一种用于水冷喷嘴的耐磨钢的制备方法技术领域
本发明涉及水冷喷嘴钢材技术领域，尤其涉及一种用于水冷喷嘴的耐磨钢的制备
方法。
背景技术
冶金领域的水冷喷嘴往往用于淬火等热处理，使所得合金得到强化，所以要求水
冷喷嘴具有优秀的耐高温性能。而水冷中的冷却液往往采用水或盐溶液，容易使水冷喷嘴
表面生锈，故水冷喷嘴还需要具有较高的耐腐蚀性能。合金在水冷过程中会与水冷喷嘴发
生摩擦，因此水冷喷嘴还需要具有较强的耐磨性能。
现有技术中的水冷喷嘴材料往往耐磨性能不足，需要一种新的耐磨钢材用于水冷
喷嘴。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种用于水冷喷嘴的耐磨钢的制备
方法，所得耐磨钢具有优异的耐磨性能，而且耐腐蚀、耐高温性能良好。
本发明提出的一种用于水冷喷嘴的耐磨钢的制备方法，包括如下步骤：
S1、熔炼浇注；
S2、热处理；
S3、将热处理后的钢坯进行预处理，然后置于渗硼剂中，升温至910～930℃，保温6
～7h得到渗硼后钢坯；
S4、覆转化膜。
优选地，S3中，预处理的具体操作如下：将热处理后的钢坯置于丙酮中静置8～
12min，然后进行超声清洗5～10min，取出水洗后，再置于盐酸中静置5～8min，取出水洗，干
燥。
优选地，S3中，渗硼剂的使用量为1.3～1.6g/cm2。
优选地，S3中，渗硼剂按重量份包括：碳化硼4～6份，硼砂10～15份，氟硼酸钾3～4
份，氟硅酸钠0.5～1份，碳酸氢钠5～7份，碳化硅40～50份，活性炭30～35份。
优选地，S4中，覆转化膜的具体步骤为：将渗硼后钢坯进行清洗，然后置于转化液
中，升温至40～50℃，保温18～22min，干燥得到用于水冷喷嘴的耐磨钢。
优选地，S4的覆转化膜过程中，转化液包括：75～78g/L硅烷偶联剂，7～10g/L硝酸
钇，1～3g/L植酸钠，2～3g/L硝酸，11～14g/L氟硅酸钾，8～10g/L氟钛酸铵，10～12g/L甘
油，溶剂为水。
优选地，S1中，熔炼浇注具体操作为：将原材料升温至熔融状态得到液态合金，其
中液态合金的组分按重量百分比包括：C：0.05～0.1％，Cr：1～1.3％，Al：0.5～0.8％，Mg：
1.1～1.4％，Zr：0.4～0.6％，Ni：0.2～0.3％，Mn：0.8～1.1％，Mo：0.1～0.15％，V：0.06～
0.1％，Co：0.05～0.08％，Ga：0.01～0.03％，Ti：0.8～1.2％，Si：0.3～0.6％，其余为Fe；然
后浇注得到钢坯。
优选地，S2中，热处理的具体步骤为：将钢坯升温以9～12℃/min的升温速度升温
至520～550℃，保温3～4h，接着以3～4℃/min的升温速度升温至680～700℃，保温50～
60min，再以1～2℃/min的升温速度升温至980～1000℃，保温3～4h，然后油冷至250～280
℃，再升温至525～540℃，保温1～2h，空冷至室温。
本发明采用低铬低碳的钢材作为基体具有优良的耐冲击性能，而通过锆、镍、锰、
钼、钒、钴等元素配合，不仅可以细化合金组织，同时形成稳定的难熔金属化合物，提高本发
明的硬度、耐腐蚀、耐磨、耐热性能，而且净化晶界，降低蠕变过程中晶界扩散速率，提高塑
性和强度；淬火回火后进行渗硼，渗硼剂分解产生的硼原子迁移到试样表面发生反应生成
了Fe2B相，随着渗硼剂供应的硼原子增多，Fe2B的生成速度加快，进一步提高渗硼剂分解，使
硼原子在表面的进一步堆积，然后开始形成FeB相，硼化物FeB和Fe2B是非常稳定的化合物，
具有良好的热硬性，使本发明经渗硼后在800℃以下的温度时，能够保持很高的硬度，其耐
磨性随着提高，而且稳定好；在高温下钢材表面的FeB和Fe2B将会与氧发生反应，产生B2O3会
使氧化的过程停止或降低到极缓慢的程度，进而使材料的表面受到一定的保护；渗硼后覆
转化膜，采用硅烷偶联剂和硝酸钇发生交联作用，形成致密的膜层，而植酸钠与硅烷偶联
剂、硝酸钇配合，起到弥散、填充的作用，进一步提高转化膜的致密程度；而氟硅酸钾和氟钛
酸铵配合，封闭转化膜中的活性基团，进一步提高转化膜的耐腐蚀性能；同时由于钇的电负
性小、化学活性大，可在钢表面形成许多活性中心，加速活性硼原子在钢表面的吸附，稀土
元素为硼原子向基体内扩散提供条件，进一步提高了本发明硬度。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种用于水冷喷嘴的耐磨钢的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原材料升温至熔融状态得到液态合金，其中液态合金的组分按重量百分比
包括：C：0.05％，Cr：1.3％，Al：0.5％，Mg：1.4％，Zr：0.4％，Ni：0.3％，Mn：0.8％，Mo：
0.15％，V：0.06％，Co：0.08％，Ga：0.01％，Ti：1.2％，Si：0.3％，其余为Fe；然后浇注得到钢
坯；
S2、将钢坯升温以12℃/min的升温速度升温至520℃，保温4h，接着以3℃/min的升
温速度升温至700℃，保温50min，再以2℃/min的升温速度升温至980℃，保温4h，然后油冷
至250℃，再升温至540℃，保温1h，空冷至室温；
S3、将热处理后的钢坯置于丙酮中静置12min，然后进行超声清洗5min，取出水洗
后，再置于盐酸中静置8min，取出水洗，干燥，然后置于渗硼剂中，渗硼剂的使用量为1.3g/
cm2，升温至930℃，保温6h得到渗硼后钢坯；其中渗硼剂按重量份包括：碳化硼6份，硼砂10
份，氟硼酸钾4份，氟硅酸钠0.5份，碳酸氢钠7份，碳化硅40份，活性炭35份；
S4、将渗硼后钢坯进行清洗，然后置于转化液中，升温至40℃，保温22min，干燥得
到用于水冷喷嘴的耐磨钢，其中转化液包括：75g/L硅烷偶联剂，10g/L硝酸钇，1g/L植酸钠，
3g/L硝酸，11g/L氟硅酸钾，10g/L氟钛酸铵，10g/L甘油，溶剂为水。
实施例2
本发明提出的一种用于水冷喷嘴的耐磨钢的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原材料升温至熔融状态得到液态合金，其中液态合金的组分按重量百分比
包括：C：0.1％，Cr：1％，Al：0.8％，Mg：1.1％，Zr：0.6％，Ni：0.2％，Mn：1.1％，Mo：0.1％，V：
0.1％，Co：0.05％，Ga：0.03％，Ti：0.8％，Si：0.6％，其余为Fe；然后浇注得到钢坯；
S2、将钢坯升温以9℃/min的升温速度升温至550℃，保温3h，接着以4℃/min的升
温速度升温至680℃，保温60min，再以1℃/min的升温速度升温至1000℃，保温3h，然后油冷
至280℃，再升温至525℃，保温2h，空冷至室温；
S3、将热处理后的钢坯置于丙酮中静置8min，然后进行超声清洗10min，取出水洗
后，再置于盐酸中静置5min，取出水洗，干燥，然后置于渗硼剂中，渗硼剂的使用量为1.6g/
cm2，升温至910℃，保温7h得到渗硼后钢坯；其中渗硼剂按重量份包括：碳化硼4份，硼砂15
份，氟硼酸钾3份，氟硅酸钠1份，碳酸氢钠5份，碳化硅50份，活性炭30份；
S4、将渗硼后钢坯进行清洗，然后置于转化液中，升温至50℃，保温18min，干燥得
到用于水冷喷嘴的耐磨钢，其中转化液包括：78g/L硅烷偶联剂，7g/L硝酸钇，3g/L植酸钠，
2g/L硝酸，14g/L氟硅酸钾，8g/L氟钛酸铵，12g/L甘油，溶剂为水。
实施例3
本发明提出的一种用于水冷喷嘴的耐磨钢的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原材料升温至熔融状态得到液态合金，其中液态合金的组分按重量百分比
包括：C：0.08％，Cr：1.1％，Al：0.7％，Mg：1.2％，Zr：0.55％，Ni：0.23％，Mn：1％，Mo：
0.12％，V：0.09％，Co：0.06％，Ga：0.023％，Ti：0.9％，Si：0.5％，其余为Fe；然后浇注得到
钢坯；
S2、将钢坯升温以10℃/min的升温速度升温至540℃，保温3.6h，接着以3.5℃/min
的升温速度升温至685℃，保温58min，再以1.2℃/min的升温速度升温至995℃，保温3.4h，
然后油冷至270℃，再升温至530℃，保温1.8h，空冷至室温；
S3、将热处理后的钢坯置于丙酮中静置9min，然后进行超声清洗8min，取出水洗
后，再置于盐酸中静置6min，取出水洗，干燥，然后置于渗硼剂中，渗硼剂的使用量为1.5g/
cm2，升温至915℃，保温6.7h得到渗硼后钢坯；其中渗硼剂按重量份包括：碳化硼4.5份，硼
砂13份，氟硼酸钾3.5份，氟硅酸钠0.7份，碳酸氢钠5.5份，碳化硅45份，活性炭33份；
S4、将渗硼后钢坯进行清洗，然后置于转化液中，升温至46℃，保温19min，干燥得
到用于水冷喷嘴的耐磨钢，其中转化液包括：77g/L硅烷偶联剂，8g/L硝酸钇，2.3g/L植酸
钠，2.2g/L硝酸，13g/L氟硅酸钾，8.5g/L氟钛酸铵，11.2g/L甘油，溶剂为水。
实施例4
本发明提出的一种用于水冷喷嘴的耐磨钢的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原材料升温至熔融状态得到液态合金，其中液态合金的组分按重量百分比
包括：C：0.06％，Cr：1.2％，Al：0.6％，Mg：1.3％，Zr：0.45％，Ni：0.26％，Mn：0.9％，Mo：
0.13％，V：0.08％，Co：0.07％，Ga：0.012％，Ti：1.1％，Si：0.4％，其余为Fe；然后浇注得到
钢坯；
S2、将钢坯升温以11℃/min的升温速度升温至530℃，保温3.8h，接着以3.2℃/min
的升温速度升温至695℃，保温52min，再以1.5℃/min的升温速度升温至985℃，保温3.6h，
然后油冷至260℃，再升温至535℃，保温1.4h，空冷至室温；
S3、将热处理后的钢坯置于丙酮中静置10min，然后进行超声清洗6min，取出水洗
后，再置于盐酸中静置7min，取出水洗，干燥，然后置于渗硼剂中，渗硼剂的使用量为1.4g/
cm2，升温至925℃，保温6.3h得到渗硼后钢坯；其中渗硼剂按重量份包括：碳化硼5.6份，硼
砂12份，氟硼酸钾3.8份，氟硅酸钠0.6份，碳酸氢钠6.7份，碳化硅42份，活性炭34份；
S4、将渗硼后钢坯进行清洗，然后置于转化液中，升温至44℃，保温21min，干燥得
到用于水冷喷嘴的耐磨钢，其中转化液包括：76g/L硅烷偶联剂，9g/L硝酸钇，1.5g/L植酸
钠，2.5g/L硝酸，12g/L氟硅酸钾，9g/L氟钛酸铵，10.6g/L甘油，溶剂为水。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其
发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。