科技股份有限公司