CN102154595A - 一种用于煤机工况的低合金耐磨铸钢 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于煤机工况的低合金耐磨铸钢，其化学元素质量百分比组成为：C0.25～0.40％，Si0.30～0.90％，Mn1.20～1.70％，P≤0.05％，S≤0.05％，Mo0.01～0.30％,Ni≤0.1％，Nb0.01～0.04%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。本发明通过对合金化元素的优化和对合金元素含量的控制，在确保一定韧塑性的前提下，可显著提高铸钢件的强度、硬度及耐磨性，并通过适量添加Nb元素，取得细晶强化和析出强化效果，从而强化了基体，获得综合力学性能优异的铸钢件材料。

Description

一种用于煤机工况的低合金耐磨铸钢

技术领域

本发明涉及一种用于煤机工况的低合金耐磨铸钢材料，属于铸钢材料技术领域。

背景技术

在矿山、煤炭行业中，铸钢件常被用作设备的关键部件。颚板、锤头及衬板等耐受冲击磨损的零件一般为高锰钢铸件，机架则多为碳钢或低合金钢铸件。但煤机行业铸钢件同时表现出使用寿命短、设备更新频繁的弱点。研究表明性能不足或磨损失效是其中重要原因。因此，必须从合金成分和热处理工艺等方面寻找提高其综合性能的途径。对铸件中合金元素含量进行控制和优化，是一种重要手段。铸钢件的性能除了取决于其化学成分、工艺质量要求外，还可以借助相应的热处理方法来获得优良的综合性能，如正火、调质处理等。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于煤机工况的低合金耐磨铸钢，增加铸钢件的综合力学性能，提高其使用寿命。

本发明的技术构思为通过开发一种含微合金化元素的改良型铸钢，来克服实际应用中ZG25MnNi牌号铸钢综合性能不足的缺点。改良铸钢通过合金强化作用以及细晶强化作用强化基体，实现综合性能提高。本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明一种用于煤机工况的低合金耐磨铸钢，其特征在于具有以下化学元素组成及其重量百分比：

C    0.25～0.40％；

Si   0.30～0.90％；

Mn   1.20～1.70％；

P    ≤0.05％；

S    ≤0.05％；

Mo   0.01～0.30％；

Ni   ≤0.1％；

Nb   0.01～0.04％；

Fe   余量。

本发明一种制备上述的用于煤机工况的低合金耐磨铸钢的方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤：将各配合料放入于工业电弧炉中进行熔炼，并浇注成铸件，浇注温度为1580-1600℃；然后进行铸件的后续热处理，后续热处理为900-950℃正火；最终得到低合金耐磨铸钢。

该改良型钢种中各主要成分的作用和功能如下所述：

C元素是提高钢的硬度和强度最为有效的元素，其固溶强化作用显著，是保证铸钢达到所需硬度而必不可少的元素，但C含量过高会造成钢中碳化物数量的增多，降低韧性。

Si元素也具有固溶强化作用，并且具有较好的脱氧作用，但Si含量过高则会降低钢的韧性。

Mn元素可以固溶于铁素体中，也可以形成含Mn的合金渗碳体。同时Mn元素是扩大奥氏体相区、降低共析点C含量的元素。Mn的固溶强化作用可以提高铸钢的强度和硬度，但Mn含量过高会对铸件的铸造性能和焊接性能产生不利影响。

Mo元素有助于改善耐磨性，但Mo含量过高易形成硬质碳化物Mo₂C而影响加工性能。

Nb的主要作用是通过沉淀强化控制奥氏体晶粒尺寸而在一定程度上细化组织，改善钢的韧性和抗疲劳性能，除此之外添加Nb元素会在钢中形成高硬度的碳化物NbC,从而提高钢的耐磨性。

本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：

本发明通过对合金化元素的优化和对合金元素含量的控制有效地提高了铸钢件的强度和硬度，并创新性地添加Nb元素，通过细晶强化作用和析出强化作用强化基体，从而获得了高硬度铸钢，其硬度高达202-266HBS。实验试验了改良型铸钢耐磨性明显提高。本发明与传统ZG25MnNi相比，在贵金属元素Ni用量减少的同时，在钢综合性能方面却得到了明显的优化，非常适合用作煤机工况铸钢结构件材料。

附图说明

图1 为本发明实施例一中改良型铸钢成分范围内随温度变化的相组成模拟计算图。其成分为：

，图中各符号的含义为：

图2为为本发明中实施例二所得改良型铸钢成分范围内随温度变化的相组成模拟计算图。其成分为：

，图中个符号的含义为：

图3 为比较铸钢即ZG25MnNi的使用态金相显微组织。

图4 为本发明中改良型铸钢成分范围内两实施例显微组织。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施例进行详细描述。

实施例1

实施例1和比较例铸件的化学成分质量百分比组成见表1（表1中未列出的元素均作为非人为添加的残余元素，其含量小于0.09%）。将冶炼原料用工业电弧炉熔炼浇注成铸件，浇注温度为1580℃。铸件的后续热处理为900℃正火。热处理工艺参考JMatPro模拟软件计算的实施例铸件随温度变化的相组成结果如图1所示。实施例1和比较例的力学性能见表2。

表1.本发明实施例1改良型铸钢和比较例ZG25MnNi钢化学元素组分 

	C	Si	Mn	P	S	Mo	Ni	Nb
									实施例1	0.283	0.376	1.570	0.018	0.008	0.005	0.032	0.017

比较例ZG25MnNi

0.252

0.492

0.872

0.034

0.022

0.152

0.273

0.003

表2.本发明实施例1和比较例ZG25MnNi钢的力学性能

	抗拉强度(Mpa)	屈服强度(Mpa)	延伸率	断面收缩率	冲击功（J）	磨损失重量（mg）
							实施例1	638	375	21.00%	60.50%	56.0	20.3
比较例ZG25MnNi	595	355	14.95%	43.20%	19.2	22.8

实施例2

实施例2和比较例铸件的化学成分质量百分比组成见表3（表3中未列出的元素均作为非人为添加的残余元素，其含量小于0.07%）。将冶炼原料用工业电弧炉熔炼浇注成铸件，浇注温度为1580℃。铸件的后续热处理为900℃正火。热处理工艺参考JMatPro模拟软件计算的实施例铸件随温度变化的相组成结果如图1所示。实施例2和比较例的力学性能见表4。

表3. 本发明实施例2改良型铸钢和比较例ZG25MnNi钢化学元素组分 

	C	Si	Mn	P	S	Mo	Ni	Nb
									实施例2	0.340	0.835	1.332	0.017	0.005	0.243	0.037	0.021
比较例ZG25MnNi	0.252	0.492	0.872	0.034	0.022	0.152	0.273	0.003

表4 .本发明实施例2和比较例ZG25MnNi钢的力学性能

	抗拉强度(Mpa)	屈服强度(Mpa)	延伸率	断面收缩率	冲击功（J）	磨损失重量（mg）
							实施例2	698	420	14.34%	27.00%	26.6	22.2
比较例ZG25MnNi	595	355	14.95%	43.20%	19.2	22.8

通过表1-4以及图2、图3可以看出，合金化元素Si、Mn、Mo和微合金化元素Nb，固溶强化、沉淀强化及细晶强化作用显著，与目前采用的ZG25MnNi（或ZG30Mn2）铸钢相比，本发明中的改良型铸钢综合力学性能大幅提高。

Claims (2)

1.一种用于煤机工况的低合金耐磨铸钢，其特征在于具有以下化学元素组成及其重量百分比：

C    0.25～0.40％；

Si   0.30～0.90％；

Mn   1.20～1.70％；

P    ≤0.05％；

S    ≤0.05％；

Mo   0.01～0.30％；

Ni   ≤0.1％；

Nb   0.01～0.04％；

Fe   余量。

2.一种制备根据权利要求1所述的用于煤机工况的低合金耐磨铸钢的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：将各配合料放入于工业电弧炉中进行熔炼，并浇注成铸件，浇注温度为1580-1600℃；然后进行铸件的后续热处理，后续热处理为900-950℃正火；最终得到低合金耐磨铸钢。

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