CN101899627A - 耐磨合金铸钢及熔炼、热处理工艺 - Google Patents

Abstract

耐磨合金铸钢及熔炼、热处理工艺，铸钢为：C：0.27-0.32；Mn：0.70-0.90；Si：0.90-1.30；Cr：1.40-1.80；Mo：0.10-0.20；Ni：0.10-0.20；Ti：0.02-0.03。熔炼包括：在钢液升温至1550-1560℃时，分别加入：碳、钼铁、铬铁、镍、钛铁；在1570-1580℃时，加入硅铁；在1590-1600℃时，加入锰铁；在1610-1630℃时，断电出钢液浇注。热处理包括：退火、淬火、回火。该工艺生产工艺简单、成本低且无污染，所得铸钢可用于制造与冻岩、冻土层接触的工程机械设备。

Description

耐磨合金铸钢及熔炼、热处理工艺

技术领域

本发明涉及一种耐磨合金铸钢及熔炼、热处理工艺，特别是可用于野外多工矿开采设备上、能够适于高强度、以及低温等恶劣环境要求，具有超高硬韧性的耐磨合金铸钢。

背景技术

磨损是许多工业部门普遍存在并成为引起设备失效或材料破坏的一个重要原因，同时其也消耗了大量的能源和材料。由合金铸钢制造的各种工程挖掘机和装载机斗齿、各种耐磨输送管道、各种破碎机锤头和颚板、各种履带板，由于处于高强度、恶劣气候等工作条件，其磨损情况更加严重。

目前的技术现状是：一般材料的硬度和韧性是互相矛盾的性能指标，通常是硬度高则韧性差，韧性高则硬度低。一类是强调材料的高韧性，一类是强调材料的抗磨性。而无法达到一个有效的统一，尤其是在用于室外矿山开采、挖掘等工程机械上的应用。高锰钢的耐磨性是有条件的，而且其屈服强度低、易于变形；低、中合金耐磨钢具有较好的强韧性，低、中冲击载荷下的耐磨性优于高锰钢，但存在淬透性和淬硬性低的问题，耐磨性较差；高铬铸铁组织中含有超过20％的高硬度共晶碳化物，具有优异的耐磨性，可是存在合金元素含量高、生产成本高以及高温熔炼易变形开裂的不足；普通白口铸铁和低合金白口铸铁碳化物硬度低，碳化物呈连续状分布，脆性大，使用中易剥落甚至开裂。

因此需要提供新一代耐磨合金铸钢，通过其组分和含量的创新和设计，得到一种强韧性高、淬透性与淬硬性好是耐磨材料的发展趋势，同时保证在低温环境中的良好工作，并在多工矿条件中也能良好使用的耐磨材料，以减少金属磨损，对国民经济的发展有着十分重要的意义。

同时熔炼铸钢的工艺应是一种生产工艺简单、成本低且无污染的过程。人们还认识到炉前孕育变质处理技术是提高钢铁液质量的有力措施之一，它在一定程度上能够弥补熔炼过程中的不足；熔炼、精炼和过滤技术是耐磨金属材料的生产关键技术，上述两项技术对于能否实现本项目匹配合理化方案至关重要。因此提供一种新的与耐磨合金铸钢的合金成分相适应的熔炼工艺将是保证耐磨合金铸钢的合金成分进而保证其机械性能的重要的制造技术环节。

另外，人们进一步认识到提供一种新的与耐磨合金铸钢的合金成分相适应的热处理工艺不仅是制造耐磨合金铸钢的技术环节，同时，合理的热处理工艺也将对耐磨合金铸钢的机械性能具有积极的作用，使合金成分得到更有效的利用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种与新型耐磨合金铸钢及熔炼、热处理工艺。

其中所述新型耐磨合金铸钢的化学成分及其质量百分比为：C：0.27-0.32；Mn：0.70-0.90；Si：0.90-1.30；Cr：1.40-1.80；Mo：0.10-0.20；Ni：0.10-0.20；Ti：0.02-0.03。

其中所述熔炼工艺包括：

步骤1、当熔炼的钢液升温至1550-1560℃时，分别加入元素：碳、钼铁、铬铁、镍、钛铁；

步骤2、当熔炼的钢液升温至1570-1580℃时，加入硅铁；

步骤3、当熔炼的钢液升温至1590-1600℃时，加入锰铁；

步骤4、当熔炼的钢液升温至1610-1630℃时，断电出钢液浇注。

其中所述热处理工艺包括：

步骤1、退火：将所述耐磨合金铸钢置于温度为850℃-900℃退火炉中，保温3-5小时出炉，然后空冷；

步骤2、淬火：将所述耐磨合金铸钢置于温度控制在900℃±10℃的淬火炉中保温150分钟后取出淬火，冷却介质为水溶性淬火液，耐磨合金铸钢冷致300℃左右；

步骤3、回火：将所述耐磨合金铸钢置于温度为到200-230℃的回火炉中，保温3-4小时取出空冷。

为得到更加优质的所述耐磨合金铸钢，所述熔炼工艺还可以在配以优化的装料和钢料初步熔化工艺；同时也可在上述步骤中配以添加熔剂工序形成熔渣保证耐磨合金铸钢的化学成分；另外，增加适当的炉前、炉中的取样分析以得到各化学成分的正确含量百分比。

经过本发明所提供的生产工艺简单、成本低、污染小的熔炼工艺可以有效、优质得到所述耐磨合金铸钢，其抗拉强度：1500-1800MPa，屈服强度：1200-1400MPa，延伸率：δ5 7-15％，V型缺口冲击韧性Akv25-40J，硬度：48-55HRC。并适合用于在低温环境中，如-20℃～0℃，与冻岩、冻土层接触的耐磨工程机械设备，适应在寒带环境中长期工作的要求。

具体实施方式

本发明提供一种与新型耐磨合金铸钢及熔炼、热处理工艺。

其所述铸钢的化学成分及其质量百分比为：C：0.27-0.32；Mn：0.70-0.90；Si：0.90-1.30；Cr：1.40-1.80；Mo：0.10-0.20；Ni：0.10-0.20；Ti：0.02-0.03。其中各合金所具有的主要功能为：

碳(C)：碳含量越高，钢的强度和硬度值增加，塑性和韧性值降低；

硅(Si)：强化铁素体，提高抗拉强度和屈服强度，提高耐热性和耐蚀性，降低韧性和塑性；

锰(Mn)：提高强度，硬度和耐磨性；

铬(Cr)：降低钢的导热性，能提高耐磨性；

钼(Mo)：强化铁素体，提高高温性能，改善脆性；

镍(Ni)：扩大奥氏体区，是奥氏体化的有效元素，提高强度而不显著降低塑性，有良好的耐腐蚀能力；

钛铁(Ti)：能强化铁素体，脱氧和细化晶粒。

本发明还提供了具有生产工艺简单、成本低、污染小特点的耐磨合金铸钢的熔炼工艺，其具体包括：

1)、装料熔化

优选的实施例是采用酸性的高频或中频感应电炉进行熔炼，并根据炉子的容量大小来确定预装量。在熔炼时首先在炉中底部上撒上一层熔剂(厚度约10mm左右)，同时根据炉子的容量大小再装料，应先装入部分小料后即可送电熔化，随着炉料的熔化，应陆续装入未装完的炉料，为防止“架桥”(即阻塞)现象，应做到“下紧上松”，并且在熔炼过程中应及时捅料，以便炉料的熔化，并及时撒上熔剂进行造渣，熔剂用量以覆盖住整个熔池液面为准。

2)、调配熔炼

本发明优选的实施例是：随着炉料的熔化，当钢液升温至1550-1560℃时，分别加入元素：碳、钼铁、铬铁、镍和钛铁；对其搅拌后覆盖上熔剂，然后继续升温；当钢液温度达到1570-1580℃时，加入硅铁；然后进行炉前取样分析(分析仪器可有选的采用光谱仪)，根据炉前的化学成份，再添补相应元素；当钢液温度1590-1600℃时加入锰铁；然后脱氧以尽量减小钢液中的含气量，脱氧优选的为铝，其比例为0.03-0.06％，并及时撒上熔剂造渣；然后进行炉后取样分析，直至达到成份要求范围为止；当合金液温度到1610-1630℃时，即可断电扒渣，出钢液浇注。

根据优选实施例中介绍，由于采用酸性炉进行熔炼，同时与一定钢液的温度相对应加入不同合金元素，因此使得贵重的重要合金元素的烧损降到最低，例如最后加入的锰铁的有效成分便得到最大的保护。这不仅使得整个熔炼过程生产工艺简单、污染小，同时生产成本也得到了有效的控制。另外，作为技术的进一步改进，通过在适当步骤间进行熔剂造渣，排出了熔液中的杂质，熔炼产品的精度和合格品率更加可靠和得以提高；又添加了炉前(还可以加入炉中)取样分析，使得工艺过程更加紧凑，生产效率和过程更加可靠。

本发明还提供了对耐磨合金铸钢进行热处理的工艺，包括：

1、退火：将所述耐磨合金铸钢置于温度为850℃-900℃退火炉中，保温3-5小时出炉，然后空冷；

优选的实施例采用退火炉是推杆式退火炉，例如RJT-150-8推杆式等温退火炉，其共分7个加热区，各个加热区温度设定为850℃-900℃。多个被预制成与退火炉的尺寸相适应的耐磨合金铸钢耐磨合金铸钢依批次通过上述7个加热区，而被加热升温，并依次连续的在上述7个加热区中保温，以使得耐磨合金铸钢耐磨合金铸钢在退火炉中获得有效长度的保温时间。加热区数量也可以是其他的数量，其确定依据之一是与耐磨合金铸钢所需加热的时间相适应，以保证耐磨合金铸钢的加热要求，和大规模连续生产的要求。

同时为达到自动化生产和更有效的控制退火工序的目的，在上述的7个加热区中可以设有温度监控装置，以实现温度的显示、记录和远程报告，并进一步实现对退火炉温度的及时调整。优选的，一、二、三、四、五加热区采用TCW-32A三相调压，六七区用数显仪表示温度，每个区都有EL-100-60多点记录仪显示记录温度。耐磨合金铸钢耐磨合金铸钢在保温3-5小时后出炉，然后进行空冷。

2、淬火：将所述耐磨合金铸钢置于温度控制在900℃±10℃的淬火炉中保温150分钟后取出淬火，冷却介质为水溶性淬火液，耐磨合金铸钢冷致300℃左右；

优选的实施例采用铸链板式淬火炉，由5个加热区组成，各个加热区温度控制到900℃±10℃。耐磨合金铸钢保温150分钟后，取出置入淬火槽，进行淬火。各个加热区中可以设有温度监控装置，以实现温度的显示、记录和远程报告，并进一步实现对淬火炉温度的及时调整。优选的，各个加热区可以设有数显智能温控仪主控，多点记录仪集中记录并监控。另外，加热区数量也可以是其他的数量，其确定依据之一是与耐磨合金铸钢所需加热的时间相适应，以保证耐磨合金铸钢的加热要求，和大规模连续生产的要求。

淬火采用的冷却介质为水溶性淬火液。优选的是配有PVA10％，三己醇胺1％，苯甲酸纳0.2％，太古油0.2％的水溶性淬火液，淬火介质系统可以采用具有自动化能力较高大循环形式，并配有特殊搅拌功能，保证淬火液的连续和稳定供应，淬火液淬火前的温度可以为正常温度，例如30度以下。耐磨合金铸钢在淬火液内可根据不同的情况滞留8-25分钟的时间长度，以使得耐磨合金铸钢冷致300℃左右，然后由淬火槽提升机传送带把耐磨合金铸钢送出淬火槽。

3、回火：将所述耐磨合金铸钢置于温度为到200-230℃的回火炉中，保温3-4小时取出空冷。

优选的采用网带式回火炉：由5个加热区组成的，各个加热区温度升到200-230℃，保温3-4小时取出空冷。加热区的数量同样基于上述原因可以选择其他的数量，而每个加热区可以设有数显智能温控仪主控，多点记录仪集中记录并监控等温度监控装置，以实现温度的显示、记录和远程报告。

本发明所揭示的耐磨合金铸钢，其抗拉强度：1500-1800MPa，屈服强度：1200-1400MPa，延伸率：δ5 7-15％，V型缺口冲击韧性Akv25-40J，硬度：48-55HRC。本发明中的合金铸钢及其熔炼、热处理工艺具有：生产工艺简单、成本低、强韧性高、淬透性与淬硬性好且无污染的特点。所得到的合金铸钢适合用于在低温环境中，如-20℃～0℃，与冻岩、冻土层接触的耐磨工程机械设备，适应在寒带环境中长期工作的要求。

本发明中所揭示的实施例，将通过权利要求得到体现和保护，任何根据本发明中所得到的启示，均落入本发明所保护的范围之中。

Claims (8)

1.一种耐磨合金铸钢，其特征在于，其所述铸钢的化学成分及其质量百分比为：C：0.27-0.32；Mn：0.70-0.90；Si：0.90-1.30；Cr：1.40-1.80；Mo：0.10-0.20；Ni：0.10-0.20；Ti：0.02-0.03。

2.根据权利要求1所述的耐磨合金铸钢，其特征在于：所述耐磨合金铸钢抗拉强度：1500-1800MPa，屈服强度：1200-1400MPa，延伸率：δ57-15％，V型缺口冲击韧性Akv25-40J，硬度：48-55HRC，适用于制造用于在-20℃-0℃的环境下与冻岩、冻土层接触的耐磨工程机械设备。

3.一种耐磨合金铸钢的熔炼工艺，包括：

步骤1、当熔炼钢液升温至1550-1560℃时，分别加入元素：碳、钼铁、铬铁、镍、钛铁，然后继续升温；

步骤2、当熔炼钢液升温至1570-1580℃时，加入硅铁；

步骤3、当熔炼钢液升温至1590-1600℃时，加入锰铁；

步骤4、当熔炼钢液升温至1610-1630℃时，断电出钢液浇注。

4.根据权利要求3所述的耐磨合金铸钢的熔炼工艺，其特征在于：所述熔炼钢液是采用酸性的高频或中频感应电炉进行熔炼。

5.根据权利要求3所述的耐磨合金铸钢的熔炼工艺，其特征在于：在所述步骤3后还进行脱氧工序以尽量减小钢液中的含气量，所述脱氧工序采用比例为0.03-0.06％的铝。

6.一种耐磨合金铸钢的热处理工艺，包括：

步骤1  退火：将所述耐磨合金铸钢置于温度为850℃-900℃退火炉中，保温3-5小时出炉，然后空冷；

步骤2  淬火：将所述耐磨合金铸钢置于温度控制在900℃±10℃的淬火炉中保温150分钟后取出淬火，冷却介质为水溶性淬火液，耐磨合金铸钢冷致300℃左右；

步骤3 回火：将所述耐磨合金铸钢置于温度为到200-230℃的回火炉中，保温3-4小时取出空冷。

7.根据权利要求6所述的耐磨合金铸钢的热处理工艺，其特征在于：所述退火炉、淬火炉或回火炉可以具有多个加热区，所述每个加热区可以具有用于对所述加热区实现温度的显示、记录和远程报告的温度监控装置。

8.根据权利要求6所述的耐磨合金铸钢的热处理工艺，其特征在于：所述水溶性淬火液含有PVA10％，三己醇胺1％，苯甲酸纳0.2％，太古油0.2％，所述耐磨合金铸钢在所述水溶性淬火液中的时间为8-25分钟。