CN102660714B

CN102660714B - 一种高碳高钒耐磨钢

Info

Publication number: CN102660714B
Application number: CN 201210182532
Authority: CN
Inventors: 刘志强; 赵慧丽; 尚显光; 吕静; 刘玲; 来彦玲; 杨建军; 陈晓; 郑喜平; 王冠; 肖软生; 李朝红
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2012-06-05
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2032-06-05
Also published as: CN102660714A

Abstract

本发明涉及一种高碳高钒耐磨钢，其成分质量百分比为：碳（C）2.2%-2.4%，钒（V）8.4%-8.7%，铬（Cr）5.8%-6.3%，钼（Mo）2.3%-2.7%，镍（Ni）0.8%-0.9%，铌（Nb）1.6%-1.7%，硅（Si）0.7%-0.9%，磷（P）＜0.04%，硫（S）＜0.04%，余量为铁（Fe）。本发明提供的高碳高钒耐磨钢，增加了钼和钒的含量以取代钨元素增加高速钢的淬透性和耐磨性，同时又满足了其力学的性能要求。

Description

一种高碳高钒耐磨钢

技术领域

本发明涉及一种耐磨金属材料,更具体地涉及一种高碳高钒耐磨钢。

背景技术

高速钢是高速工具钢的简称，是一种成分复杂的化合物，高速钢除含有高的碳量外，还有大量的W、Cr、V、Mo等合金成分；合金和碳元素形成了大量的碳化物，使高速钢具有高硬度、高红硬性、高耐磨性和足够的韧性，极大地提高了其切削速度，高速钢的发明使切削中碳钢的速度由8m/min提高到大约30m/min；因此带来了机床工具行业的革命。

随着被加工材料的不断变化及生产加工的需要，人们不断改变高速钢的成分，先后出现了钴高速钢、高钼高速钢M1、钨钼高速钢M2、高碳高钒高速钢、加硫易切削高速钢、超硬高速钢M40系列。目前，高速钢常用于钻头、丝锥、锯条以及滚刀、插齿刀、拉刀等工具。

高碳高钒高速钢是近十多年来出现的一种新钢种。高钒高速钢不含W，同时加大碳元素的含量，形成VC和V₄C₃，使高速钢得到高的硬度和耐磨性。高钒高速钢以钒为主要添加元素，辅以铬钼等其他合金元素，充分利用钒碳化合物（VC）硬度高、形态好的特点来提高材料的韧性及耐磨性。作为新一代耐磨材料，高钒高速钢目前已被用于开挖石方用风钻合金钻头、破碎机锤头、钻井钻机用钻头、球磨机衬板和转子体等多种耐磨件。

实践证明，高钒耐磨合金的韧性比高铬铸铁高，耐磨性是高铬铸铁的3倍以上，裂纹敏感性比高铬铸铁低，性能价格比也高，具有广泛的推广应用前景，势必替代高铬铸铁，成为新一代高耐磨材料的主流。该合金可大大提高耐磨部件的使用寿命和主机运行效率，完全可替代各种用于磨料磨损工况的耐磨铸铁类材料。用高钒耐磨合金制造的风钻合金钻头、钻井钻机钻头、破碎机锤头、轧钢机导轮等，在农用机械、建材、矿山、电力等行业有着广泛应用，社会经济效益显著，对国民经济发展有重要促进作用。

发明内容

本发明的目的提供一种硬度高、耐磨性好的高碳高钒耐磨钢，本发明所述的高碳高钒耐磨钢成分质量百分比如下：

碳（C）2.0%-2.6%，钒（V）8.0%-9.0%，铬（Cr）5.5%-6.5%，钼（Mo）2.0%-3.0%，镍（Ni）0.5%-1.0%，铌（Nb）1.0%-2.0%，硅（Si）0.4%-1.0%，磷（P）＜0.04%，硫（S）＜0.04%，余量为铁（Fe）。

碳（C）对钢的强度、硬度、淬透性以及耐磨性都有非常重要的影响。碳是形成碳化物的基本元素，碳的含量过低则碳化物少，耐磨性低，但是碳含量太高容易增大材料的脆性，所以碳元素的含量要控制在一定范围，综合比较，碳含量控制在2.0%-2.6%。优选地，碳含量控制在2.2%-2.4%。

钒（V）对高速钢耐磨性的影响最为显著，有利于MC型碳化物的形成，提高钒的含量可获得大量尺寸细小、弥散分布的颗粒状MC型碳化物，从而提高高速钢的耐磨性。本发明的高碳高钒耐磨高速钢中的钒含量控制在8.0%-9.0%。优选地，钒含量控制在8.4%-8.7%。

铬（Cr）可以提高钢的淬透性，与碳、铁形成多种化合物(Fe,Cr)3C，可显著提高耐磨性，同时固溶强化基体，在提高强度和硬度的同时而不降低冲击韧度，是耐磨材料的基本元素之一，同时还具有较强的高温抗氧化、抗脱碳作用。本发明的高碳高钒耐磨高速钢中的铬含量控制在5.5%-6.5%。优选地，铬含量控制在5.8%-6.3%。

钼（Mo）在高速钢中能形成足够的二次碳化物，通过高温固溶淬火获得高钼马氏体。同时，钼可以减小碳化物的尺寸，细化组织，从而提高合金耐磨性，本发明的高碳高钒耐磨高速钢中的钼含量控制在2.0%-3.0%。优选地，钼含量控制在2.3％-2.7%。

铌（Nb）是一种强烈促进MC相形成的元素，添加铌的目的在于用铌取代钒参与MC型碳化物的形成，迫使钒固溶在基体组织中，以提高材料的二次硬化能力。钒、铌加入后，能明显提高亚共晶成分高速钢的耐磨性。本发明的高碳高钒耐磨高速钢中的铌含量控制在1.0%-2.0%。优选地，铌含量控制在1.6%-1.7%。

镍（Ni）能提高钢的强度，而不降低其塑性，改善钢的低温韧性，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性，同时扩大奥氏体相区，是奥氏体化的有效元素，本发明的高碳高钒耐磨高速钢中的镍含量为0.5%-1.0%。优选地，镍含量控制在0.8％-0.9%。

硅（Si）能强化铁素体，提高钢的强度和硬度，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性，增加钢的回火稳定性，提高钢的耐热性。和铬、钼结合，能够提高钢的抗腐蚀性和抗氧化性，本发明的高碳高钒耐磨高速钢中的硅含量为0.4%-1.0%。优选地，硅含量控制在0.7%-0.9%。

硫（S）和磷（P）均是钢中的有害元素，其含量均要求＜0.04%。

本发明提供的高碳高钒耐磨钢，增加了钼和钒的含量以取代钨元素增加钢的淬透性和耐磨性，同时又满足了其力学的性能要求。

本发明中的高碳高钒耐磨钢制备过程如下：利用100kg中频感应电炉进行熔炼，所用炉料为已经称量好的废钢和生铁，当温度达到1420℃时候加入铬铁、硅铁，待钢液温度达到1520℃时，加入钼铁、Ni和铌铁，1560℃时候加入钒铁，目的是为了减少烧损，搅拌，按1kg铝条/吨钢液的量插入铝条进行脱氧；将稀土元素铈放在浇包内对钢液进行孕育，出钢液时温度不低于1560℃，当温度维持在1450-1480℃时，可以在离心机上直接浇注成轧辊。根据其实际的应用效果，其硬度值为62-66HRC，冲击韧性值14-18J／cm²，抗拉强度950-1100MPa。其硬度高、组织致密，耐磨性能优良。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例1

利用100kg中频感应电炉进行熔炼，所用炉料为已经称量好的废钢和生铁，当温度达到1420℃时候加入铬铁、硅铁，待钢液温度达到1520℃时，加入钼铁、Ni和铌铁，1560℃时候加入钒铁，目的是为了减少烧损，搅拌，按1kg铝条/吨钢液的量插入铝条进行脱氧；将稀土元素铈放在浇包内对钢液进行孕育，出钢液时温度不低于1560℃，当温度维持在1450-1480℃时，可在离心机上直接浇注成轧辊。浇注后的铸件需要进行热处理，其热处理工艺为：1000-1050℃高温淬火，480-530℃回火。轧辊组织致密，无裂纹，耐磨性达到高铬铸铁的3.5倍，经检测，其硬度值为63.4HRC,冲击韧性值16-18J／cm²，抗拉强度960-1020MPa，力学性能符合使用要求，其化学成分如表1所示。

实施例2

利用100kg中频感应电炉进行熔炼，所用炉料为已经称量好的废钢和生铁，当温度达到1420℃时候加入铬铁、硅铁，待钢液温度达到1520℃时，加入钼铁、Ni和铌铁，1560℃时候加入钒铁，目的是为了减少烧损，搅拌，按1kg铝条/吨钢液的量插入铝条进行脱氧；将稀土元素铈放在浇包内对钢液进行孕育，出钢液时温度不低于1560℃，当温度维持在1450-1480℃时，可在离心机上直接浇注成轧辊。浇注后的铸件需要进行热处理，其热处理工艺为：1000-1050℃高温淬火，480-530℃回火。轧辊组织致密，无裂纹，耐磨性达到高铬铸铁的4.4倍，经检测，其硬度值为65.2HRC,冲击韧性值14-16J／cm²，抗拉强度1020-1080MPa，力学性能符合使用要求，其化学成分如表1所示。

实施例3

利用100kg中频感应电炉进行熔炼，所用炉料为已经称量好的废钢和生铁，当温度达到1420℃时候加入铬铁、硅铁，待钢液温度达到1520℃时，加入钼铁、Ni和铌铁，1560℃时候加入钒铁，目的是为了减少烧损，搅拌，按1kg铝条/吨钢液的量插入铝条进行脱氧；将稀土元素铈放在浇包内对钢液进行孕育，出钢液时温度不低于1560℃，当温度维持在1450-1480℃时，可在离心机上直接浇注成轧辊。浇注后的铸件需要进行热处理，其热处理工艺为：1000-1050℃高温淬火，480-530℃回火。轧辊组织致密，无裂纹，耐磨性达到高铬铸铁的3.8倍，经检测，其硬度值为62.7HRC,冲击韧性值15-17J／cm²，抗拉强度1000-1050MPa，力学性能符合使用要求，其化学成分如表1所示。

实施例4

利用100kg中频感应电炉进行熔炼，所用炉料为已经称量好的废钢和生铁，当温度达到1420℃时候加入铬铁、硅铁，待钢液温度达到1520℃时，加入钼铁、Ni和铌铁，1560℃时候加入钒铁，目的是为了减少烧损，搅拌，按1kg铝条/吨钢液的量插入铝条进行脱氧；将稀土元素铈放在浇包内对钢液进行孕育，出钢液时温度不低于1560℃，当温度维持在1450-1480℃时，可在离心机上直接浇注成轧辊。浇注后的铸件需要进行热处理，其热处理工艺为：1000-1050℃高温淬火，480-530℃回火。轧辊组织致密，无裂纹，耐磨性达到高铬铸铁的3.6倍，经检测，其硬度值为63.8HRC,冲击韧性值14.5-16.5J／cm²，抗拉强度980-1040MPa，力学性能符合使用要求，其化学成分如表1所示。

实施例5

利用100kg中频感应电炉进行熔炼，所用炉料为已经称量好的废钢和生铁，当温度达到1420℃时候加入铬铁、硅铁，待钢液温度达到1520℃时，加入钼铁、Ni和铌铁，1560℃时候加入钒铁，目的是为了减少烧损，搅拌，按1kg铝条/吨钢液的量插入铝条进行脱氧；将稀土元素铈放在浇包内对钢液进行孕育，出钢液时温度不低于1560℃，当温度维持在1450-1480℃时，可在离心机上直接浇注成轧辊。浇注后的铸件需要进行热处理，其热处理工艺为：1000-1050℃高温淬火，480-530℃回火。轧辊组织致密，无裂纹，耐磨性达到高铬铸铁的4.2倍，经检测，其硬度值为64.7HRC,冲击韧性值15.5-17.5J／cm²，抗拉强度1040-1100MPa，力学性能符合使用要求，其化学成分如表1所示。

表1高碳高钒耐磨钢化学成分（重量%）

元素	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						C	2.4	2.6	2.1	2.0	2.2
V	8.4	8.9	8.1	8.0	8.7
						Cr	5.8	6.3	6.2	5.5	6.5
Mo	2.3	3.0	2.7	2.0	2.5
						Ni	0.5	0.9	0.8	0.7	1.0
Nb	1.6	1.7	1.1	1.0	2.0
						Si	0.7	0.9	0.7	1.0	0.4
S	0.031	0.027	0.033	0.035	0.025
						P	0.032	0.034	0.035	0.029	0.037
Fe	余量	余量	余量	余量	余量

Claims

1.一种高碳高钒耐磨钢，其成分质量百分比如下：

碳2.4%，钒8.4%，铬5.8%，钼2.3%，镍0.5%，铌1.6%，硅0.7%，磷0.032%，硫0.031%，余量为铁；

所述高碳高钒耐磨钢制备过程如下：利用100kg中频感应电炉进行熔炼，所用炉料为已经称量好的废钢和生铁，当温度达到1420℃时候加入铬铁、硅铁，待钢液温度达到1520℃时，加入钼铁、Ni和铌铁，1560℃时候加入钒铁，目的是为了减少烧损，搅拌，按1kg铝条/吨钢液的量插入铝条进行脱氧；将稀土元素铈放在浇包内对钢液进行孕育，出钢时钢液温度不低于1560℃，当温度维持在1450-1480℃时，在离心机上直接浇注成轧辊。

2.一种高碳高钒耐磨钢，其成分质量百分比如下：

碳2.6%，钒8.9%，铬6.3%，钼3.0%，镍0.9%，铌1.7%，硅0.9%，磷0.034%，硫0.027%，余量为铁；

3.一种高碳高钒耐磨钢，其成分质量百分比如下：

碳2.1%，钒8.1%，铬6.2%，钼2.7%，镍0.8%，铌1.1%，硅0.7%，磷0.035%，硫0.033%，余量为铁；

4.一种高碳高钒耐磨钢，其成分质量百分比如下：

碳2.0%，钒8.0%，铬5.5%，钼2.0%，镍0.7%，铌1.0%，硅1.0%，磷0.029%，硫0.035%，余量为铁；

5.一种高碳高钒耐磨钢，其成分质量百分比如下：

碳2.2%，钒8.7%，铬6.5%，钼2.5%，镍1.0%，铌2.0%，硅0.4%，磷0.037%，硫0.025%，余量为铁；