CN101469390A - 一种耐磨铸钢及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型马氏体、贝氏体耐磨铸钢材料及制造方法。其特征是以较低含量的C、Cr、Mo合金元素为主，辅加少量的V、Ti、B和RE合金元素构成。该种材料经热处理后能够获得回火马氏体加下贝氏体及少量的残余奥氏体的显微组织，使其具有较高的强韧性及良好的耐磨性，不仅能承受较大的冲击和剧烈的撞击，而且还具有优良的抗磨料磨损性能，综合机械性能优于高、中锰奥氏体铸钢，是用于制造在比较恶劣环境下工作备品备件的理想材料。
Description
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，特别涉及一种制造抗撞击研磨备件所用的耐磨铸钢。
背景技术
在冶金、矿山、机械、电力等环境比较恶劣的工况下所用的备品备件大多是采用传统的高锰钢制造。高锰钢的主要化学成分为(wt％)：C 0.9-1.5，Si 0.3-1.0，Mn 11.0-14.0，S<0.05，P<0.09，余量为Fe。该钢的硬度仅为HBS229，抗拉强度为735Mpa。近年来的研究表明，在抵抗中小能量撞击磨料磨损的状况下，高锰钢并不耐磨。如球磨机衬板就是采用高锰钢制作，由于高锰钢的组织结构为奥氏体，硬度较低，耐磨性较差，尤其在没有经受剧烈冲击的情况下，短时间内得不到加工硬化，因此导致研磨初期磨损速度较快，平均使用寿命仅为四个月左右。此外，中锰钢及其他奥氏体铸钢都存在抗冲击差不耐磨的问题。
为了解决上述问题，专利号为SU1650759的文献中公开了一种铸铁材料，是由C、Si、Mn、Cr、V、Ti、B、Ca、Al、Ce、Ba等合金元素组成，抗拉强度为710-750Mpa。这种铸钢虽然硬度较高，耐磨性较好，但强度较低，只能在较小的冲击载荷下工作。此外，由于该钢的化学成分比较复杂，贵重金属如Cr的含量较高，不仅导致钢的价格昂贵，而且在熔炼中Ca、Ce、Ba等合金元素很难控制。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足而提供了一种新型马氏体、贝氏体耐磨铸钢材料及制造方法。其特征是以较低含量的C、Cr、Mo合金元素为主，辅加少量的V、Ti、B和RE合金元素构成。该种材料经热处理后能够获得回火马氏体加下贝氏体及少量的残余奥氏体的显微组织，使其具有较高的强韧性及良好的耐磨性，不仅能承受较大的冲击和剧烈的撞击，而且还具有优良的抗磨料磨损性能，综合机械性能优于高、中锰奥氏体铸钢，是用于制造在比较恶劣环境下工作备品备件的理想材料。
本发明是这样实现的，主要化学成分是以C、Cr、Mo合金元素为主，辅加少量的V、Ti元素及微量的B和RE元素。其化学成份含量(wt％)为：C0.10-0.60，Si 0.05-0.55，Mn 0.50-1.20，P、S≤0.030，Cr 1.0-2.0，Mo 0.20-0.50，V 0.02-0.10，Ti 0.02-0.10，B 0.005-0.10，RE 0.05-0.25，其余为Fe。
本发明中，各合金元素的主要作用在于：
C：在铸钢中，C含量若高于0.60％，组织中易产生网状碳化物，导致脆性增加；C含量若低于0.10％，又会使硬度下降，从而降低耐磨性能。
Cr：Cr是提高钢淬透性的主要合金元素，铸钢中加入1.0-2.0％的Cr，能有效提高钢的淬透性，强化基体组织。
Mo：Mo即可提高钢的淬透性，又能促进贝氏体转变，还能改善铸钢的凝固性。
V、Ti为强化碳化物形成元素，可与C形成高熔点的TiC、VC等细小分散的化合物，起弥散强化作用。
B在钢中能与Cr、Mo等其他金属形成高熔点的硼化物，吸附在晶界上，起弥散强化作用，同时还能提高钢的淬透性，细化铸态组织，有利于贝氏体形成。
RE的加入一方面能有效提高钢水的纯净度，促进微合金化，改善铸态组织结构，又能显著地提高铸钢的塑性和冲击韧性。
本发明的制作方法是，采用碱性炉冶炼，原料为废钢和铁合金。炉料的加入顺序是：废钢-铬铁-回炉料，溶化后加入钼铁和锰铁，用铝脱氧，脱氧后加入硅铁、钒铁、钛铁和硼铁，最后在钢包内加入稀土；采用石灰粉和氟化粉造渣，两者比例为2：1。
为了满足不同承载工作状态下合理使用本发明铸钢件，特提供两种热处理工艺制度：
I。铸钢件在较强烈的冲击载荷磨料磨损工况下使用时，应选取碳含量为中下限的铸钢，经870℃-880℃保温2-2.5小时水淬，然后220℃-230℃保温2-3小时水冷的热处理工艺处理后，能够获得板条马氏体加下贝氏体组织，因而具有良好的强韧性，可用于制造矿山设备中承受强烈冲击磨损的备品备件，如球磨机衬板、电铲铲齿及齿座等。
II。铸钢件在一般能量冲击载荷磨料磨损工况下使用时，应选取碳含量为中上限的铸钢，经850℃-860℃保温2-2.5小时油淬，然后220℃-230℃保温2-3小时水冷热处理工艺处理后，钢的硬度较高，具有良好的耐磨性能，适用于电力、机械等行业抗中强度磨料磨损的备品备件。
本发明同现有技术相比，具有如下优点：
1、化学成分配方合理，选取稀土元素进行微合金化是降低成本，提高铸钢强韧化的有效措施；
2、铸钢经热处理后能获得板条马氏体加下贝氏体双向组织，其综合性能优于单一的马氏体或贝氏体组织的钢；
3、钢的综合性能良好，力学性能优于SU1650759，冲击韧性与高锰钢相媲美，抗拉强度比现有材料高50-100％，耐磨性比高锰钢提高一倍以上。
4、经济效益显著，仅以某矿山球磨机衬板为例，每年要消耗高锰钢4000多吨，应用本发明可节省原材料费千万元以上。
具体实施方式
按照本发明提供的配方及制造方法生产耐磨铸钢，具体化学成分列入表1，相对应的机械性能列入表2。
表1 耐磨铸钢的化学成分(wt％)
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | V | Ti | B | RE |
| 1 | 0.12 | 0.45 | 0.79 | 0.025 | 0.022 | 1.86 | 0.35 | 0.05 | 0.04 | 0.007 | 0.13 |
| 2 | 0.25 | 0.40 | 0.63 | 0.021 | 0.024 | 1.72 | 0.37 | 0.10 | 0.03 | 0.008 | 0.12 |
| 3 | 0.50 | 0.38 | 1.20 | 0.023 | 0.021 | 1.23 | 0.42 | 0.03 | 0.06 | 0.006 | 0.10 |
表2 耐磨铸钢的力学性能
| 实施例 | Rp0.2MPa | RmMPa | A％ | (硬度)HRC | AKV(常温)J | 热处理制度 |
| 1 | 1199 | 1350 | 21.0 | 46 | 76.0 | I |
| 2 | 1205 | 1380 | 18.0 | 48 | 72.5 | I |
| 3 | 1200 | 1250 | 12.5 | 55 | 62.0 | II |
Claims (2)
1、一种耐磨铸钢，其特征是：以C、Cr、Mo合金元素为主，辅加少量的V、Ti元素及微量的B和RE元素，其化学成份含量(wt％)为：C 0.10-0.60，Si 0.05-0.55，Mn 0.50-1.20，P、S≤0.030，Cr 1.0-2.0，Mo 0.20-0.50，V 0.02-0.10，Ti 0.02-0.10，B 0.005-0.10，RE 0.05-0.25，其余为Fe。
2.一种耐磨铸钢的热处理工艺，其特征是：
I.淬火：870℃-880℃，保温2-2.5h，水冷；
回火：220℃-230℃，保温2-3h，水冷；
II.淬火：850℃-860℃，保温2-2.5h，油冷；
回火：220℃-230℃，保温2-3h，水冷。
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