CN102877008B - 一种贝氏体耐磨铸钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种贝氏体耐磨铸钢的制备方法，包括以下步骤：采用废钢、（锰、硅、钼、铬、钛、钒）铁、稀土、RE作为熔炼用原材料，按以下重量百分比的化学组成：C为0.2-0.6%；S为0.7-2.5%；Mn为0.3-3.0%；Mo为0.1-1.5%；Cr为0.2-3.0%；Ti≤0.5%；V≤0.5%；RE≤0.5%；S、P≤0.06%，其余为Fe进行配料；将废钢、（锰、硅、钼、铬铁）等全部熔清后，脱氧处理，再将钢液冲入同时放置钛铁、钒铁、稀土、RE的浇包；在浇注温度为1500～1550℃条件下进行浇注成形；将铸件放入热处理炉中升温至850～1000℃保温；再将铸件放入200～350℃盐浴炉中进行保温，最后出炉空冷，即可获得贝氏体耐磨铸钢。
Description
技术领域
本发明涉及一种在冲击作用下使用的耐磨铸钢制造技术，特别涉及一种贝氏体耐磨铸钢的制备方法。
背景技术
耐磨铸钢是冶金、建材、矿山、水泥等领域广泛使用的耐磨材料，从该材料的成分划分，广泛使用的耐磨铸钢一般可主要分为：奥氏体耐磨钢、马氏体耐磨钢和贝氏体耐磨钢，奥氏体耐磨钢的典型代表为传统的高锰钢，经水韧处理后使用，硬度大约在HB150-250，韧性大约在150-300J/cm2。其主要适用于高应力磨损条件；马氏体耐磨钢主要是指低碳多元化低合金钢，经过淬火+回火处理后使用，硬度大约在HRC45-55，冲击韧性一般20J/cm2，其主要适用地低应力磨损工况条件；贝氏体耐磨钢是指中碳高硅多元低合金钢，经相应的热处量获得贝氏体组织，硬度大约在40-50HRC左右，冲击韧性约在20-30J/cm2，该耐磨钢一般适用于中等应力条件的磨损工况，是一种韧性与硬度匹配较理想的耐磨铸钢。
中国专利200710131198.7公开了一种马贝耐磨钢，其组成和重量的百分比如下：C：0.25～0.55，Si：0.3～1.2，Mn：1.5～3.0，Cr：0.8～2.5，MO：1.5～3.0，Ni：0.3～1.0，P、S≤0.06，其余为Fe和不可避免的杂质。使得用该材质所浇注的铸件在铸态空冷下就能够得到硬度较高的马氏体组织和综合性能较好的贝氏体组织，该材质不适合在高冲击重载荷工况下使用。
中国专利200510079346.6公开的超细贝氏体耐磨钢及其制造工艺，它是一种高碳MnCrWSiAlV系低合金钢，其化学成分为wt％：C 0.7-1.1，Mn0.5-3.0，Cr 0.5-3.0，W 0.1-2.0，Si 0.5-3.0，Al 0.1-2.0，V 0.0-0.3，S＜0.05，P＜0.05，其余为Fe。虽然采用该技术后硬度达到HRC 60-65，韧度达到40-80J/cm2，适合在高应力和低应力磨损条件下使用，该技术同样存在着较复杂的热处理工艺，属高碳钢系列。
中国专利200510025978.4涉及一种贝氏体耐磨钢板制备工艺，其化学成分重量百分数(wt％)为：C为0.18-0.40，Si为0.4-1.2，Mn为1.5-2.5，Mo为≤0.8，Cr≤1.0，S＜0.05，P＜0.05，变质剂为0.05-0.2，余量为铁和多余的微量杂质。通过设计合理的成分和多元微合金化处理，用电炉或转炉进行熔炼，轧制工艺为：初轧温度为1050～1150℃，终轧温度为840～920℃，轧后空冷或堆冷。该技术生产成本较高，工艺不易控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本较低，工艺易控制，具有良好的韧性和硬度匹配的贝氏体耐磨铸钢的制备方法。
为了达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种贝氏体耐磨铸钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采用废钢、锰铁、硅铁、钼铁、铬铁、钛铁、钒铁、稀土硅作为熔炼用原材料，按以下重量百分比的化学组成：C为0.2-0.6%；S为0.7-2.5%；Mn为0.3-3.0%；Mo为0.1-1.5%；Cr为0.2-3.0%；Ti≤0.5%；V≤0.5%；RE≤0.5%；S、P≤0.06%，其余为Fe进行配料；
2)将废钢加入电炉中熔清后，依次将锰铁、硅铁、钼铁加入等待全部熔清后加入铬铁再进一步熔清，用铝丝脱氧处理，再将钢液冲入同时放置钛铁、钒铁、稀土、RE的浇包；
3）在浇注温度为1500～1550℃条件下进行浇注成形，冷却后打箱取出铸件进行清砂处理；
4）将清砂处理后的铸件放入热处理炉中进行升温，当温度到达850～1000℃时保温；保温完成后再将铸件放入200～350℃盐浴炉中进行保温，最后出炉空冷，即可获得贝氏体耐磨铸钢。
上述方案中，步骤4）所述升温的速度≤300℃/小时。所述保温的时间，是指按铸件厚度每增加20mm，保温时间延长1小时。
本发明的优点是：
生产成本低廉、铸造和热处理工艺较简单易控制；所得贝氏体耐磨铸钢的硬度为＞45HRC；Akv＞9J；抗拉强度＞1200Mpa；延伸率＞5%，适用于高应力磨损场合，使用寿命长，如制作破碎机锤头、衬板；水泥泵车弯管，挖掘机斗齿等材料。
具体实施方式
下面结合几个具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
1)采用废钢、锰铁、硅铁、钼铁、铬铁、钛铁、钒铁、稀土硅（RE）作为熔炼用原材料，按以下重量百分比的化学组成：C：0.2%；Si：0.7%；Mn：0.3%；Mo：0.1%；Cr：0.2%；Ti：0.1%；V：0.1%；RE：0.2%；S、P：0.03%，其余为Fe进行配料。
2)将废钢加入电炉中熔清后温度达1500℃时，依次将锰铁、硅铁、钼铁加入等待全部熔清后加入铬铁再进一步熔清，用铝丝脱氧处理，再将钢液冲入同时放置钛铁、钒铁、稀土、RE的浇包（每种原材料粒度大约为5～10mm，且尽量放在包底）静置1分钟待完全熔化。
3）当浇包温度为1550℃时进行浇注，浇注完成后2小时打箱取出铸件并进行清砂处理。
4）将清砂处理后的铸件放入电炉中，以升温速度80℃/小时进行升温处理，当温度到达850℃时进行保温处理，铸件最大厚度为30mm,确定的保温时间1.5小时；保温完成后迅速出炉放入200℃盐浴炉中进行保温（保温时间同前），最后出炉空冷。
本实施例所获得贝氏体耐磨铸钢的硬度为：HRC46.2(五个数据的平均值)；Akv：25.6J(三个数据的平均值)；抗拉强度：1206Mpa(三个数据的平均值)(三个数据的平均值)；延伸率：13.6%(三个数据的平均值)。
采用本实施例耐磨铸钢制备的水泥泵车用弯管寿命是高锰钢（ZGMn13）的3倍以上；是复合弯管（内衬为高铬铸铁，外套为碳钢）寿命的1.6倍。
实施例2
本实施例的工艺步骤同实施例1相同，只是其中的一些工艺参数稍有不同：
1)按以下重量百分比的化学组成：为：C：0.6%；Si：2.5%；Mn：3.0%；Mo：1.5%；Cr：3.0%；Ti：0.5%；V：0.5%；RE：0.5%；S、P：0.06%，其余为Fe进行配料。
3)当浇包温度为1500℃时进行浇注，浇注完成后2小时打箱取出铸件并进行清砂处理。
4）将清砂处理后的铸件放入电炉中，以升温速度300℃/小时进行升温处理，当温度到达1000℃时进行保温处理，铸件最大厚度为20mm，确定的保温时间1小时；保温完成后迅速出炉放入350℃盐浴炉中进行保温（保温时间同前），最后出炉空冷。
本实施例所获得贝氏体耐磨铸钢的硬度为：HRC54.7(五个数据的平均值)；Akv：10.1J(三个数据的平均值)；抗拉强度：1321Mpa(三个数据的平均值)(三个数据的平均值)；延伸率≥6.1%(三个数据的平均值)。
采用本实施例耐磨铸钢制备的挖掘机斗齿，材料成本和热处理成本较ZG30CrMnSi使用寿命提高约30%左右，但其使用寿命是ZG30CrMnSi的3倍左右。
实施例3
本实施例的工艺步骤同实施例1相同，只是其中的一些工艺参数稍有不同：
1)按以下重量百分比的化学组成：C：0.4%；Si：1.5%；Mn：2.0%；Mo：1.0%；Cr：1.8%；Ti：0.05%；V：0.03%；RE：0.03%；S、P：0.04%，其余为Fe进行配料。
3)当浇包温度为1520℃时进行浇注，浇注完成后2小时打箱取出铸件并进行清砂处理。
4）将清砂处理后的铸件放入电炉中，以升温速度200℃/小时进行升温处理，当温度到达980℃时进行保温处理，铸件最大厚度为80mm，确定的保温时间4小时；保温完成后迅速出炉放入300℃盐浴炉中进行保温（保温时间同前），最后出炉空冷。
本实施例所获得贝氏体耐磨铸钢的硬度为：HRC50.2(五个数据的平均值)；Akv：12.6J(三个数据的平均值)；抗拉强度：1291Mpa(三个数据的平均值)(三个数据的平均值)；延伸率≥8.3%(三个数据的平均值)。
采用本实施例耐磨铸钢制备的破碎机锤头和衬板较高锰钢（ZGMn13）使用寿命提高约2.5倍以上。
Claims (3)
1.一种贝氏体耐磨铸钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采用废钢、锰铁、硅铁、钼铁、铬铁、钛铁、钒铁、稀土硅作为熔炼用原材料，按以下重量百分比的化学组成：C为0.2-0.6%；Si为0.7-2.5%；Mn为0.3-3.0%；Mo为0.1-1.5%；Cr为0.2-3.0%；Ti≤0.5%；V≤0.5%；RE≤0.5%；S、P≤0.06%，其余为Fe进行配料；
2)将废钢加入电炉中熔清后，依次将锰铁、硅铁、钼铁加入等待全部熔清后加入铬铁再进一步熔清，用铝丝脱氧处理，再将钢液冲入同时放置钛铁、钒铁、稀土硅的浇包；
3）在浇注温度为1500～1550℃条件下进行浇注成形，冷却后打箱取出铸件进行清砂处理；
4）将清砂处理后的铸件放入热处理炉中进行升温，当温度到达850～1000℃时保温；保温完成后再将铸件放入200～350℃盐浴炉中进行保温，最后出炉空冷，即可获得贝氏体耐磨铸钢。
2.如权利要求1所述的贝氏体耐磨铸钢的制备方法，其特征在于，步骤4）所述升温的速度≤300℃/小时。
3.如权利要求1所述的贝氏体耐磨铸钢的制备方法，其特征在于，所述保温的时间，是指按铸件厚度每增加20mm，保温时间延长1小时。
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