CN101717890B

CN101717890B - 一种用于平地机刀片的铸造低合金钢及制备方法

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Publication number: CN101717890B
Application number: CN200910224241A
Authority: CN
Inventors: 朱文旭; 彭清莲
Original assignee: Sany Heavy Industry Co Ltd
Current assignee: Sany Heavy Industry Co Ltd
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2029-11-26
Also published as: CN101717890A

Abstract

本发明提供了一种用于平地机刀片的铸造低合金钢，其成分为：0.27wt％～0.36wt％的C；0.30wt％～0.50wt％的Si；1.10wt％～1.50wt％的Mn；0.08wt％～0.18wt％的Ti；0.30wt％～0.50wt％的Mo；0.02wt％～0.04wt％的RE；0.10wt％～0.40wt％的Cu；其余为Fe和不可避免的杂质。实验结果表明，利用本发明提供的铸造低合金钢制备的平地机刀片的耐磨性能有显著提高，延长了平地机刀片的使用寿命。本发明还提供了一种用于平地机刀片的铸造低合金钢的制备方法，按照本方法，将上述成分的铸造低合金钢制备而的成平地机刀片具有很好的机械性能。

Description

一种用于平地机刀片的铸造低合金钢及制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料，特别涉及一种用于平地机刀片的铸造低合金钢及制备方法。

背景技术

平地机是一种高速、高效、高精度和多用途的土方工程机械，广泛应用于公路、机场等大面积的地面平整工作，同时在挖沟、刮坡、推土、排雪、疏松、压实和开荒等工作中也有较广应用，是国防工程、矿山建设、道路修筑、水利建设和农田改良等施工中的重要设备。

平地机刀片是平地机实现功能的重要组件，平地机的工作条件要求其刀片具有较高的机械性能，如硬度、耐磨性、耐冲击性等，其中，耐磨性是平地机刀片重要性能参数之一。现有技术中，平地机刀片使用板材或刀片轧制型材制造，材料选用低合金钢板材，如30Mn或65Mn。

30Mn低合金钢的典型成分为：0.27wt(重量)％～0.34wt％的C；0.17wt％～0.37wt％的Si；0.70wt％～1.00wt％的Mn；其余为Fe和杂质。65Mn低合金钢的典型成分为：0.62wt％～0.70wt％的C；0.17wt％～0.37wt％的Si；0.90wt％～1.20wt％的Mn；其余为Fe和杂质。

30Mn和65Mn低合金钢具有较高的强度，疲劳强度良好，但耐磨性能一般，热加工成形后作为平地机刀片使用耐磨性能较低，尤其65Mn冲击韧度较低，使用过程中容易发生崩裂现象，影响平地机刀片的使用寿命。

由于现有技术存在上述缺点，因此需要提供一种高耐磨性的铸造低合金钢，用于制造平地机刀片，提高其使用寿命。

由此，本发明人想到参照以上30Mn材料以及犁铧55SiMnCu、65SiMnRE材料等，调整和添加部分合金元素，用以制备一种高强韧、高耐磨性适当匹配、适用于平地机刀片使用工况条件的铸造低合金钢，从而延长该平地机刀片的使用寿命。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种高耐磨性、适用于平地机刀片的铸造低合金钢，由该铸造低合金钢铸造成形的平地机刀片具有较高的耐磨性，从而延长该平地机刀片的使用寿命。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种用于平地机刀片的铸造低合金钢，包括：

0.27wt％～0.36wt％的C；

0.30wt％～0.50wt％的Si；

1.10wt％～1.50wt％的Mn；

0.08wt％～0.18wt％的Ti；

0.30wt％～0.50wt％的Mo；

0.02wt％～0.04wt％的RE；

0.10wt％～0.40wt％的Cu；

余量为Fe和不可避免的杂质。

优选的，所述铸造低合金钢包括：

0.08wt％～0.12wt％的Ti。

优选的，所述铸造低合金钢包括：

0.30wt％～0.40wt％的Mo。

优选的，所述铸造低合金钢包括：

0.020wt％～0.035wt％的RE。

优选的，所述铸造低合金钢包括：

0.0005wt％～1.0wt％的选自V、Nb、W、Ni、Cr、B等添加元素中的一种或几种。

本发明还提供一种用于平地机刀片的铸造低合金钢的制备方法，包括：

合金熔炼：熔炼上述任一项技术方案所述的铸造低合金钢；

热处理：将上述合金钢铸造成形的铸件升温至850℃～900℃进行淬火处理，尔后再升温至530℃～580℃进行回火处理。

优选的，所述合金熔炼具体为：采用中频感应电炉炼钢工艺，还原期采用锰铁脱氧、硅铁预脱氧和纯铝终脱氧，炉外处理采用钢包冲入稀土硅铁合金脱氧、脱硫及去气。

优选的，所述合金熔炼中锰铁加入量占所述铸造低合金钢重量的0.15-0.2％，硅铁加入量占所述铸造低合金钢重量的0.05-0.1％，纯铝加入量占所述铸造低合金钢重量的0.05-0.1％，稀土硅铁加入量占所述铸造低合金钢重量的0.2-0.3％。。

优选的，所述热处理工序的淬火温度为870℃～890℃。

优选的，所述热处理工序的淬火保温时间为1～2小时。

优选的，所述热处理工序的回火温度为540℃～560℃。

优选的，所述热处理工序的回火保温时间为1.5～2.5小时。

本发明提供了一种用于平地机刀片的铸造低合金钢，其成分为：0.27wt％～0.36wt％的C；0.30wt％～0.50wt％的Si；1.10wt％～1.50wt％的Mn；0.08wt％～0.18wt％的Ti；0.30wt％～0.50wt％的Mo；0.02wt％～0.04wt％的RE；0.10wt％～0.40wt％的Cu；其余为Fe和不可避免的杂质。实验结果表明，利用本发明提供的铸造低合金钢制备的平地机刀片，较由30Mn制备的平地机刀片的耐磨性能有显著提高，延长了平地机刀片的使用寿命。

本发明还提供了一种用于平地机刀片的铸造低合金钢的制备方法，按照本方法，将上述成分的铸造低合金钢制备而成的平地机刀片具有很好的机械性能。实验结果表明，可以提高平地机刀片的耐磨性能，延长了平地机刀片的使用寿命。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例公开了一种用于平地机刀片的铸造低合金钢。这种材料适合一般条件下的合金冶炼、铸造成形及热处理，尤其对平地机刀片板类铸件在防止铸造、热处理变形方面具有优势。化学成分设计包括：

C：0.27wt％～0.36wt％

当钢中C的含量超过0.2wt％时，C含量的增加有助于提高淬硬性及强度，但当C的含量过高时，钢的耐应变时效性变差。实际生产中还要考虑国内低碳废钢资源C含量范围对合金冶炼的经济性。因此，使铸造低合金钢中C的含量为0.27wt％～0.36wt％。本发明提供的铸造低合金钢中C的优选含量为0.28wt％～0.34wt％。

Si：0.30wt％～0.50wt％

Si是还原和脱氧所需元素。Si含量在0.40％范围内改善热裂倾向，含量高时易形成柱状晶增加热裂倾向。Si对铁素体的固溶强化作用较强，可有效地提高强度。但同时使塑性和韧性有些降低，含量高时还会使冷脆温度上升。Si能使钢的热处理回火脆性倾向增大。因此，使铸造低合金钢中Si的含量为0.30wt％～0.50wt％。本发明提供的铸造低合金钢Si的优选含量为0.20wt％～0.40wt％。

Mn：1.10wt％～1.50wt％

Mn是良好的脱氧剂。Mn对铸钢铸造性能的影响是增加体收缩和线收缩，增加冷、热裂倾向。Mn通过固溶于铁素体和细化珠光体提高钢的强度、硬度和耐磨性。Mn显著提高钢的淬透性，但又增大回火脆性倾向，并促使晶粒粗化。因此，使铸造低合金钢中Mn的含量为1.10wt％～1.50wt。本发明提供的铸造低合金钢Mn的优选含量为1.2wt％～1.3wt％。

Ti：0.08wt％～0.18wt％

Ti是强烈细化晶粒元素，能使钢的内部组织致密，晶粒细化，增强钢的冲击韧性，同时还能降低时效敏感性和冷脆性，而且，Ti在含B钢中能够抑制B氮化物的生成并能促进B淬火性能的提高。因此，使铸造低合金钢中Ti的含量为0.08wt％～0.18wt％。本发明提供的铸造低合金钢Ti的优选含量为0.08wt％～0.12wt％。

Mo：0.30wt％～0.50wt％

Mo能使钢的晶粒细化，提高淬透性的同时还能增强热强性能，使钢能够进行高温回火，并能消除回火脆性。Mo和Si结合能提高钢的抗腐蚀性和抗氧化性，但当Mo的含量过多时会造成在回火时析出针状Mo碳化物，从而降低韧性和耐SSC性。因此，使铸造低合金钢中Mo的含量为0.30wt％～0.50wt％。本发明提供的铸造低合金钢Mo的优选含量为0.30wt％～0.40wt％。

RE：0.02wt％～0.04wt％

稀土元素具有较强的脱氧、脱硫、去气作用。稀土元素能细化晶粒、改善铸态组织，还能改善钢中夹杂物的形态，并使夹杂物呈细小颗粒匀散分布，克服长条状夹杂物所带来的方向性，以及链形夹杂物带来的危害，从而改善钢的韧性和耐磨性。此外，稀土元素还降低熔体表面张力，增加流动性，有利于浇注。并且我国稀土金属储量高，取材成本低。所述稀土可以为镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，钪(Sc)或钇(Y)一种的或多种，优选为镧(La)或铈(Ce)。因此，使铸造低合金钢中RE的含量为0.02wt％～0.04wt％。本发明提供的铸造低合金钢RE的优选含量为0.020wt％～0.035wt％。

Cu：0.1wt％～0.4wt％

Cu能提高钢的强度、韧性和抗蚀性能，含量0.5％以下时，提高Cu含量可以提高塑性。含量过多会导致在热加工时容易产生热脆。Cu的优选含量为0.2wt％～0.3wt％；

另外，本发明提供的合金还可以添加0.0005wt％～1.0wt％的选自Ni、Cr、V、W、Nb、B的一种或多种元素，以在钢液中形成大量微细的化合物，作为钢结晶的非自发结晶核心而使钢晶粒细化；或者提高钢的淬透性，从而获得很细的晶粒；或者有利于提高钢塑性和韧性；或者改善钢的铸造性能、热处理性能，减少铸造与热处理缺陷倾向，并获得良好强韧性与耐磨性的结合。

所述不可避免的杂质具体例子为P、S、N，所述P含量优选小于0.035wt％、所述S含量优选小于0.035wt％、所述N含量优选小于0.015wt％

P的含量过多会影响钢的可加工性，降低韧性和耐SSC性降低，因此，使铸造低合金钢中P的含量控制在下0.035wt％以下，优选的P含量越少越好；S含量过高会使钢耐SSC性降低，因此，使铸造低合金钢中S的含量控制在0.035wt％以下，优选的S含量越少越好；N的含量过多会生成粗大的Ti碳氮化物，降低钢的耐腐蚀性，因此使铸造低合金钢中N的含量控制在0.015wt％以下，优选的N含量越少越好。

余量为Fe。

本发明还公开了一种用于平地机刀片的铸造低合金钢的制备方法，包括：

铸造工序：制备上述技术方案所述的铸造低合金钢铸件；

热处理工序：将上述铸造成形的合金钢升温至850℃～900℃进行淬火处理，再升温至530℃～580℃进行回火。

铸造工序优选采用砂型铸造，以保证铸件的尺寸与形状精度，并减少废料，节约成本。合金熔炼优选采用本领域技术人员熟知的中频感应电炉炼钢工艺，还原期采用锰铁脱氧、硅铁预脱氧和纯铝终脱氧，炉外处理采用钢包冲入稀土硅铁合金脱氧、脱硫及去气，所述锰铁具体例子可以为FeMn84C0.4，但不限于此；所述硅铁的具体例子可以为FeSi75-A，但不限于此；所述稀土硅铁具体例子可以为FeRe29，但不限于此。

按照本发明，合金熔炼中所述锰铁加入量占所述铸造低合金钢重量的0.15-0.2％；硅铁加入量占所述铸造低合金钢重量的0.05-0.1％；纯铝加入量占所述铸造低合金钢重量的0.05-0.1％；稀土硅铁加入量占所述铸造低合金钢重量的0.2-0.3％。

铸造成形的铸件升温至850℃～900℃进行淬火处理，对于加热温度优选为至少850℃，更优选为870℃～890℃，保温1～2小时，保温后，将铸造低合金钢在水中快速冷却；淬火处理后再对上述铸件升温至530℃～580℃进行回火处理，加热温度优选为540℃～560℃，保温1.5～2.5小时，保温后，将铸造低合金钢在水中快速冷却，或者在空气中冷却至室温，对此本发明并无特别的限制。

本发明提供了一种用于平地机刀片的铸造低合金钢，其成分为：0.27wt％～0.36wt％的C；0.30wt％～0.50wt％的Si；1.10wt％～1.50wt％的Mn；0.08wt％～0.18wt％的Ti；0.30wt％～0.50wt％的Mo；0.02wt％～0.04wt％的RE；0.10wt％～0.40wt％的Cu；其余为Fe和不可避免的杂质，杂质中P＜0.035wt％、S＜0.035wt％、N＜0.015wt％。实验结果表明，利用本发明提供的铸造低合金钢制备的平地机刀片，较由30Mn制备的平地机刀片耐磨性能有显著提高，延长了平地机刀片的使用寿命。

本发明还提供了一种用于平地机刀片的铸造低合金钢的制备方法，按照本方法，将上述成分的铸造低合金钢制备而的成平地机刀片具有很好的机械性能。实验结果表明，可以提高平地机刀片的耐磨性能，延长了平地机刀片的使用寿命。

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明提供的铸造低合金钢及其制备方法进行描述。

实施例1

1)采用中频感应炉炼钢工艺铸造如表1所述成分的铸造低合金钢铸件，熔炼工艺为：还原期加入占铸造低合金钢重量0.17％的锰铁FeMn84C0.4、然后加入铸造低合金钢重量0.06％的硅铁FeSi75-A预脱氧、然后加入铸造低合金钢重量0.06％的纯铝终脱氧，最后炉外处理使用占铸造低合金钢重量的0.3％的稀土硅铁FeRe29进行脱氧、脱硫及去气：

表1实施例1中铸造低合金钢成分(wt％)

取步骤1)所述的铸造低合金钢铸件，继续按照如下步骤加工：

2)升温至890℃，保温1小时，水冷；

3)将步骤2)所得的铸造低合金钢铸件升温至550℃，保温2小时，在空气中快速冷却。

实施例2

1)采用与实施例1相同的中频感应炉炼钢工艺铸造如表2所述成分的铸造低合金钢铸件：

表2实施例2中铸造低合金钢成分(wt％)

2)升温至890℃，保温1小时，水冷；

实施例3

1)采用与实施例1相同的中频感应炉炼钢工艺铸造如表3所述成分的铸造低合金钢铸件：

表3实施例3中铸造低合金钢成分(wt％)

2)升温至880℃，保温1小时，水冷；

3)将步骤2)所得的铸造低合金钢铸件升温至560℃，保温2小时，在空气中快速冷却。

实施例4

1)采用与实施例1相同的中频感应炉炼钢工艺铸造如表4所述成分的铸造低合金钢铸件：

表4实施例4中铸造低合金钢成分(wt％)

2)升温至870℃，保温1.5小时，水冷；

实施例5

1)采用与实施例1相同的中频感应炉炼钢工艺铸造如表5所述成分的铸造低合金钢铸件：

表5实施例5中铸造低合金钢成分(wt％)

2)升温至880℃，保温1小时，水冷；

3)将步骤2)所得的铸造低合金钢铸件升温至550℃，保温1.5小时，在空气中快速冷却。

实施例6

1)采用与实施例1相同的中频感应炉炼钢工艺铸造如表6所述成分的铸造低合金钢铸件：

表6实施例6中铸造低合金钢成分(wt％)

2)升温至870℃，保温1小时，水冷；

实施例7

1)采用与实施例1相同的中频感应炉炼钢工艺铸造如表7所述成分的铸造低合金钢铸件：

表7 实施例7中铸造低合金钢成分(wt％)

2)升温至880℃，保温1小时，水冷；

3)将步骤2)所得的铸造低合金钢铸件升温至540℃，保温2小时，在空气中快速冷却。

常规机械性能试验

从由实施例1-7所述铸造低合金钢制备的刀片上切取7个试样进行力学性能测试，编号依次为1至7，结果如表8：

表8本发明实施例提供的铸造低合金钢切取试样力学性能结果

上述常规力学性能试验结果表明，本发明提供的铸造低合金钢适合一般条件下的合金冶炼，铸造成型，经过常规热处理后可以保持良好的机械性能，具有高强韧性、高耐磨性特点。并且，经过热处理后，并无明显变形，其高强韧性、高耐磨性可以延长平地机刀片的使用寿命。

耐磨性能试验1

试样规格为：扁型40cm×15cm×5cm；

从由30Mn合金钢制备的刀片上切取试样，编号为a；

从由实施例1-7所述铸造低合金钢制备的刀片上切取8个试样，编号依次为b、c、d、e、f、g、h。

试验机名称：动载磨料磨损试验机

试验机型号：MLD-10

磨粒介质：4mm干石英砂

试验方式：无冲击旋转

温度：室温

试验周期：1D(天)

试验结果如表9

表9试验1中30Mn板材和由本发明实施例

提供的铸造低合金钢板材耐磨性试验测试结果

耐磨性能试验2

试样规格为：扁型40cm×15cm×5cm，

从由30Mn合金钢制备的刀片上切取试样，编号为i；

从由实施例5所述铸造低合金钢制备的刀片上切取试样，编号分别为j。

试验机名称：动载磨料磨损试验机

试验机型号：MLD-10

磨粒介质：4mm干石英砂

试验方式：无冲击旋转

温度：室温

试验周期：2D(天)

试验结果如表10：

表10试验2中30Mn板材和由本发明实施例

提供的铸造低合金钢板材耐磨性试验测试结果

根据耐磨试验1和耐磨试验2的结果可知，采用本发明提供的铸造低合金钢制备的平地机刀片较由30Mn制备的刀片耐磨性提高170％～310％，由此延长了平地机刀片的使用寿命。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种用于平地机刀片的铸造低合金钢，包括：

0.27wt％～0.36wt％的C；

0.30wt％～0.50wt％的Si；

1.10wt％～1.50wt％的Mn；

0.08wt％～0.18wt％的Ti；

0.30wt％～0.50wt％的Mo；

0.02wt％～0.04wt％的RE；

0.10wt％～0.40wt％的Cu；

余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的铸造低合金钢，其特征在于，包括：

0.08wt％～0.12wt％的Ti。

3.根据权利要求1所述的铸造低合金钢，其特征在于，包括：

0.30wt％～0.40wt％的Mo。

4.根据权利要求1所述的铸造低合金钢，其特征在于，包括：

0.020wt％～0.035wt％的RE。

5.一种用于平地机刀片的铸造低合金钢的制备方法，包括：

合金熔炼：熔炼如权利要求1-4任一项所述的铸造低合金钢；

热处理：将上述合金钢铸造成形的铸件升温至850℃～900℃进行淬火处理，尔后再升温至530℃～580℃进行回火处理；

所述淬火保温时间为1～2小时；所述回火保温时间为1.5～2.5小时。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述合金熔炼具体为：

采用中频感应电炉炼钢工艺，还原期采用锰铁脱氧、硅铁预脱氧和纯铝终脱氧，炉外处理采用钢包冲入稀土硅铁合金脱氧、脱硫及去气。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述合金熔炼中的锰铁加入量占所述铸造低合金钢重量的0.15-0.2％，硅铁加入量占所述铸造低合金钢重量的0.05-0.1％，纯铝加入量占所述铸造低合金钢重量的0.05-0.1％，稀土硅铁加入量占所述铸造低合金钢重量的0.2-0.3％。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述热处理的淬火温度为870℃～890℃。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述热处理的回火温度为540℃～560℃。