CN101555573A

CN101555573A - 一种合金钢及其热处理方法

Info

Publication number: CN101555573A
Application number: CNA2009100388406A
Authority: CN
Inventors: 王海艳; 黄勇; 苏志辉; 李林; 戚文军; 赵四勇; 农登; 雷运生; 张会; 张峰; 郑飞燕; 郑开宏
Original assignee: Guangzhou Research Institute of Non Ferrous Metals
Current assignee: Guangzhou Research Institute of Non Ferrous Metals
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2009-10-14

Abstract

本发明涉及一种合金钢及其热处理方法。其特征是合金钢按质量百分比计，由以下元素组成：C：0.2～0.3％，Si：0.4～0.6％，Mn：1.2～1.5％，Cr：0.8～0.9％，Ni：1.8～2.0％，Mo：0.2～0.4％，RE：0.01～0.1％，Nb：0.03～0.06％，B：0.002～0.004％，P＜0.04％，S＜0.04％，余量为Fe。其热处理方法的特征是将合金钢按100℃/h的速度，升温到930～950℃，保温4小时后炉冷到250℃；再按100℃/h的速度，升温到900～920℃，保温4小时后，水温为20～45℃水冷或空冷；再加热至温度250～300℃后，炉冷。采用本发明的合金钢及其热处理方法，使硬度和耐磨性获得合理的匹配，同时具有良好的抗磨损性能和耐冲击性能。与目前普遍应用的普通合金钢或高锰钢类相比，在保证韧性的同时提高了耐磨性。本发明的合金钢及其热处理方法适用于工程机械及航道疏浚工况下的铲齿类等产品。

Description

一种合金钢及其热处理方法

技术领域

本发明涉及一种新型合金钢及其热处理方法。

背景技术

材料的磨损失效是工业领域中普遍存在的一种形式，在各种复杂的服役条件下，磨刷和冲击会导致材料的快速磨损，缩短使用寿命。

目前，国内普遍使用的材料有两种：一种为高锰钢，强度低、韧性好，由于工作过程的冲击载荷小，其加工硬化作用有限，难以发挥出高锰钢的潜力。另一种为普通合金钢，合金成分以Cr、Mo、Ni为主，硬度高，耐磨性比高锰钢好，但由于韧性差，存在着使用过程中易发生断裂的危险，限制了这种材料的大量使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种硬度高，耐磨性好，韧性高的合金钢及其热处理方法。

本发明的目的通过如下措施来实现：合金钢按质量百分比计，由以下元素组成：C：0.2～0.3％，Si：0.4～0.6％，Mn：1.2～1.5％，Cr：0.8～0.9％，Ni：1.8～2.0％，Mo：0.2～0.4％，RE：0.01～0.1％，Nb：0.03～0.06％，B：0.002～0.004％，P＜0.04％，S＜0.04％，余量为Fe。

将合金钢按100℃/h的速度，升温到930～950℃，保温4小时后炉冷到250℃；再按100℃/h的速度，升温到900～920℃，保温4小时后，水温为20～45℃水冷或空冷；再加热至温度250～300℃后，炉冷。

C是影响合金钢硬度和韧性的主要元素，碳量高，则碳化物数量多，合金钢的硬度高，但韧性降低，在使用中易破碎；而碳量低，则韧性较高，但碳化物数量减少，硬度降低，不利于磨损，因此碳的含量控制在0.2～0.3％比较适宜。

Si是改善碳化物结构和形态的主要元素，Si量高有助于共晶碳化物呈高硬度的MC型结构，有助于改善碳化物形态，但过高的含Si量将降低韧性，因此Si含量选择在0.4～0.6％之间。

Mn的主要作用是细化金属基体，但过高的Mn含量将使铸钢组织中出现奥氏体，不利于抗冲击磨损，因此Mn含量选择在1.2～1.5％比较适宜。

Cr量高，易形成M₃C₇型碳化物，有利于提高其耐磨性，但过高的Cr量会使铸钢的韧性降低，且生产成本过高，因此Cr含量控制在0.8～0.9％。

Ni主要溶入基体，能强烈稳定奥氏体，提高铸钢的淬透性而不降低其韧性，并能提高铸钢抗腐蚀疲劳的能力，因此Ni含量控制在1.8～2.0％。

Mo的主要作用是细化组织，提高基体的强度和韧性，增加钢的淬透性，故Mo含量控制在0.2～0.4％比较适宜。

RE(稀土金属)既能脱氧、脱硫，控制夹杂物的形态、大小和分布，又能细化材料的晶粒，改善碳化物形态和分布，促使碳化物呈孤立状均匀分布，显著减少夹杂物，提高冶金质量，从而提高了材料的抗磨性能。但过量的RE将恶化材料质量，降低韧性，因此，RE的含量控制在0.01～0.1％之间。

Nb、B的主要作业是细化组织，所以Nb选择在0.03～0.06％，B选择在0.002～0.004％。

本发明采用不同热处理方法，使用水冷的方法，水温为20～45℃，能使硬度达到HRC45以上，具有高的耐磨性。使用空冷的方法，硬度HRC为30～32，冲击韧性α_k达到39J/cm²以上。不同合金钢成分、硬度和韧性的比较见表1。

将实施例1与普通合金钢和高锰钢在高应力动载磨料磨损试验机MLD-10做石英砂干磨实验，实施例1合金钢与普通合金钢和高锰钢的抗磨倍率分别为1.21、1.15和1.0。

采用本发明的合金钢及其热处理方法，使硬度和耐磨性获得合理的匹配，同时具有良好的抗磨损性能和耐冲击性能。可以在工件的不同部位获得性能差异的组织，使承受主要冲击载荷的部位具有较好的韧性，使承受主要磨损的部位具有较好的硬度抵抗磨损。与目前普遍应用的普通合金钢或高锰钢类相比，在保证韧性的同时提高了耐磨性。本发明的合金钢及其热处理方法适用于工程机械及航道疏浚工况下的铲齿类等产品。

附图说明

图1为实施例1的水冷金相显微组织。

图2为实施例1的空冷金相显微组织。

具体实施方式

按上述质量百分比，将各组分加入到炉中熔化，待钢液达到1600℃时用Si-Ca粉还原，并保持10分钟，1600℃出炉浇注，用水玻璃强化砂型铸造，制备试样。

实施例1

各组分质量百分比为：C：0.27，Si：0.46，Mn：1.4，Cr：0.88，Ni：1.92，Mo：0.25，RE：0.083，Nb：0.053，B：0.003，P：0.026，S：0.013。

实施例2

各组分质量百分比为：C：0.29，Si：0.50，Mn：1.5，Cr：0.83，Ni：1.89，Mo：0.23，RE：0.086，Nb：0.048，B：0.003，P：0.026，S：0.016。

实施例3

将实施例1的合金钢浇注成铸态试样，按100℃/h速度升温到935℃，保温4小时后，炉冷到250℃出炉；再按100℃/h速度升温到905℃，保温4小时，水温为30±3℃水冷，再回火，温度280℃，炉冷测定HRC为48；测定采取空冷的试样，硬度HRC为32，冲击韧性α_k达到42J/cm²。

实施例4

将实施例2的合金钢浇注成铸态试样，按100℃/h速度升温到940℃，保温4小时后，炉冷到250℃出炉；再按100℃/h速度升温到910℃，保温4小时，水温为32±3℃水冷，再回火，温度280℃，炉冷测定HRC为47.5；测定采取空冷的试样，硬度HRC为31.5，冲击韧性α_k达到43J/cm²。

Claims

1.一种合金钢，其特征是合金钢按质量百分比计，由以下元素组成：C：0.2～0.3％，Si：0.4～0.6％，Mn：1.2～1.5％，Cr：0.8～0.9％，Ni：1.8～2.0％，Mo：0.2～0.4％，RE：0.01～0.1％，Nb：0.03～0.06％，B：0.002～0.004％，P＜0.04％，S＜0.04％，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的合金钢的热处理方法，其特征是将合金钢按100℃/h的速度，升温到930～950℃，保温4小时后炉冷到250℃；再按100℃/h的速度，升温到900～920℃，保温4小时后，水温为20～45℃水冷或空冷；再加热至温度250～300℃后，炉冷。