技术领域
[0001] 本发明属于金属冶炼技术领域，具体涉及一种耐磨合金材料及其熔炼和铸造方法。
相关背景技术
[0002] 耐磨合金是为提高机械设备耐磨性而开发出的合金和某些典型摩擦副最常用的合金。应用广泛，包括各类工具钢、轴承钢以及凿岩、破碎机械用的高锰钢和各类耐磨铸铁。对于耐磨合金这种合金化程度较高的金属材料，传统的铸造工艺是装料、熔化、脱氧、脱碳和浇铸等。但是，这种铸造方法的熔液流动性较差，导致充型性差，从而造成铸造后的合金锭内形成大尺寸的凝固缺陷；同时，由于流动性差，合金元素扩散不均匀，会加剧铸锭化学成分偏析，难以满足服役环境严苛的使用要求。
[0003] 为了解决铸造合金流动性差的难题，国际上开发了离心铸造技术。离心铸造工艺具体为：先将材料高温熔化，然后将熔液倒入离心铸造模具中，通过外加离心力提升合金的流动性。离心铸造可以有效解决材料的流动性较差问题，使合金化程度高的材料致密度显著提升。
[0004] 但是，在离心铸造的过程中，由于离心力的作用，重金属元素在铸锭表面富集程度远高于铸锭内部，从而加剧铸锭的成分偏析，导致最终铸件的硬度及耐磨性能下降。
具体实施方式
[0057] 为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
[0058] 本发明在感应炉或电弧炉内采用多种添加剂协同熔炼耐磨合金，并浇铸成铸件，一方面大幅度缩短工艺流程，另一方面由于利用脱氧、脱碳、稀土进行净化熔体，以及采用流动剂增加合金的流动性，获得较高致密度和强塑性的铸件，同时具有良好的经济效益。具体方案如下：
[0059] 一方面，本发明提供一种耐磨合金钢的熔炼方法，包括以下步骤：
[0060] 熔炼步骤：对原材料进行熔炼，熔化后得到钢液；
[0061] 精炼步骤：对钢液进行精炼处理，在精炼处理的过程中先加入SiMn合金搅拌均匀，再加入稀土搅拌均匀，保温后得到合金液；
[0062] 其中，耐磨合金钢中合金元素(即耐磨合金中的非Fe元素)的含量大于20％。
[0063] 基于上述方法，精炼过程中加入SiMn合金，一方面由于Si、Mn的脱氧作用，可减少钢液中的非金属夹杂物，提高熔体的流动性；另一方面由于Si、Mn元素可降低合金钢的液相线温度，抑制枝晶形成，再加入稀土，在原枝晶位置形成细小弥散分布的稀土氧化物，达到细化晶粒的目的，增大晶粒面积，减小晶间液膜厚度，增大晶间结合力，推迟晶间发生分离的时间，从而实现铸件成分均匀化。
[0064] 在一些实施方式中，在熔炼步骤中，原材料包括渣料、生铁、碳钢；其中，生铁为钒铁或钨铁；原材料的总量为炉料重量(炉内添加的所有物质的总重量)的90‑95％；
[0065] 优选的，按重量百分比计，渣料的组分为：CaO40～60％、CaF220～30％、Al2O35～15％、MgO5～15％；
[0066] 优选的，按重量百分比计，碳钢的组分为C3‑4wt％、Cr5‑7wt％、Mn0.3‑0.8wt％、Mo1‑4wt％、W0.4‑0.8wt％、Al0.6‑1.0wt％、Ni0.4‑0.8wt％、Co1‑1.2wt％、B0.12‑0.18wt％、V9‑9.4wt％、Si0.6‑1.2wt％、Nb0.4‑0.8wt％、N0.06‑1.0wt％，余量为Fe。
[0067] 在一些实施方式中，在熔炼步骤中，采用中频炉对原材料进行熔炼，包括：
[0068] 对中频炉进行抽真空，并同时进行升温，当炉内温度达到1200‑1600℃左右时，向炉内充入氮气，并加压至1.5‑2.5bar。通过熔炼使炉料(即原材料)熔化和脱硫，最好使熔化温度在1550‑1600℃，以利于FeS扩散至铁渣界面和渣中，CaO扩散至渣铁界面；同时，充入氮气加压可以排除大部分炉内空气，防止氧气进入炉内，从而避免氧化反应的发生。
[0069] 在一些实施方式中，在炼步骤中，原材料熔化后还包括：对钢液进行脱碳处理；
[0070] 当生铁采用钒铁，且钒铁的含钒量低于耐磨合金钢中的含钒量时，加入V2O5进行脱碳处理；
[0071] 当生铁采用钨铁，且钨铁的含钨量低于耐磨合金钢中的含钨量时，加入WO2进行脱碳处理；
[0072] 当生铁中的含钒量或者含钨量高于耐磨合金钢中的含钒量或者含钨量时，加入铁矿石进行脱碳处理。
[0073] 脱碳的目的在于碳氧化反应产物是一氧化碳气体，该气体的放出剧烈地搅拌金属熔池和炉渣，有助于强化钢液的热传导，加速反应物质的扩散传递，排除熔池中有害气体和钢液中的非金属夹杂物以使钢液成分均匀化，另外，脱碳还可以使钢液中的碳降至所炼钢种碳含量的要求。为促进脱碳反应，可以采用吹氧的方法，也可以加入钢中合金元素的氧化物方法。本申请采用加入钢中合金元素的氧化物方法。通过脱碳可提高钢材表面的性能，具体表现为：1.提高耐腐蚀性能，这是因为钢材表面的碳化物容易与周围环境中的氧气、水蒸气等发生化学反应，形成碳酸和碳酸盐等化合物，从而导致表面出现腐蚀和锈蚀。2.提高物理性能：钢材脱碳后，表面碳化物少，硬度、强度等物理性能得到提高，同时也减少了脆性，并有利于表面处理；3.提高加工性能：钢材表面的碳化物在加工时难以处理且有较高的硬度，而脱碳后表面光滑，易于加工，减少了加工难度。
[0074] 在一些实施方式中，采用V2O5或WO2进行脱碳处理时，V2O5或WO2分两批加入，每批的加入量为耐磨合金钢质量的7‑8％；第一批加入后待钢液达到1550℃以上时，加入第二批；
[0075] 优选的，V2O5或WO2使用前在500‑650℃烘烤6‑8小时；
[0076] 采用铁矿石进行脱碳处理时，铁矿石分两批加入，每批的加入量不超过原材料重量的1.5％；第一批加入后待钢液达到1550℃以上时，加入第二批。为避免钢液温度过低，操作时应等待第一批铁矿石作用完毕后，且钢液温度达到1550℃以上时，才加入第二批铁矿石，这样有利于脱碳速度下降。
[0077] 在一些实施方式中，在精炼步骤中，在加入SiMn合金前还包括：加入脱氧剂进行脱氧处理；
[0078] 优选的，脱氧剂为碳粉、含Si或含Al脱氧剂中的一种或多种。在脱氧时不但要脱掉钢水中的氧，还要还原钒铁或钨铁中氧化生成的钒、钨氧化物。本发明采用的还原方法是向渣中加入Si、Al脱氧剂进行扩散脱氧，这种脱氧反应主要在炉渣中进行，因此在通常条件下反应很快。同时，Si、Al还原剂还会还原Fe、V和W的氧化物，其中V和W的氧化物稳定性优异，难以被还原，而Fe的氧化物却容易被还原，在Si、Al还原时，二者还原程度不同，因此通常采用比值K评价二者的还原程度，K＝(V、W氧化物还原程度)/(Fe氧化物还原程度)。比值K随着Si、Al还原剂的用量和还原温度成正比。随着还原剂的加入，K值随之提升，有利于氧化物的还原，尤其难还原氧化物的还原。提高还原温度，K值变大，即随还原温度提高，难还原的V、W氧化物还原程度提升快于Fe氧化物还原程度增加。
[0079] 脱氧剂优先选用碳粉和Si脱氧剂扩散脱氧，随后采用Al脱氧剂进行脱氧，其中Si脱氧剂可选用Si‑Ca粉、Si‑Fe粉中一种或几种，Al脱氧剂选用铝石灰石和铝碳中的一种或几种。Si‑Ca粉使用前经150‑250℃烘烤5‑6小时，使水分含量0.3‑0.5％。硅铁使用前最好进行烘烤。铝石灰使用前最好550‑700℃烘烤5‑8小时，使水分在0.3‑0.5％，脱氧剂使用总量为炉料重量的1.5‑2％，脱氧剂一般分为6‑8批加入。
[0080] 在一些实施方式中，在精炼步骤中，SiMn合金的含量为原材料重量的1‑1.5wt％；和/或
[0081] 稀土包括La和Ce；
[0082] 优选的，La和Ce的含量分别为原材料重量的0.1‑0.2wt％和0.2‑0.3wt％；
[0083] 优选的，SiMn合金中，Si、Mn的重量百分比含量之和与La、Ce的重量百分比含量之和的比值为2‑6。
[0084] 当SiMn合金含量低于1wt％时，耐磨合金的流动性较低，导致合金空洞缺陷含量较高；当SiMn合金与稀土的重量百分比含量满足SiMn合金/稀土＝2‑6时，铸件内部成分均匀、无明显孔洞缺陷且晶粒细化，从而确保耐磨合金钢的硬度及耐磨性；当比值高于这个范围时，合金组织粗大，硬度和耐磨性不足；当比值低于上述范围时，合金铸件有孔洞，成型性差。
[0085] 在一些实施方式中，在精炼步骤中，保温的温度为1450‑1500℃；和/或
[0086] 保温的时间为15‑20min。
[0087] 另一方面，本发明提供一种耐磨合金钢的铸造方法，包括如下步骤：
[0088] 熔炼得到合金液，再将合金液浇铸至模具中，得到耐磨合金钢；
[0089] 其中，采用上述任一项的熔炼方法得到合金液。
[0090] 再一方面，本发明提供一种耐磨合金钢，耐磨合金钢的微观组织包括马氏体、奥氏体和碳化物；碳化物包括VC、M7C3和M23C6；
[0091] 其中，马氏体呈板条状分布；奥氏体与VC呈共格关系；VC的颗粒尺寸约为15‑20μm；M7C3时呈骨架状分布，M7C3的颗粒尺寸约30‑40μm；M23C6呈短棒状，M23C6的颗粒尺寸为10‑15μm；
[0092] 优选的，耐磨合金钢采用上述铸造方法得到。其中，碳化物的含量一方面取决于合金中强碳化物元素V、Cr、Nb等形成一次碳化物，如VC；另一方面也取决于热处理工艺，使得相变过程中形成二次碳化物，如Fe7C3、Cr7C3、Cr23C6。马氏体和奥氏体含量主要取决于正火和回火处理工艺。碳化物的含量为60‑65％、奥氏体的含量为5‑8％、马氏体的含量为30‑35％。
[0093] 本发明中添加SiMn合金可提升合金流动性，有助于合金元素均匀分布，因此在冷却时形成的一次碳化物分布均匀，避免了成分和组织偏聚；添加稀土可以改善铸件均匀性，可作为碳化物形核质点，细化碳化物尺寸，同时，稀土可以细化初始奥氏体晶粒，保证正火后得到细化的马氏体板条。
[0094] 下面结合具体实施例对本发明进一步说明。
[0095] 实施例1
[0096] 本实施例提供一种耐磨合金钢的铸造方法，以渣料、钒铁和碳钢为原材料，其中，渣料的量为炉料重量的3％，且按重量百分比计，渣料组分为CaO：50％、CaF2：25％、Al2O3：15％、MgO：10％；碳钢的组分为：3.5wt％C、6.0wt％Cr、0.50wt％Mn、3wt％Mo、0.6wt％W、
0.8wt％Al、0.6wt％Ni、1.2wt％Co、0.16wt％B、9.2wt％V、1wt％Si、0.6wt％Nb、0.08wt％N、Fe余量。
[0097] 具体包括以下步骤：
[0098] 熔炼步骤：将渣料、钒铁、碳钢依次装入中频炉中，渣料、钒铁、碳钢的质量分数分别为3％、15％和82％；对中频炉进行抽真空，并同时进行升温熔炼，当炉内温度达到1550℃左右时，向炉内充入氮气，并加压至1.8bar；
[0099] 原材料熔化后加入V2O5进行脱碳处理，得到脱碳处理后的钢液；其中，V2O5分两批加入，每批的加入量为15～25Kg；第一批加入后待钢液达到1550℃以上时，加入第二批；
[0100] 精炼步骤：在脱碳处理后的钢液中加入Si‑Ca粉进行精炼处理，再加入1wt％的SiMn合金，搅拌均匀后加入0.1wt％La和0.2wt％Ce，搅拌均匀后在1500℃保温20min，得到合金液；其中，脱氧剂使用总量为炉料重量的1.8％，脱氧剂一般分为8批加入；
[0101] 浇铸步骤：将得到的合金液浇铸至模具中，得到耐磨合金钢。
[0102] 本实施例制备的耐磨合金钢由马氏体、奥氏体和多种类碳化物组成，硬度达2
68HRC，冲击韧性＞10J/cm，制备流程参见图1。
[0103] 实施例2
[0104] 本实施例提供一种耐磨合金钢的铸造方法，以渣料、钒铁和碳钢为原材料，其中，渣料的量为炉料重量(即炉内添加的所有物质的总重量)的2.5％，且按重量百分比计，渣料组分为CaO：50％、CaF2：20％、Al2O3：15％、MgO：15％；碳钢的组分为：3.6wt％C、5.8wt％Cr、0.6wt％Mn、3wt％Mo、0.7wt％W、0.8wt％Al、0.5wt％Ni、1.1wt％Co、0.16wt％B、9.2wt％V、
1.1wt％Si、0.4wt％Nb、0.07wt％N、Fe余量。
[0105] 具体包括以下步骤：
[0106] 熔炼步骤：将渣料、钒铁、碳钢依次装入中频炉中，渣料、钒铁、碳钢的质量分数分别为5％、10％和85％；对中频炉进行抽真空，并同时进行升温熔炼，当炉内温度达到1560℃左右时，向炉内充入氮气，并加压至1.9bar；
[0107] 原材料熔化后加入铁矿石进行脱碳处理，得到脱碳处理后的钢液；其中，铁矿石分两批加入，每批的加入量为15～25Kg；第一批加入后待钢液达到1550℃以上时，加入第二批；
[0108] 精炼步骤：在脱碳处理后的钢液中加入Si‑Fe粉进行精炼处理，再加入1.3wt％的SiMn合金，搅拌均匀后加入0.15wt％La和0.25wt％Ce，搅拌均匀后在1480℃保温15min，得到合金液；其中，脱氧剂使用总量为炉料重量的1.9％，脱氧剂一般分为8批加入；
[0109] 浇铸步骤：将得到的合金液浇铸至模具中，得到耐磨合金钢。
[0110] 图2为本发明实施例2合金铸态缺陷图，可见本实施例制备的铸锭缺陷较少，钢锭利用率高达90％，远超其他合金锭利用率。
[0111] 实施例3
[0112] 本实施例提供一种耐磨合金钢的铸造方法，以渣料、钒铁和碳钢为原材料，其中，渣料的量为炉料重量(即炉内添加的所有物质的总重量)的3.5％，且按重量百分比计，渣料组分为CaO：50％、CaF2：20％、Al2O3：15％、MgO：15％；碳钢的组分为：3.8wt％C、6.5wt％Cr、0.45wt％Mn、3.5wt％Mo、0.66wt％W、0.9wt％Al、0.7wt％Ni、1.15wt％Co、0.17wt％B、
9.2wt％V、1.0wt％Si、0.8wt％Nb、0.09wt％N、Fe余量。
[0113] 具体包括以下步骤：
[0114] 熔炼步骤：将渣料、钒铁、碳钢依次装入中频炉中，渣料、钒铁、碳钢的质量分数分别为4％、11％和85％；对中频炉进行抽真空，并同时进行升温熔炼，当炉内温度达到1580℃左右时，向炉内充入氮气，并加压至1.9bar；
[0115] 原材料熔化后加入V2O5进行脱碳处理，得到脱碳处理后的钢液；其中，V2O5分两批加入，每批的加入量为15～25Kg；第一批加入后待钢液达到1550℃以上时，加入第二批；
[0116] 精炼步骤：在脱碳处理后的钢液中加入铝石灰石进行精炼处理，再加入1.5wt％的SiMn合金，搅拌均匀后加入0.2wt％La和0.3wt％Ce，搅拌均匀后在1495℃保温18min，得到合金液；其中，铝石灰石使用总量为炉料重量的2％，脱氧剂一般分为8批加入；
[0117] 浇铸步骤：将得到的合金液浇铸至模具中，得到耐磨合金钢。
[0118] 图3为本发明实施例3合金铸态组织图。可见本实施例制备的铸态合金锭中的微观组织包括马氏体、奥氏体和VC、M7C3和M23C6等复合碳化物。
[0119] 对比例1
[0120] 本对比例提供一种耐磨合金钢的铸造方法，以渣料、钒铁和碳钢为原材料，其中，渣料的量为炉料重量(即炉内添加的所有物质的总重量)的3.5％，且按重量百分比计，渣料组分为CaO：50％、CaF2：20％、Al2O3：15％、MgO：15％；；碳钢的组分为：3.5wt％C、6.0wt％Cr、0.50wt％Mn、3wt％Mo、0.6wt％W、0.8wt％Al、0.6wt％Ni、1.2wt％Co、0.16wt％B、9.2wt％V、
1wt％Si、0.6wt％Nb、0.08wt％N、Fe余量。
[0121] 具体包括以下步骤：
[0122] 熔炼步骤：将渣料、钒铁、碳钢依次装入中频炉中，渣料、钒铁、碳钢的质量分数分别为4％、11％和85％；对中频炉进行抽真空，并同时进行升温熔炼，当炉内温度达到1580℃左右时，向炉内充入氮气，并加压至1.9bar；
[0123] 原材料熔化后加入V2O5进行脱碳处理，得到脱碳处理后的钢液；其中，V2O5分两批加入，每批的加入量为15～25Kg；第一批加入后待钢液达到1550℃以上时，加入第二批；
[0124] 精炼步骤：在脱碳处理后的钢液中加入铝石灰石进行精炼处理，得到合金液；其中，铝石灰石使用总量为炉料重量的2％，脱氧剂一般分为8批加入；
[0125] 浇铸步骤：将得到的合金液浇铸至模具中，得到耐磨合金钢。
[0126] 图4为实施例3合金钢和对比例1合金钢的铸态硬度对比图。从图中可以发现，由于对比例中缺少SiMn合金和稀土添加剂，铸件缺陷较多且组织粗大，致使合金第二相强化和细晶强化效果降低，硬度及强度均低于实施例3。
[0127] 对比例2
[0128] 本对比例提供一种耐磨合金钢的铸造方法，以渣料、钒铁和碳钢为原材料，其中，渣料的量为炉料重量(即炉内添加的所有物质的总重量)的3％，且按重量百分比计，渣料组分为CaO：50％、CaF2：25％、Al2O3：15％、MgO：10％；碳钢的组分为：3.5wt％C、6.0wt％Cr、0.50wt％Mn、3wt％Mo、0.6wt％W、0.8wt％Al、0.6wt％Ni、1.2wt％Co、0.16wt％B、9.2wt％V、
1wt％Si、0.6wt％Nb、0.08wt％N、Fe余量。
[0129] 具体包括以下步骤：
[0130] 熔炼步骤：将渣料、钒铁、碳钢依次装入中频炉中，渣料、钒铁、碳钢的质量分数分别为3％、15％和82％；对中频炉进行抽真空，并同时进行升温熔炼，当炉内温度达到1550℃左右时，向炉内充入氮气，并加压至1.8bar；
[0131] 原材料熔化后加入V2O5进行脱碳处理，得到脱碳处理后的钢液；其中，V2O5分两批加入，每批的加入量为15～25Kg；第一批加入后待钢液达到1550℃以上时，加入第二批；
[0132] 精炼步骤：在脱碳处理后的钢液中加入Si‑Ca粉进行精炼处理，再加入0.1wt％La和0.2wt％Ce，搅拌均匀后保温，得到合金液；其中，脱氧剂使用总量为炉料重量的1.8％，脱氧剂一般分为7批加入；
[0133] 浇铸步骤：将得到的合金液浇铸至模具中，得到耐磨合金钢。
[0134] 对比例2和实施例1合金钢的合金流动性结果如图6所示，结果发现，相同条件下，对比例2的凝固长度低于实施例1，表明缺少SiMn合金的对比例2流动性较差。
[0135] 对比例3
[0136] 本对比例提供一种耐磨合金钢的铸造方法，以渣料、钒铁和碳钢为原材料，其中，渣料的量为炉料重量(即炉内添加的所有物质的总重量)的3％，且按重量百分比计，渣料组分为CaO：50％、CaF2：25％、Al2O3：15％、MgO：10％；碳钢的组分为：3.5wt％C、6.0wt％Cr、0.50wt％Mn、3wt％Mo、0.6wt％W、0.8wt％Al、0.6wt％Ni、1.2wt％Co、0.16wt％B、9.2wt％V、
1wt％Si、0.6wt％Nb、0.08wt％N、Fe余量。
[0137] 具体包括以下步骤：
[0138] 熔炼步骤：将渣料、钒铁、碳钢依次装入中频炉中，渣料、钒铁、碳钢的质量分数分别为3％、15％和82％；对中频炉进行抽真空，并同时进行升温熔炼，当炉内温度达到1550℃左右时，向炉内充入氮气，并加压至1.8bar；
[0139] 原材料熔化后加入V2O5进行脱碳处理，得到脱碳处理后的钢液；其中，V2O5分两批加入，每批的加入量为15～25Kg；第一批加入后待钢液达到1550℃以上时，加入第二批；
[0140] 精炼步骤：在脱碳处理后的钢液中加入Si‑Ca粉进行精炼处理，再加入1wt％的SiMn合金，搅拌均匀后得到合金液；其中，脱氧剂使用总量为炉料重量的1.8％，脱氧剂分为7批加入；
[0141] 浇铸步骤：将得到的合金液浇铸至模具中，得到耐磨合金钢。
[0142] 对比例3和实施例1合金钢的微观组织的EBSD分析结果如图7和图8所示。可以发现，对比例3中由于缺少稀土的加入，铸件晶粒尺寸和碳化物尺寸均大于实施例1，因此其表面硬度约为63HRC和耐磨性(摩擦系数约为0.3)均低于对比例1(表面硬度为69HRC，摩擦系数约为0.12)。
[0143] 对比例3和实施例1铸造后的关键元素分布如图9所示，结果发现缺少稀土加入的对比例3出现成分偏析，导致大尺寸碳化物析出。
[0144] 对比例4
[0145] 本对比例4提供一种耐磨合金钢的铸造方法，以渣料、钒铁和碳钢为原材料，其中，渣料的量为炉料重量(即炉内添加的所有物质的总重量)的3％，且按重量百分比计，渣料组分为CaO：50％、CaF2：25％、Al2O3：15％、MgO：10％；碳钢的组分为：3.5wt％C、6.0wt％Cr、1.50wt％Mn、3wt％Mo、0.6wt％W、0.8wt％Al、0.6wt％Ni、1.2wt％Co、0.16wt％B、9.2wt％V、
2wt％Si、0.6wt％Nb、0.08wt％N、Fe余量。
[0146] 具体包括以下步骤：
[0147] 熔炼步骤：将渣料、钒铁、碳钢依次装入中频炉中，渣料、钒铁、碳钢的质量分数分别为3％、15％和82％；对中频炉进行抽真空，并同时进行升温熔炼，当炉内温度达到1550℃左右时，向炉内充入氮气，并加压至1.8bar；
[0148] 原材料熔化后加入V2O5进行脱碳处理，得到脱碳处理后的钢液；其中，V2O5分两批加入，每批的加入量为15～25Kg；第一批加入后待钢液达到1550℃以上时，加入第二批；
[0149] 精炼步骤：在脱碳处理后的钢液中加入Si‑Ca粉进行精炼处理，再加入1wt％的SiMn合金，搅拌均匀后加入0.1wt％La和0.2wt％Ce，搅拌均匀后在1500℃保温20min，得到合金液；其中，脱氧剂使用总量为炉料重量的1.8％，脱氧剂一般分为8批加入；
[0150] 浇铸步骤：将得到的合金液浇铸至模具中，得到耐磨合金钢。
[0151] 本对比例制备的耐磨合金钢的Si+Mn含量高于实施例1，而其他条件一致，对比例4和实施例1合金钢的铸态光镜形貌参见图10。可以发现，对比例4得空洞缺陷高于实施例1，这是由于对比例4中的SiMn含量较多，在降低液相线的同时，也会大幅度降低固相线，反而增加了固液温度区间，因此过多的SiMn含量不利于合金铸造流动性的提升，铸态合金中依然出现大量孔洞缺陷。
[0152] 对比例5
[0153] 本对比例5提供一种耐磨合金钢的铸造方法，以渣料、钒铁和碳钢为原材料，其中，渣料的量为炉料重量(即炉内添加的所有物质的总重量)的3％，且按重量百分比计，渣料组分为CaO：50％、CaF2：25％、Al2O3：15％、MgO：10％；碳钢的组分为：3.5wt％C、6.0wt％Cr、0.1wt％Mn、3wt％Mo、0.6wt％W、0.8wt％Al、0.6wt％Ni、1.2wt％Co、0.16wt％B、9.2wt％V、
0.3wt％Si、0.6wt％Nb、0.08wt％N、Fe余量。
[0154] 具体包括以下步骤：
[0155] 熔炼步骤：将渣料、钒铁、碳钢依次装入中频炉中，渣料、钒铁、碳钢的质量分数分别为3％、15％和82％；对中频炉进行抽真空，并同时进行升温熔炼，当炉内温度达到1550℃左右时，向炉内充入氮气，并加压至1.8bar；
[0156] 原材料熔化后加入V2O5进行脱碳处理，得到脱碳处理后的钢液；其中，V2O5分两批加入，每批的加入量为15～25Kg；第一批加入后待钢液达到1550℃以上时，加入第二批；
[0157] 精炼步骤：在脱碳处理后的钢液中加入Si‑Ca粉进行精炼处理，再加入1wt％的SiMn合金，搅拌均匀后加入0.1wt％La和0.2wt％Ce，搅拌均匀后在1500℃保温20min，得到合金液；其中，脱氧剂使用总量为炉料重量的1.8％，脱氧剂一般分为8批加入；
[0158] 浇铸步骤：将得到的合金液浇铸至模具中，得到耐磨合金钢。
[0159] 本对比例制备的耐磨合金钢的Si+Mn含量低于实施例1，而其他条件一致，对比例5和实施例1合金钢的铸态光镜形貌参见图11。可以发现，对比例4中的SiMn含量较少，合金凝固液相线下降较少，合金流动性较差，铸态组织中出现大量孔洞等缺陷，不利于耐磨合金表面硬度和韧性的提升。
[0160] 对比例6
[0161] 本对比例提供一种耐磨合金钢的铸造方法，以渣料、钒铁和碳钢为原材料，其中，渣料的量为炉料重量(即炉内添加的所有物质的总重量)的3％，且按重量百分比计，渣料组分为CaO：50％、CaF2：25％、Al2O3：15％、MgO：10％；碳钢的组分为：3.5wt％C、6.0wt％Cr、0.50wt％Mn、3wt％Mo、0.6wt％W、0.8wt％Al、0.6wt％Ni、1.2wt％Co、0.16wt％B、9.2wt％V、
1wt％Si、0.6wt％Nb、0.08wt％N、Fe余量。
[0162] 具体包括以下步骤：
[0163] 熔炼步骤：将渣料、钒铁、碳钢依次装入中频炉中，渣料、钒铁、碳钢的质量分数分别为3％、15％和82％；对中频炉进行抽真空，并同时进行升温熔炼，当炉内温度达到1550℃左右时，向炉内充入氮气，并加压至1.8bar；
[0164] 原材料熔化后加入V2O5进行脱碳处理，得到脱碳处理后的钢液；其中，V2O5分两批加入，每批的加入量为15～25Kg；第一批加入后待钢液达到1550℃以上时，加入第二批；
[0165] 精炼步骤：在脱碳处理后的钢液中加入Si‑Ca粉进行精炼处理，再加入1wt％的SiMn合金，搅拌均匀后加入0.3wt％La和0.5wt％Ce，搅拌均匀后在1500℃保温20min，得到合金液；其中，脱氧剂使用总量为炉料重量的1.8％，脱氧剂一般分为8批加入；
[0166] 浇铸步骤：将得到的合金液浇铸至模具中，得到耐磨合金钢。
[0167] 本对比例6和实施例1合金钢的光镜形貌如图12所示。结果发现，对比例6合金钢的稀土加入量高于本发明合金钢，形成的化合物会富集于晶界，因此其粘度较高，流动性较差，铸件中的孔洞缺陷较多，不利于合金钢的综合性能提升。
[0168] 对比例7
[0169] 本对比例提供一种耐磨合金钢的铸造方法，以渣料、钒铁和碳钢为原材料，其中，渣料的量为炉料重量(即炉内添加的所有物质的总重量)的3％，且按重量百分比计，渣料组分为CaO：50％、CaF2：25％、Al2O3：15％、MgO：10％；碳钢的组分为：3.5wt％C、6.0wt％Cr、0.50wt％Mn、3wt％Mo、0.6wt％W、0.8wt％Al、0.6wt％Ni、1.2wt％Co、0.16wt％B、9.2wt％V、
1wt％Si、0.6wt％Nb、0.08wt％N、Fe余量。
[0170] 具体包括以下步骤：
[0171] 熔炼步骤：将渣料、钒铁、碳钢依次装入中频炉中，渣料、钒铁、碳钢的质量分数分别为3％、15％和82％；对中频炉进行抽真空，并同时进行升温熔炼，当炉内温度达到1550℃左右时，向炉内充入氮气，并加压至1.8bar；
[0172] 原材料熔化后加入V2O5进行脱碳处理，得到脱碳处理后的钢液；其中，V2O5分两批加入，每批的加入量为15～25Kg；第一批加入后待钢液达到1550℃以上时，加入第二批；
[0173] 精炼步骤：在脱碳处理后的钢液中加入Si‑Ca粉进行精炼处理，再加入1wt％的SiMn合金，搅拌均匀后加入0.05wt％La和0.1wt％Ce，搅拌均匀后在1500℃保温20min，得到合金液；其中，脱氧剂使用总量为炉料重量的1.8％，脱氧剂一般分为8批加入；
[0174] 浇铸步骤：将得到的合金液浇铸至模具中，得到耐磨合金钢。
[0175] 本对比例7和实施例1合金钢的平均晶粒尺寸对比如图13所示。结果发现，对比例7的合金钢中稀土加入量低于本发明合金，合金晶粒尺寸较高，约为本发明合金钢的2‑3倍，不利于合金的强度和硬度的提升。
[0176] 对比例8
[0177] 本对比例提供一种耐磨合金钢的铸造方法，以渣料、钒铁和碳钢为原材料，其中，渣料的量为炉料重量(即炉内添加的所有物质的总重量)的3％，且按重量百分比计，渣料组分为CaO：50％、CaF2：25％、Al2O3：15％、MgO：10％；碳钢的组分为：3.5wt％C、6.0wt％Cr、0.50wt％Mn、3wt％Mo、0.6wt％W、0.8wt％Al、0.6wt％Ni、1.2wt％Co、0.16wt％B、9.2wt％V、
0.5wt％Si、0.6wt％Nb、0.08wt％N、Fe余量。
[0178] 具体包括以下步骤：
[0179] 熔炼步骤：将渣料、钒铁、碳钢依次装入中频炉中，渣料、钒铁、碳钢的质量分数分别为3％、15％和82％；对中频炉进行抽真空，并同时进行升温熔炼，当炉内温度达到1550℃左右时，向炉内充入氮气，并加压至1.8bar；
[0180] 原材料熔化后加入V2O5进行脱碳处理，得到脱碳处理后的钢液；其中，V2O5分两批加入，每批的加入量为15～25Kg；第一批加入后待钢液达到1550℃以上时，加入第二批；
[0181] 精炼步骤：在脱碳处理后的钢液中加入Si‑Ca粉进行精炼处理，再加入1wt％的SiMn合金，搅拌均匀后加入0.05wt％La和0.03wt％Ce，搅拌均匀后在1500℃保温20min，得到合金液；其中，脱氧剂使用总量为炉料重量的1.8％，脱氧剂一般分为8批加入；本对比例中(Si+Mn)/(La+Ce)＝12高于本发明的二者比值范围(2‑‑6)。
[0182] 浇铸步骤：将得到的合金液浇铸至模具中，得到耐磨合金钢。
[0183] 本对比例8和实施例1合金钢的缺陷含量对比如图14所示。结果发现，对比例8中合金钢的(Si+Mn)/(La+Ce)＝12高于本发明合金钢，合金流动性就差且合金晶粒尺寸大，结晶强度不足，合金缺陷含量进一步增加，因此对比例8的空洞缺陷含量进一步增加。
[0184] 对比例9
[0185] 本对比例提供一种耐磨合金钢的铸造方法，以渣料、钒铁和碳钢为原材料，其中，渣料的量为炉料重量(即炉内添加的所有物质的总重量)的3％，且按重量百分比计，渣料组分为CaO：50％、CaF2：25％、Al2O3：15％、MgO：10％；碳钢的组分为：3.5wt％C、6.0wt％Cr、0.5wt％Mn、3wt％Mo、0.6wt％W、0.8wt％Al、0.6wt％Ni、1.2wt％Co、0.16wt％B、9.2wt％V、
1wt％Si、0.6wt％Nb、0.08wt％N、Fe余量。
[0186] 具体包括以下步骤：
[0187] 熔炼步骤：将渣料、钒铁、碳钢依次装入中频炉中，渣料、钒铁、碳钢的质量分数分别为3％、15％和82％；对中频炉进行抽真空，并同时进行升温熔炼，当炉内温度达到1550℃左右时，向炉内充入氮气，并加压至1.8bar；
[0188] 原材料熔化后加入V2O5进行脱碳处理，得到脱碳处理后的钢液；其中，V2O5分两批加入，每批的加入量为15～25Kg；第一批加入后待钢液达到1550℃以上时，加入第二批；
[0189] 精炼步骤：在脱碳处理后的钢液中加入Si‑Ca粉进行精炼处理，再加入1wt％的SiMn合金，搅拌均匀后加入0.5wt％La和0.5wt％Ce，搅拌均匀后在1500℃保温20min，得到合金液；其中，脱氧剂使用总量为炉料重量的1.8％，脱氧剂一般分为8批加入；：本对比例中(Si+Mn)/(La+Ce)＝1.5低于本发明的二者比值范围(2‑‑6)。
[0190] 浇铸步骤：将得到的合金液浇铸至模具中，得到耐磨合金钢。
[0191] 本对比例9和实施例1合金钢的缺陷含量对比如图15所示。结果发现，对比例9合金钢的(Si+Mn)/(La+Ce)＝1.5低于本发明合金钢，合金SiMn含量不足且稀土加入量过多，在铸态合金钢内同时形成不连续枝晶和稀土金属化合物，加剧了合金钢内部缺陷形成倾向性，增加缺陷含量，因此对比例9的空洞等缺陷含量高于实施例1。
[0192] 本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各方式的有利技术特征可以自由地组合、叠加。
[0193] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
