【技术实现步骤摘要】
本申请涉及耐磨钢材料，尤其涉及一种钒氮强化耐磨钢及其制备方法。
技术介绍
1、耐磨钢材广泛应用于矿山、冶金、建筑、煤炭、水泥、电力等行业。它可用于制造破碎机的衬板、挖掘机铲齿、输送设备的衬板、混凝土搅拌机的搅拌臂等耐磨部件，但是这种极端的应用环境，每年依然有大量的具有高耐磨性的钢材在使用过程中被磨损掉或者被腐蚀掉，给社会带来巨额的经济损失的同时也带来频发的安全事故。
2、当前，高强度、高耐蚀、高耐磨性的钢材在建筑、桥梁、汽车、机械制造等行业有着广泛的应用。随着科技的发展，对材料的性能要求越来越高。钒氮合金作为一种优质的合金添加剂，能有效提高钢材的强度和耐磨性。同时，传统的耐磨钢制备工艺存在效率低、成本高、环境污染等问题。
3、因此，开发高冲击性能、高耐蚀性能和高耐磨性能的耐磨钢及其生产工艺已经成为世界钢铁材料领域的研究重点。
技术实现思路
1、本申请目的在于针对当前技术的不足，提供一种钒氮强化耐磨钢及其制备方法，本申请的钒氮强化耐磨钢具有优异的冲击性能、耐蚀性能和耐磨性能，同时制备方法简单，生产成本低，绿色环保，符合绿色制造的理念，满足不同行业对高性能耐磨钢的定制化需求。
2、第一方面，本申请提供一种钒氮强化耐磨钢，采用如下技术方案：
3、一种钒氮强化耐磨钢，按质量份数计，包括以下制备原料：生铁100-120份、铁水1800-2100份、石灰50-60份、白云石25-30份、高氮钒氮合金30-36份、金属铈0.12-0.15份、脱氧剂
4、通过采用上述技术方案，生铁和铁水：作为基本原料，提供了钢铁的基本成分，影响最终产品的整体性能。石灰和白云石：在冶炼过程中起到熔剂的作用，帮助去除杂质如硅、磷和硫等，改善钢铁的质量。高氮钒氮合金：是本申请的关键组分，通过高氮含量促进碳化钒、氮化钒的析出，细化晶粒，显著提高耐磨钢的冲击韧性和耐磨性。钒与碳、氮形成的细小碳氮化物能抑制奥氏体化过程，并在淬火和回火过程中有效细化颗粒，提升材料的整体强度和耐磨性。金属铈：作为稀土元素，铈能有效降低钢中的硫含量，改善材料的高温抗氧化性和耐蚀性，同时在低温下增强冲击韧性。脱氧剂和覆盖剂：脱氧剂用于去除金属中的氧，防止氧化反应的发生，保持金属的纯净度；覆盖剂在冶炼过程中形成保护层，防止大气对金属液的氧化和其他污染。通过这些组合之间的协同作用，钒氮强化耐磨钢不仅在机械性能上有了显著提升，其耐磨性、耐腐蚀性和冲击韧性的综合表现也得到了优化，满足了不同行业对高性能耐磨钢的需求。
5、优选的，所述高氮钒氮合金的制备方法为，按照质量份数，将100份五氧化二钒、18份石墨、5份尿素混合均匀，形成混合料；再将混合料进行干法压制，形成直径为20mm的球状胚料，将球状胚料放入推板窑中，并在氮气压力为1.08mpa下进行梯度烧结，梯度烧结具体为1200℃,烧结3小时、1400℃,烧结5小时，1500℃,烧结3小时，冷却至室温，得到高氮钒氮合金。
6、通过采用上述技术方案，高氮钒氮合金的制备方法涉及多个关键步骤，每一步都对最终产品的性能有着重要影响。首先，将五氧化二钒、石墨和尿素按比例混合。五氧化二钒作为钒的来源，石墨提供碳，而尿素则作为氮的来源。尿素在高温下分解，释放出氮，有助于在合金中形成氮化钒。混合料经过干法压制形成球状胚料。这一步骤确保了原料的紧密接触，有利于后续的化学反应和物质传递。梯度烧结：低温阶段(1200℃，3小时)：此阶段主要目的是使尿素完全分解，逐步释放出氮，同时开始初步的还原反应，将五氧化二钒还原为低价态的钒氧化物。中温阶段(1400℃，5小时)：在这一阶段，钒的氮化与碳化反应更为完全，形成氮化钒和碳化钒。此时，石墨也开始参与反应，提供碳元素。高温阶段(1500℃，3小时)：高温有助于进一步促进钒的氮化和碳化，同时使合金的结构更加均匀，晶粒生长更加完善。冷却：控制冷却过程对于保持合金的相结构和微观组织至关重要，快速冷却有助于固定高温态的相结构，防止不必要的相变发生。通过上述制备方法，可以得到具有优异力学性能、耐腐蚀性和热稳定性的高氮钒氮合金。这种合金添加到耐磨钢中，利用其高氮含量促进碳化钒和氮化钒的析出，细化晶粒，从而提高了耐磨钢的冲击韧性和耐磨性。钒与碳氮形成的细小碳氮化物能有效抑制奥氏体化过程，并在热处理过程中细化颗粒，进一步强化基体，提升材料的整体性能。此外，稀土铈的添加与高氮钒氮合金的协同作用，进一步增强了耐磨钢的冲击韧性、耐腐蚀性和耐磨性，使其成为适应不同工业需求的高性能材料。
7、优选的，所述脱氧剂由硅铝钡钙铁、铝锰铁和碳化硅以质量份数比2:3:5组成。
8、通过采用上述技术方案，在钒氮强化耐磨钢的生产过程中，脱氧剂的使用是至关重要的，因为它直接影响到钢材的纯净度和最终性能。本申请中的脱氧剂由硅铝钡钙铁、铝锰铁和碳化硅以质量份数比2:3:5组成，这几种成分各有其独特的作用，并且它们之间还存在协同效应，共同优化脱氧效果和钢材性能。硅铝钡钙铁：作为脱氧剂，能有效与钢中的氧反应，生成稳定的氧化物，从而减少氧在钢中的含量。改善钢的纯净度，减少非金属夹杂物，提高钢的机械性能。铝锰铁：强脱氧剂，能够迅速与钢中的溶解氧反应，形成氧化铝等脱氧产物。铝还能与钢中的氮结合，形成aln，起到细化晶粒的作用。碳化硅：提供碳源，有助于调整钢中的碳含量，满足不同性能的需求。碳化硅本身具有一定的还原性，可以作为辅助脱氧剂使用。硅铝钡钙铁、铝锰铁和碳化硅的组合，可以在不同阶段和不同层面上进行脱氧，确保了钢中氧的最大限度去除。铝锰铁迅速脱氧，而硅铝钡钙铁则进一步深度脱氧，碳化硅则在此基础上提供额外的脱氧和碳源调节功能。这些脱氧剂的反应产物可以作为非金属夹杂物的核心，促进夹杂物的聚集和上浮，从而被炉渣带走，减少钢中的夹杂物数量，提高钢的纯净度。铝锰铁形成的aln以及硅铝钡钙铁中的其他合金元素可以在钢中形成细小的析出物，这些析出物可以作为晶粒生长的障碍，从而细化晶粒，改善钢的力学性能。通过合理配比这些脱氧剂，可以在保证脱氧效果的同时，减少昂贵原材料的使用，降低生产成本。同时，这些脱氧剂的反应产物对环境的影响较小，符合绿色制造的要求。综上所述，硅铝钡钙铁、铝锰铁和碳化硅的组合不仅在单独使用时具有有效的脱氧功能，而且在组合使用时通过协同作用，进一步提升了脱氧效率，优化了钢材的微观结构和性能，同时考虑了成本和环境因素，为生产高性能的钒氮强化耐磨钢提供了有力支持。
9、优选的，所述覆盖剂为licl-kcl覆盖剂，所述licl-kcl覆盖剂中licl和kcl的质量份数比为2:3。
10、优选的，所述生铁的化学成分为：碳3.3-3.5wt％，硅0.35-0.39wt％，锰0.60-0.71wt％，磷0.075-0.082wt％，硫0.028-0.033wt％，其余为铁及不可避免的不纯物；所述铁水的化学成分为：碳4.8-5.0wt％，硅0.30-0.40wt％，锰0.55-0.62wt％，磷0.080-0.10wt％本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钒氮强化耐磨钢，其特征在于，按质量份数计，包括以下制备原料：生铁100-120份、铁水1800-2100份、石灰50-60份、白云石25-30份、高氮钒氮合金30-36份、金属铈0.12-0.15份、脱氧剂2-2.4份、覆盖剂1-1.2份。
2.根据权利要求1所述一种钒氮强化耐磨钢，其特征在于，所述高氮钒氮合金的制备方法为，按照质量份数，将100份五氧化二钒、18份石墨、5份尿素混合均匀，形成混合料；再将混合料进行干法压制，形成直径为20mm的球状胚料，将球状胚料放入推板窑中，并在氮气压力为1.08 MPa下进行梯度烧结，梯度烧结具体为1200℃,烧结3小时、1400℃,烧结5小时，1500℃,烧结3小时，冷却至室温，得到高氮钒氮合金。
3.根据权利要求1所述一种钒氮强化耐磨钢，其特征在于，所述脱氧剂由硅铝钡钙铁、铝锰铁和碳化硅以质量份数比2:3:5组成。
4.根据权利要求1所述一种钒氮强化耐磨钢，其特征在于，所述覆盖剂为LiCl-KCl覆盖剂，所述LiCl-KCl覆盖剂中LiCl和KCl的质量份数比为2:3。
5.根据权利
6.一种权利要求1-5任一所述一种钒氮强化耐磨钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述一种钒氮强化耐磨钢的制备方法，其特征在于，在步骤S63中，所述轧制过程中开轧温度为1120-1150℃，精轧温度为1050-1080℃，终轧温度为930-950℃，冷却速度 4-5℃/min。
8.根据权利要求6所述一种钒氮强化耐磨钢的制备方法，其特征在于，在步骤S64中，所述第一次淬火的工艺条件为温度900-910℃保温1-1.3h后正火处理；所述第二次淬火的工艺条件为温度880-890℃保温1-1.3h后正火处理。
9.根据权利要求6所述一种钒氮强化耐磨钢的制备方法，其特征在于，在步骤S64中，所述回火处理的工艺条件为温度240-250℃保温1-1.5h后，空冷至室温。
10.根据权利要求6所述一种钒氮强化耐磨钢的制备方法，其特征在于，步骤S65中，所述射频辅助高频电脉冲沉积设备中采用圆柱纯钛靶为电极，圆柱纯钛靶和钢坯距离为5-6cm，输出电压20-22V，输出电流320-400A，放电频率4000-4500Hz，真空度到达3×10-2-9×10-2Pa，氮气流速1000SCCM。
...【技术特征摘要】
1.一种钒氮强化耐磨钢，其特征在于，按质量份数计，包括以下制备原料：生铁100-120份、铁水1800-2100份、石灰50-60份、白云石25-30份、高氮钒氮合金30-36份、金属铈0.12-0.15份、脱氧剂2-2.4份、覆盖剂1-1.2份。
2.根据权利要求1所述一种钒氮强化耐磨钢，其特征在于，所述高氮钒氮合金的制备方法为，按照质量份数，将100份五氧化二钒、18份石墨、5份尿素混合均匀，形成混合料；再将混合料进行干法压制，形成直径为20mm的球状胚料，将球状胚料放入推板窑中，并在氮气压力为1.08 mpa下进行梯度烧结，梯度烧结具体为1200℃,烧结3小时、1400℃,烧结5小时，1500℃,烧结3小时，冷却至室温，得到高氮钒氮合金。
3.根据权利要求1所述一种钒氮强化耐磨钢，其特征在于，所述脱氧剂由硅铝钡钙铁、铝锰铁和碳化硅以质量份数比2:3:5组成。
4.根据权利要求1所述一种钒氮强化耐磨钢，其特征在于，所述覆盖剂为licl-kcl覆盖剂，所述licl-kcl覆盖剂中licl和kcl的质量份数比为2:3。
5.根据权利要求1所述一种钒氮强化耐磨钢，其特征在于，所述生铁的化学成分为：碳3.3-3.5wt％，硅0.35-0.39wt％，锰0.60-0.71wt％，磷0.075-0.082wt％，硫0.028-0.033wt％，其余为铁及不可避免的不纯物；所述铁水的化学成...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙怀玉，郑伏安，王善逞，孙松清，郑冬树，林富雄，
申请(专利权)人：江苏群达机械科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。