CN102251183B - 一种含硼高铬耐磨合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种含硼高铬耐磨合金及其制备方法，属于耐磨材料技术领域。化学组成及质量百分数：0.30～0.42C，10.0～11.5Cr，3.0～3.6B，1.6～2.0Mn，0.20～0.25N，0.08～0.15La，0.08～0.15Ce，0.18≤La+Ce≤0.26，0.10～0.15Ti，0.15～0.20K，0.12～0.20Zn，0.16～0.20Mg，Si＜0.45，S＜0.035，P＜0.035，余量为Fe。本发明合金经冶炼和铸造成形、打磨清理和200～240℃去应力处理后可以直接使用，具有制备工艺简便、能耗低、不加贵重合金元素和生产成本低廉等优势，推广应用具有很好的效果。

Description

一种含硼高铬耐磨合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及高铬耐磨合金及其制备方法，特别涉及一种含硼高铬耐磨合金及其制备方法，属于耐磨材料技术领域。

背景技术

耐磨材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，耐磨材料约占85％。随着信息社会的到来，特种耐磨材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。鉴于耐磨材料的重要地位，世界各国均十分重视耐磨材料技术的研究。1989年美国200多位科学家撰写了《90年代的材料科学与材料工程》报告，建议政府支持的6类材料中有5类属于耐磨材料。从1995年至2001年每两年更新一次的《美国国家关键技术》报告中，特种耐磨材料和制品技术占了很大的比例。2001年日本文部省科学技术政策研究所发布的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来的100项重要课题，一半以上的课题为新材料或依赖于新材料发展的课题，而其中绝大部分均为耐磨材料。欧盟的第六框架计划和韩国的国家计划等在他们的最新科技发展计划中，都把耐磨材料技术列为关键技术之一加以重点支持。各国都非常强调耐磨材料对发展本国国民经济、保卫国家安全、增进人民健康和提高人民生活质量等方面的突出作用。其中高铬合金是一种常用且重要的耐磨材料，为了改善高铬合金的性能，中国发明专利CN1150979公开了一种高铬抗磨铸钢，其化学成分及含量如下：1.2～2.5％C，Si、Mn≤0.6％，11.5～13.5％Cr，0.7～1.2％Mo，0.5～1.0％Cu，3.5～4.5％V，0.03～0.05％Re，S、P≤0.06％，其余为Fe。它具有高硬度，比传统耐磨材料其使用寿命有较大幅度提高，应用于特硬矿石的粉碎效果更加明显。中国发明专利CN101886204A还公开了一种制备多元合金化耐热耐磨高铬铸钢件的方法，其特征在于，该合金耐磨铸钢件含有下列化学成份：1.8～2.5％C，0.3～0.6％Si，2.5～3.5％Mn，2.5～3.0％Mo，2.2～3.0％Ni，0.1～0.3％Cu，0.2～0.3％Ti，P≤0.2％，S≤0.1％，稀土RE等微量合金元素为0.5％左右，余为铁。中国发明专利CN101634000还公开了一种含镍高铬铸钢及其应用，其组成为铬1.3-31.1％，钼0.16-12.25％，镍0.001-8％，稀土硅0.27-4.37％，碳0.17-3.5％，锰0.4-0.7％，余量为铁及冶炼引起的杂质。该含镍高铬铸钢具有良好的耐磨性能，能满足抛喷丸设备中对耐磨易损件中的耐磨要求，提高设备的使用寿命。但是上述高铬合金中含有价格昂贵的钒、钼、镍等合金元素，导致高铬合金生产成本增加，且高铬合金中碳含量较高，铸造和热处理过程中易开裂。

大量研究发现，硼是缩小γ相区元素，加入钢中易形成Fe₂B。硼在α铁及γ铁中的最大溶解度分别为0.008％及0.02％，微量硼在晶界上阻抑铁素体晶核的形成，从而延长奥氏体的孕育期，提高钢的淬透性。但随钢中碳含量的增加，此种作用逐渐减弱以至完全消失。为了改善高铬合金的性能，科技工作者开展了硼替代高铬合金中合金元素的研究。中国发明专利CN101660097公开了一种高硼高铬低碳耐磨合金钢及其制备方法，其化学成分按重量百分比为：0.10～0.5％C，3～26％Cr，0.5～1.2％Si，0.5～1.5％Mn，0.3～2.8％B，0.3-2.6％Cu，0.2-0.6％Ti，0.02-0.15％Ca，0.03-0.25％Ce，0.02-0.18％N，0.05～0.3％Nb，0.04～0.09％A1，0.02～0.15％Mg，0.04-0.13％K，S＜0.03％，P＜0.04％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。采用废钢、铬铁在电炉中熔化后加入铜板、硅铁、锰铁，炉前调整成分合格后，将熔体温度升高至1560-1620℃，加入硅钙合金和铝脱氧，然后依序加入钛铁和硼铁熔化出炉；将小于12mm的颗粒状稀土镁合金和金属铈、Si3N4、VN、Nb和K所组成的复合变质孕育剂经烘烤后放在钢水包底部，用包内冲入法对冶炼好的钢水进行变质孕育处理，钢水浇注温度为1400～1450℃；铸件经920～1150℃保温2-4小时，然后空冷到室温，即可得到本发明合金钢。中国发明专利CN101805869A还公开了一种含硼高铬高速钢轧辊材料及其热处理方法，其化学成分(质量分数，％)是：2.6-3.0C，2.0-2.8Mo，1.0-1.5W，0.6-1.0Nb，1.0-1.5V，24-28Cr，0.5-0.8B，0.7-1.2Ni，0.5-1.0Si，0.5-1.2Mn，0.008-0.015Ca，0.06-0.08Zn，0.02-0.05Ta，0.03-0.06RE，0.04-0.10K，其余为Fe和不可避免的微量杂质，该轧辊材料经熔炼、炉外变质、浇注和热处理后，精加工成轧辊。该发明轧辊材料硬度高、耐磨性好，且不需要高温热处理，具有工艺简便、能耗低和使用寿命长等特点，推广应用具有较好的经济效益。中国发明专利CN101260497还公开了含硼高铬耐磨铸铁及其制备方法，该发明铸铁成分及含量wt％为：碳2.5～3.5，铬15～28，硅0.5～1.2，锰0.5～1.2，硼0.15～0.3，钙0.008～0.03，钡0.03～0.08％，锶0.02～0.05％，铝0.03～0.08，钛0.20～0.5，镧0.02～0.06，铈0.02～0.06，硫＜0.04，磷＜0.05，余量为铁，且0.05≤镧+铈≤0.1，6≤铬/碳≤8。该发明将铸件于980～1050℃保温4～6h，再于250～500℃保温8～10h，得到该发明铸铁。中国发明专利CN101775558A还公开了一种铁铬硼铸造耐磨合金及其制造方法。合金的化学成分及其质量百分数(％)是：0.22-0.45C，12.0-18.0Cr，0.8-1.5Si，0.6-1.5Mn，0.9-1.2B，0.30-0.45Ni，0.02-0.04Mg，0.03-0.05Ce，0.04-0.08Ti，0.008-0.015N，0.06-0.09Zn，S＜0.04，P＜0.04，余量Fe。经熔炼、铸造和热处理后，铁铬硼铸造耐磨合金的硬度和韧性可以宽幅调整，以满足不同的磨损工况要求。中国发明专利CN101398122还公开了一种铁铬硼硅/FeS复合固体润滑薄膜及其制备方法，其是在基体上先用超音速等离子喷涂铁铬硼硅涂层，然后将该铁铬硼硅涂层进行低温离子渗硫处理制成的。本发明所述铁铬硼硅/FeS复合固体润滑薄膜是先喷铁铬硼硅涂层，然后对该涂层进行渗硫处理使其表层与硫蒸气反应形成FeS层，最终得到铁铬硼硅涂层的上部分为FeS固体润滑层。较之现有技术具有优良的纳米力学性能，抗摩减摩能力可以达到其20倍以上；该发明由于是铁铬硼硅涂层表面渗硫而得到的FeS层，因此其结构紧密，而且无论在干摩擦还是油润滑条件下其摩擦性能稳定，抗摩擦性能都更加优异。中国发明专利CN102069317A还公开了一种用于高铬铸铁大型耐磨件修复与再制造堆焊用药芯焊丝，其化学成分为(wt％)：高碳铬铁70-75，高碳锰铁2-4，硅铁1-2，钒铁1-3，钼铁1-3，稀土氧化物6-9，石墨10-15，硼铁1-2，铝/镁粉1-2，外皮采用低碳钢带，采用自制的药芯焊丝生产设备，药粉填充率为45％，经拉丝机两次拉拔成外径为Ф4的药芯焊丝。采用明弧焊方法，在高铬铸铁基体上堆焊上述药芯焊丝制造成特种耐磨件；或对报废的耐磨件进行堆焊修复，恢复其形状、尺寸，并获得更高的使用寿命。堆焊金属具有较高的硬度(HRC62-66)，在高应力磨料磨损和低冲击载荷作用下的碰撞磨损工况条件下，堆焊金属具有较高的耐磨性和抗剥落性能。中国发明专利CN101619410还公开了工程机械用纳米晶高铬铸铁复合孕育剂及其制备和应用方法，涉及含铬的铸铁合金，它是一种薄片状的纳米晶稀土硅铁+铁钛硼的工程机械用高铬铸铁复合孕育剂，由质量百分比为100∶6.67～10.0的Fe-Ce-Si-Ca中间合金和Fe-Ti-B中间合金组成，其纳米晶晶粒小于100nm，采用离心快淬甩带法制备，用它对工程机械用高铬铸铁合金组织进行晶粒和组织孕育细化处理，处理方法是金属熔融铸造法，结果显著细化了高铬铸铁合金基体晶粒和渗碳体相，并使渗碳体层片和颗粒更加细小，分布更加均匀，高铬铸铁液体中原位生成的TiB2颗粒也起到增强基体的作用，从而明显地提高了工程机械用高铬铸铁合金的综合力学性能。中国发明专利CN1714987还公开了一种高铬不锈耐磨药芯焊丝，以低碳钢带为外层***，其内的粉芯组成重量比为：高碳铬铁36～42，微碳铬铁26～32，金属铬粉15～17，钼铁2～4，钒铁3～5，碳化钨4～6，硼铁5～8，镍粉2～4，铌粉2～5，稀土硅2～3，填充量0.49～0.52，采用于焊丝粉芯的组成中增加铬含量和添加多元金属的技术方案，解决了长期困扰并影响设备堆焊质量和使用寿命的综合性问题，使之达到既具有高铬铸铁药芯焊丝的耐磨性，又保留了高铬铁素体不锈钢材料的耐腐蚀性能和比高铬铸铁好得多的抗裂性，熔敷金属硬度平均值HRC54。适用于耐磨、耐腐蚀、抗裂性要求高的零部件和设备的堆焊制造与修复，特别适用于如橡胶机械中的密炼机转子的堆焊制造。中国发明专利CN1636075还公开了抗腐蚀且抗冲蚀的高铬氮轴承合金，其包含下列组成(重量％)：28至48的铬，0.01至0.7的氮，0.5至30的锰，0.01至5的硼，0.3至2.5的碳，至多0.01至25的镍加钴，至多0.01至5的硅，至多0.01至8的铜，至多0.01至6的钼，至多各为2％的选自锆、钒、铈、钛、钨、铌、铝、钙及稀土元素中的元素，其余基本上为铁与其他微量元素或不可避免的杂质。该合金具有在奥氏体基体中包含亚共晶、共晶、铬的碳化物、硼化物与氮化物的显微结构，其中该基材具有饱和氮且无二次碳化物与氮化物。但是上述含硼高铬合金仍存在热处理工艺复杂、硬度较低和耐磨性较差等不足。

此外，上述含硼高铬铸造耐磨合金都要进行高温淬火处理，存在能耗高、生产周期长以及高温加热过程中氧化、脱碳、变形严重等许多问题，而采用堆焊工艺获得的含硼化物耐磨层与基体材料结合强度较低，在冲击磨损工况下易碎裂甚至剥落，难以抵抗重载高应力磨料磨损。因此，采用铸造成形方法，开发一种以强度高、韧性好的板条马氏体为基体，在基体上镶嵌一定数量的高硬度铁铬硼化物，在铸态下具有高硬度和优异耐磨性的含硼高铬耐磨合金，以满足高应力的磨料磨损工况，将具有极其重要的意义。

发明内容

本发明目的通过在普通中碳高铬钢中加入较多的硼元素，使其形成较多高硬度的铁铬硼化物，改善中碳高铬钢的耐磨性。由于硼在α-Fe和γ-Fe中的固溶度极低，为了改善钢的淬透性，还加入了适量的氮和锰。此外，为了改善铁铬硼化物的形态和分布，提高含硼高铬耐磨合金的强度和韧性，还加入少量的稀土、钛、锌、镁、钾等元素。本发明含硼高铬耐磨合金可以用普通熔炼设备熔炼钢水，钢水流动性好，结晶温度低，采用普通铸造方法易成形。结合采用低温回火处理工艺消除应力和稳定组织，可以获得硬度高和耐磨性好的含硼高铬耐磨合金。

本发明的目的可以通过以下措施来实现：

本发明含硼高铬耐磨合金的化学组成成分是(质量分数，％)：0.30～0.42C，10.0～11.5Cr，3.0～3.6B，1.6～2.0Mn，0.20～0.25N，0.08～0.15La，0.08～0.15Ce，0.18≤La+Ce≤0.26，0.10～0.15Ti，0.15～0.20K，0.12～0.20Zn，0.16～0.20Mg，Si＜0.45，S＜0.035，P＜0.035，余量为Fe。

本发明含硼高铬耐磨合金用电炉熔炼，其制造工艺步骤是：

①将废钢、铬铁、含氮铬铁混合加热熔化，钢水熔清后加入锰铁和硼铁；

②炉前调整成分合格后将温度升至1530～1570℃，加铝脱氧，而后出炉；

③将钛铁、金属锌、稀土镁合金和含钾物质破碎至粒度为6～10mm的小块，经150～180℃烘干2～3h后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理；

④用普通铸造方法成形，钢水浇注温度1440～1460℃；

⑤铸件经打磨清理后，随炉加热至200～240℃，保温8～10h后，炉冷至温度低于120℃后出炉空冷至室温。

合金材质的性能是由金相组织决定的，而一定的组织取决于化学成分及热处理工艺，本发明化学成分是这样确定的：

碳：碳是含硼高铬耐磨合金中的主要元素，其主要作用是提高基体硬度，改善合金耐磨性。含碳量过低，基体硬度低，耐磨性差，含碳量过高，基体脆性大，综合考虑，将碳含量控制在0.30～0.42％。

铬：铬是含硼高铬耐磨合金中的主要合金元素，部分铬进入硼化物，形成铁铬硼化物，铁铬硼化物的脆性明显小于铁硼化合物，可以确保铁铬硼化物具有良好的抵抗磨损的能力，且使用中铁铬硼化物不会开裂和剥落。部分铬进入基体，有利于改善基体淬透性。但是，铬是缩小γ相区的元素，加入量过多，易出现低硬度的铁素体基体，不利于改善含硼高铬耐磨合金的耐磨性，综合考虑，将铬含量控制在10.0～11.5％。

硼：硼也是含硼高铬耐磨合金中的主要合金元素，主要是为了获得高硬度的铁铬硼化物，部分硼溶入基体，有利于改善含硼高铬耐磨合金的淬透性和淬硬性。硼加入量过少，铁铬硼化物数量少，合金耐磨性低，硼加入量过多，铁铬硼化物数量太多，使含硼高铬耐磨合金的强度和韧性大幅度降低，综合考虑，将硼含量控制在3.0～3.6％。

氮：氮扩大奥氏体区，能明显提高合金的淬透性。加入量过多，易出现气孔，降低合金的致密性，因此控制在0.20～0.25％。

锰：锰是扩大γ相区的元素，锰在含硼高铬耐磨合金中除了部分进入铁铬硼化物外，主要溶于基体，明显改善含硼高铬耐磨合金淬透性，此外锰还有较好的脱氧作用。加入量过多时，铸态组织中残留奥氏体明显增加，反而降低含硼高铬耐磨合金的硬度和耐磨性，综合考虑，将锰含量控制在1.6～2.0％。

镧和铈：钢铁材料中加入微量稀土元素，有利于改善铸态结晶组织，细化晶粒、净化晶界、去除有害夹杂、提高铸造合金的韧性。镧和铈是轻稀土元素，也是表面活性元素，可以在共晶铁铬硼化物上选择吸附，共晶凝固时，它主要聚集于共晶铁铬硼化物择优生长的方向上，阻止钢液中Fe、Cr、B等原子正常长入共晶铁铬硼化物的晶体中，从而降低了共晶铁铬硼化物领先相在这个方向的生长速度，迫使共晶铁铬硼化物变小、变钝。此外，共晶奥氏体将伸入过冷相区中生长，对该生长方向上的铁铬硼化物形成包围外壳，也限制并降低了该方向上共晶铁铬硼化物的生长速度，这就进一步促使共晶铁铬硼化物变小、变钝。镧和铈也有增加奥氏体的形核作用，促使奥氏体组织更加紧密、细小和均匀，由于共晶铁铬硼化物和奥氏体的细化，导致含硼高铬耐磨合金的强度和韧性显著提高。但过量的镧和铈会促使含硼高铬耐磨合金中夹杂物增多，反而降低含硼高铬耐磨合金的强度和韧性，因此将镧含量控制在0.08～0.15％，铈含量控制在0.08～0.15％，且0.18％≤La+Ce≤0.26％。

钛：含硼高铬耐磨合金中加入钛后，可以与钢液中的碳和氮化合，生成细小的Ti(C，N)颗粒，Ti(C，N)颗粒熔点高，且与γ相的错配度为3.9％。根据Turnbull和Vonnegut(Turnbull Dand Vonnegut B.Nucleation Catalysis.Industrial and Engineering Chemistry.1952，44(6)：1292～1298)提出的错配度理论，在合金凝固过程中，当两相错配度小于12％，高熔点的化合物相能作为非自发核心，促进形核，使铸态组织细化，而且，错配度越小，效果越明显。Ti(C，N)与高温γ晶格具有很低的错配度，同时又具有很高的熔点，因此强烈的促进形核，可成为结晶核心，使铸态晶粒细化，改善含硼高铬耐磨合金的强韧性。此外，Ti(C，N)颗粒还可以作为共晶(Fe，Cr)₂B铁铬硼化物的结晶核心，促进(Fe，Cr)₂B铁铬硼化物的断网和孤立分布，也有助于提高含硼高铬耐磨合金的强韧性。钛加入量过少，形成的Ti(C，N)质点过少，对含硼高铬耐磨合金组织细化和(Fe，Cr)₂B铁铬硼化物的断网影响不明显，加入量过多，Ti(C，N)质点过多且易聚集长大，不利于细化含硼高铬耐磨合金组织，改善其力学性能。综合考虑，将钛含量控制在0.10～0.15％。

镁：凝固过程中镁富集在(Fe，Cr)₂B铁铬硼化物结晶生长前沿，阻碍(Fe，Cr)₂B铁铬硼化物的长大，促进(Fe，Cr)₂B铁铬硼化物的细小和孤立分布，有利于改善含硼高铬耐磨合金的强韧性，合适的镁加入量为0.16～0.20％。

锌：含硼高铬耐磨合金中加入少量锌后，(Fe，Cr)₂B铁铬硼化物变得细小、孤立和均匀，基体间的联系得以加强，有利于促进含硼高铬耐磨合金强度和耐磨性的提高，合适的锌加入量为0.12～0.20％。

钾：含硼高铬耐磨合金是一种性能优良的耐磨合金，但其脆性大的特点却阻碍了它的推广应用。提高含硼高铬耐磨合金强韧性的最适宜办法之一是通过改变凝固动力学条件，来获取形状不连续分布和尺寸细小的共晶(Fe，Cr)₂B铁铬硼化物。采用钾处理后的含硼高铬耐磨合金组织中，(Fe，Cr)₂B铁铬硼化物明显细化，呈团块状，网状分布基本消失，孤立化程度明显改善，这是因为加入钾后，含硼高铬耐磨合金初晶结晶温度和共晶结晶温降低。初晶结晶温度和共晶结晶温度的下降，说明用钾变质处理后的金属熔液在液相线和共晶区已过冷，这有利于共晶领先相(Fe，Cr)₂B铁铬硼化物的形成，使晶核数增加。另外，钾是表面活性元素，共晶结晶时选择性地吸附在共晶(Fe，Cr)₂B铁铬硼化物择优生长方向的表面上，形成吸附薄膜，阻止铁水中的Fe、Cr、B等原子长入共晶(Fe，Cr)₂B铁铬硼化物晶体中，降低了共晶(Fe，Cr)₂B铁铬硼化物择优方向的长大速度，易形成不规则团块状(Fe，Cr)₂B铁铬硼化物。钾还易促进(Fe，Cr)₂B铁铬硼化物的孪晶形成，使得(Fe，Cr)₂B铁铬硼化物形态团块化。钾的加入改变了(Fe，Cr)₂B铁铬硼化物形态，最终使含硼高铬耐磨合金力学性能，特别是冲击韧性和耐磨性能明显提高。钾的合适加入量是0.15～0.20％。

硅：硅加入含硼高铬耐磨合金中，导致淬透性下降，铸态不易获得全马氏体基体组织，因此将其含量控制在0.45％以下：

硫和磷：硫和磷是含硼高铬耐磨合金中的有害元素，须严格控制其含量，其中硫含量不得超过0.035％，磷含量不得超过0.035％。

本发明铸态组织由马氏体和(Fe，Cr)₂B铁铬硼化物组成，硬度超过63HRC，不需要高温淬火，在200～240℃，保温8～10h后，炉冷至温度低于120℃后出炉空冷至室温，可以消除应力、稳定组织，防止使用中出现变形和开裂。

本发明含硼高铬耐磨合金用于制造球磨机磨球、破碎机板锤和搅拌机衬板，使用寿命比高铬钼铸铁和镍硬铸铁提高40～60％，且使用中无断裂和破碎现象出现，使用安全可靠。本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1)本发明含硼高铬耐磨合金铸态组织由马氏体和(Fe，Cr)₂B铁铬硼化物组成，硬度超过63HRC，可以取消高温淬火，经回火消除应力后直接使用，具有生产工艺简便，热处理周期短和热处理能耗低等优势。

2)本发明以廉价的铬、硼、锰和氮为主要合金元素，不含价格昂贵的钨、钼、镍、钒、铌等合金元素，具有较低的生产成本，比高铬钼铸铁和镍硬铸铁降低30～35％。

3)硼、氮和锰的加入，使含硼高铬耐磨合金硬化层深度增加，在铸件壁厚200mm时，中心部位硬度维持在60HRC以上。

4)少量的稀土、钛、锌、镁、钾等元素的加入，明显改善了铁铬硼化物的形态和分布，提高含硼高铬耐磨合金的强度和韧性，其中抗弯强度到1050～1120MPa，冲击韧性达到8.0～10.0J/cm²，硬度达到63～65HRC。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详述。

实施例1：

含硼高铬耐磨合金采用500公斤中频感应电炉熔炼，其制造工艺步骤是：

①将废钢、铬铁、含氮铬铁混合加热熔化，钢水熔清后加入锰铁和硼铁；

②炉前调整成分合格后将温度升至1569℃，加铝脱氧，而后出炉；

③将钛铁、金属锌、稀土镁合金和含钾物质破碎至粒度为6～10mm的小块，经150℃烘干3h后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理；

④用普通铸造方法成形，钢水浇注温度1458℃；

⑤铸件经打磨清理后，随炉加热至200℃，保温10h后，炉冷至温度低于120℃后出炉空冷至室温。合金成分见表1，合金力学性能见表2。

实施例2：

含硼高铬耐磨合金采用500公斤中频感应电炉熔炼，其制造工艺步骤是：

①将废钢、铬铁、含氮铬铁混合加热熔化，钢水熔清后加入锰铁和硼铁；

②炉前调整成分合格后将温度升至1532℃，加铝脱氧，而后出炉；

③将钛铁、金属锌、稀土镁合金和含钾物质破碎至粒度为6～10mm的小块，经180℃烘干2h后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理；

④用普通铸造方法成形，钢水浇注温度1443℃；

⑤铸件经打磨清理后，随炉加热至240℃，保温8h后，炉冷至温度低于120℃后出炉空冷至室温。合金成分见表1，合金力学性能见表2。

实施例3：

含硼高铬耐磨合金采用500公斤中频感应电炉熔炼，其制造工艺步骤是：

①将废钢、铬铁、含氮铬铁混合加热熔化，钢水熔清后加入锰铁和硼铁；

②炉前调整成分合格后将温度升至1552℃，加铝脱氧，而后出炉；

③将钛铁、金属锌、稀土镁合金和含钾物质破碎至粒度为6～10mm的小块，经160℃烘干3h后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理；

④用普通铸造方法成形，钢水浇注温度1453℃；

⑤铸件经打磨清理后，随炉加热至220℃，保温9h后，炉冷至温度低于120℃后出炉空冷至室温。合金成分见表1，合金力学性能见表2。

表1合金成分(质量分数，％)

元素	C	Cr	B	Mn	N	La	Ce	Ti
									实施例1	0.30	10.70	3.58	1.99	0.21	0.15	0.09	0.13
实施例2	0.35	11.47	3.01	1.60	0.24	0.08	0.14	0.15
									实施例3	0.41	10.05	3.23	1.76	0.21	0.11	0.12	0.11
元素	K	Zn	Mg	Si	S	P	Fe
									实施例1	0.16	0.20	0.18	0.42	0.008	0.027	余量
实施例2	0.19	0.18	0.16	0.44	0.011	0.026	余量
									实施例3	0.15	0.13	0.20	0.41	0.010	0.031	余量

表2合金力学性能

力学性能	硬度/HRC	抗弯强度/MPa	冲击韧性/J.cm-2
				实施例1	63.1	1115	9.8
实施例2	63.8	1080	9.0
				实施例3	64.8	1055	8.3

本发明含硼高铬耐磨合金用于制造球磨机磨球、破碎机板锤和搅拌机衬板，使用寿命比高铬钼铸铁和镍硬铸铁提高40～60％，且使用中无断裂和破碎现象出现，使用安全可靠。本发明含硼高铬耐磨合金以廉价的铬、硼、锰和氮为主要合金元素，不含价格昂贵的钨、钼、镍、钒、铌等合金元素，具有较低的生产成本，比高铬钼铸铁和镍硬铸铁降低30～35％。推广应用本发明产品，具有很好的经济效益。

Claims (2)

1.一种含硼高铬耐磨合金，其特征在于，化学组成成分及其质量百分数为：0.30～0.42C，10.0～11.5Cr，3.0～3.6B，1.6～2.0Mn，0.20～0.25N，0.08～0.15La，0.08～0.15Ce，0.18≤La+Ce≤0.26，0.10～0.15Ti，0.15～0.20K，0.12～0.20Zn，0.16～0.20Mg，Si＜0.45，S＜0.035，P＜0.035，余量为Fe。

2.权利要求1的一种含硼高铬耐磨合金的制备方法，其特征在于，采用电炉熔炼，包括如下步骤：

①将废钢、铬铁、含氮铬铁混合加热熔化，钢水熔清后加入锰铁和硼铁；

②炉前调整成分合格后将温度升至1530～1570℃，加铝脱氧，而后出炉；

③将钛铁、金属锌、稀土镁合金和含钾物质破碎至粒度为6～10mm的小块，经150～180℃烘干2～3h后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合变质处理；

④用普通铸造方法成形，钢水浇注温度1440～1460℃；

⑤铸件经打磨清理后，随炉加热至200～240℃，保温8～10h后，炉冷至温度低于120℃后出炉空冷至室温。