CN102051455B - 一种低温耐磨合金铸钢的热处理工艺 - Google Patents

一种低温耐磨合金铸钢的热处理工艺 Download PDF

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Abstract

一种具有超高硬韧性和耐磨性的低温耐磨合金铸钢的热处理工艺，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；Cu：0.10-0.15，余为Fe和不可避免的杂质，所述热处理工艺包括：在850℃-900℃退火炉中保温3-5小时出炉后空冷；后在900℃±10℃的淬火炉中保温150分钟后取出，用淬火液将耐磨合金铸钢冷至300℃；最后在200-230℃的回火炉中保温3-4小时取出空冷。经处理的耐磨合金铸钢可用于制造与冻岩、冻土层接触的工程机械设备。

Description

一种低温耐磨合金铸钢的热处理工艺
技术领域
本发明涉及一种低温耐磨合金铸钢的热处理工艺，特别是针对可用于野外开采设备上、能够适于高强度、低温等恶劣环境要求，具有超高硬韧性的低温耐磨合金铸钢的热处理工艺。
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。由耐磨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热处理易变形开裂的不足；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。
针对现状，得到一种生产工艺简单、成本低、强韧性高、淬透性与淬硬性好且无污染，同时保证在低温环境中的良好工作，并在多工矿条件下中也能良好使用的耐磨合金铸钢已成为一项技术问题。同时人们也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相适用的热处理工艺：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；Cu：0.10-0.15，所述热处理工艺包括：
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；
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；
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。
本发明所述耐磨合金铸钢经过上述热处理后，其抗拉强度：1500-1800MPa，屈服强度：1200-1400MPa，延伸率：δs7-15％，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相适用的热处理工艺，其中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；
铜(Cu)：促进共晶阶段石墨化，降低奥氏体转变临界温度，细化并增加珠光体。
针对上述耐磨合金铸钢进行如下顺序的热处理工艺：
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。
上述热处理工艺，可以通过与其工艺相适应的自动控制系统及方法对其全程进行远程和现场的过程控制，保证热处理工艺的顺利进行和达到所需的机械性能。
本发明所述耐磨合金铸钢经过上述热处理后，其抗拉强度：1500-1800MPa，屈服强度：1200-1400MPa，延伸率：δs7-15％，V型缺口冲击韧性Akv25-40J，硬度：48-55HRC。
通过上述合金钢的技术方案的揭示可见，本发明中的合金钢具有：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新型产品。并适合用于在低温环境中，如-20℃-0℃，与冻岩、冻土层接触的工程机械设备，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 (6)

1.一种低温耐磨合金铸钢的热处理工艺，其特征在于：
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；Cu：0.10-0.15；余为Fe和不可避免的杂质；
所述热处理工艺包括：
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；
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，耐磨合金铸钢冷至300℃；
3)回火：将所述耐磨合金铸钢置于温度为200-230℃的回火炉中，保温3-4小时取出空冷。
2.根据权利要求1所述的低温耐磨合金铸钢的热处理工艺，其特征在于：所述耐磨合金铸钢的抗拉强度：1500-1800MPa，屈服强度：1200-1400MPa，延伸率：δs7-15％，V型缺口冲击韧性Akv25-40J，硬度：48-55HRC。
3.根据权利要求1或2所述的低温耐磨合金铸钢的热处理工艺，其特征在于：所述耐磨合金铸钢适用于制造用于在-20℃-0℃的环境下与冻岩、冻土层接触的工程机械设备。
4.根据权利要求1所述的低温耐磨合金铸钢的热处理工艺，其特征在于：所述退火炉、淬火炉或回火炉具有多个加热区。
5.根据权利要求4所述的低温耐磨合金铸钢的热处理工艺，其特征在于：所述每个加热区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。
6.根据权利要求1所述的低温耐磨合金铸钢的热处理工艺，其特征在于：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。
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