CN102912242B

CN102912242B - 一种低合金钢

Info

Publication number: CN102912242B
Application number: CN201210405503.8A
Authority: CN
Inventors: 罗绍康
Original assignee: NINGBO JIWEI INVESTMENT CASTING CO Ltd
Current assignee: Zhejiang Fantian industry and Trade Co.,Ltd.
Priority date: 2012-10-22
Filing date: 2012-10-22
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2032-10-22
Also published as: CN102912242A

Abstract

本发明涉及一种低合金钢。所述低合金钢包括以下重量百分数的成分：C：0.85～1.24％；Mn：1.35～1.85％；Cr：1.40～1.90％：V：0.1～0.6％；Mo：0.15～0.2％；RE 0.1～0.3％，Si：0.2～0.35％，S，P均<0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质。与现有技术相比，本发明提供的低合金钢不仅具有较高的硬度，而且还具有较好的韧性，耐磨性能好；动载荷缺口敏感性小，还具有较高的疲劳强度；且铸造性能好，铸件成品率高。

Description

一种低合金钢

技术领域

本发明涉及一种低合金钢，具体的说，涉及一种用作斗齿的低合金钢。

背景技术

斗齿一般固定于挖掘机挖斗的下端，直接接触路面和需要铲起的物质，如泥沙、石头、泥土等坚硬的东西，从而保护挖斗不受损坏。但由于在使用过程中，斗齿需要不断地石头、泥土等坚硬的东西接触和摩擦，因此在使用一段时间后斗齿就容易被磨损掉。

现有技术中，斗齿一般采用低碳合金钢材料，低碳合金钢材料的综合力学性能较好，不易出现绷断的情况，但是硬度一般只有HRC50左右，则在使用一段时间后，低合金钢材料的磨损比较严重，当磨损到不能起到保护作用时，则需要进行更换处理，一般2~3个月就得更换，而频繁的更换斗齿不仅使效率降低，而且还使得使用成本也大大增加；而如果使用硬度更高的高含量合金材料制作斗齿时，这种较高硬度的合金材料虽然具有较好的耐磨性能，但是综合力学性能较差，较高硬度导致其脆性也较大，使用时极容易绷断；而且为了得到耐磨性相对较好而综合力学性能又相对较好的合金材料，就需要在合金材料熔炼时，加入更多的合金来进行调质，但合金元素的使用成本较高，随之而来就是合金材料的成本也相应大幅增加。

本发明的目的是提供一种硬度高，韧性好，耐冲击，缺口敏感性低的可用于斗齿的低合金钢材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种硬度高，韧性好，耐冲击的可用于斗齿的低合金钢材料及其制备方法。

本发明所述的低合金钢的成分(重量％)为：C：0.85～1.24％；Mn：1.35～1.85％；Cr：1.40～1.90％：V：0.1～0.6％；Mo：0.15～0.2％；RE 0.1～0.3％，Si：0.2～0.35％，S，P均<0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质。

在上述化学成分中，碳是通常钢中所采用的最廉价的强化元素。碳在钢中主要以固溶或生成碳化物的形式存在。碳化物可作为增强相增加钢的硬度和强度，利用热处理方法，先在较高的温度下使碳化物都熔融在奥氏体中，然后利用碳化物微细化淬火方式进行热处理，使碳化物颗粒极为细小且均匀分布，可进一步提高钢的强韧性。

铬与铁能形成连续固溶体，并能与碳(铁)形成多种碳化物。钢中加入一定量的铬，能提高硬度和强度，随着铬含量的增加，钢的抗拉强度和硬度也显著上升，因此，铬是耐磨钢中常采用的化学元素。钒和碳有极强的亲和力，它在钢中主要以碳化物形态存在。钒在钢中的主要作用是细化组织和晶粒，提高钢的强度和韧性，钒的碳化物具有极高的硬度和耐磨性。另外，硅在钢中也主要以碳化物的形态存在，碳化硅的硬度极高，且分布在晶界，可以防止晶粒快速长大。

本发明中加人稀土的目的：一是改善钢的铸造性能，增加钢流的流动性，并改善钢锭或铸件的表面质量，提高铸件成品率；二是提高钢的塑性和韧性，因为稀土具有脱氧、脱硫、脱气，减少夹杂物的作用，因此，可改善钢的塑性和韧性，另一方面，稀土元素的硫化物、氧化物及其它化合物在钢液凝固过程中，都是结晶核心，故有效地细化了晶粒，这也有利于提高钢的塑性和韧性。

本发明经冶炼炉溶炼后，钢水可浇铸成钢锭，再锻造或轧制成材，制成制品热处理；另外钢水也可直接洗铸成铸件再进行热处理使用，优选将其直接浇铸成铸件然后进行热处理使用。

本发明还提供适合上述低合金钢的铸造方法，所述铸造方法包括以下步骤：

（1）制造模样：用泡沫材料制造模样，模样的齿形与齿形零件一致；

（2）涂料和干燥：在模样表面涂挂胶粘剂，喷砂并烘干；所述喷砂为碳化硅，三氧化二铝，铁格硼或碳化钨；

其颗粒的大小为2-500μm；优选5-10μm；

所述胶粘剂为聚丙烯酰胺或聚丙烯酸酯；

（3）造型：将干燥的模样置于砂箱中，放置浇道，往砂箱中填砂进行造型，并在模样上设置冒口；

（4）浇注、落砂和清理：往砂箱中浇注铁水，冷却后开箱落砂，对铸件进行清理，浇注过程中抽真空，并振荡，真空度小于0.1Mpa。

采用以下方式：浇注过程中抽真空，并振荡，真空度小于0.1Mpa，可以大大提高铸件的品质。

然后将铸件进行热处理，采用的热处理工艺如下：加热至1020～1080℃保温10～30min，使材料完全转化为奥氏体，且碳化物溶入奥氏体中；然后在500～380℃等温处理1～5h，碳化物均匀析出，奥氏体转化为下贝氏体，然后低温回火160～180℃保温0.8～1.5h，空冷。

此时金相组织为：下贝氏体+碳化物+残余奥氏体。下贝氏体的硬度和强度略低于回火马氏体，但塑性好，缺口敏感性低，冲击韧性好，非常适合作为斗齿的芯材料。

另外，为保证制成的斗齿具有更好的耐磨性和抗冲击性，还可将铸件进行渗碳和渗金属处理，即进行表面处理。

本发明所述的低合金钢，在热处理工艺之前，还包括表面处理工艺：

所述表面处理工艺如下：1）将斗齿放入离子注渗处理炉中，抽真空，当真空度达到0.5～10Pa，通入氮气至常压，然后加热至800℃～840℃，脉冲电流冲击由钨合金做成的靶，脉冲电流束密度为0.3～6mA／cm2，脉冲频率在25～50HZ，加速电压在30～40KV，钨离子的注入能量在50～300KeV，注入钨离子的浓度20～50％，处理15～40h，然后随炉缓慢冷却；

2）将完成了步骤1）的斗齿放入到渗碳炉中，缓慢加热至800～950℃，保温2～10h后，随炉子冷却至800～900℃后进行60～80℃等温油淬火。

本发明的方法还包括：在进行上述表面处理之前，先将斗齿的工作面打磨除氧化膜和清洗（酸洗和碱洗）。

依据上述表面处理工艺，离子注渗碳化钨层深度为1.0～2mm，其表面硬度可以达到60HRC以上，同时渗透层中有WC，Fe₂W，Fe₆W₆C、FeW₃C等金属间化合物，他们的存在大大提高了斗齿的整体强度和耐磨性。

与现有技术相比，本发明提供的低合金钢不仅具有较高的硬度，而且还具有较好的韧性，耐磨性能好；动载荷缺口敏感性小，还具有较高的疲劳强度；且铸造性能好，铸件成品率高，特别适用于斗齿。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述。如无特别指明，本发明所用的原料均为市购。

实施例1

利用真空感应炉冶炼本发明所述的低合金钢，其具体化学成分如表1所示。

表1化学成分表

	C	Si	Mn	Cr	V	Mo	RE	Fe	备注
										1	1.24	0．29	1．55	1．4l	0.26	0.15	0.1	余量	铸件
2	0.88	0.30	1.84	1.90	0.59	0.2	0.15	余量	铸件
										3	1.11	0.32	1.45	1.7l	0.45	0.19	0.2	余量	锻件
4	0.92	0.28	1.60	1.81	0.50	0.18	0.18	余量	锻件

冶炼完成后，将一部分钢水浇铸成铸坯，分别进行热处理（试样1）和表面处理+热处理（试样2），另一部分浇铸成铸锭，钢锭随后锻造成坯，将锻坯进行热处理（试样3）和表面处理+热处理（试样4），

所述铸造工艺包括以下步骤：

（2）涂料和干燥：在模样表面涂挂胶粘剂，喷砂并烘干；所述喷砂为碳化硅；其颗粒的大小为5-10μm；所述胶粘剂为聚丙烯酰胺；

热处理工艺和表面处理工艺如下所示：

试样1采用的热处理工艺如下：加热至1020℃保温10min，使材料完全转化为奥氏体，且碳化物溶入奥氏体中；然后在500℃等温处理1h，碳化物均匀析出，奥氏体转化为下贝氏体，然后低温回火160℃保温0.8h，空冷。

试样2先进行离子注渗碳化钨处理，具体步骤为：1)离子注渗钨：处理炉的真空度5～10Pa，脉冲电流束密度为2～2.5mA／cm²，脉冲频率在30HZ，加速电压在30KV之间，钨离子的注入能量在100KeV，注入钨离子的浓度在为25～30％，渗钨离子的时间为20h。处理完后，试样在炉中随炉缓慢冷却后取出试样。

2)渗碳淬火处理：将完成了步骤1)的试样放入到普通的渗碳炉中，缓慢加热到900℃后，保温2h后随炉子冷却到830℃后快速取出，放入到60℃的淬火油进行淬火。经过处理的试样的表面硬度为HRC56～58。注渗碳化钨层厚度M2为1.0～1.2mm，其中碳化钨富集层厚度Ml为0.3mm。

然后进行热处理，采用的热处理工艺如下：加热至1080℃保温15min，使材料完全转化为奥氏体，且碳化物溶入奥氏体中；然后在380℃等温处理4h，碳化物均匀析出，奥氏体转化为下贝氏体，然后低温回火180℃保温1.5h，空冷。

试样3采用的热处理工艺如下：加热至1060℃保温20min，使材料完全转化为奥氏体，且碳化物溶入奥氏体中；然后在400℃等温处理2h，碳化物均匀析出，奥氏体转化为下贝氏体，然后低温回火160℃保温1h，空冷。

试样4先进行离子注渗碳化钨处理，具体步骤为1)离子注渗钨：处理炉的真空度20～30Pa，脉冲电流束密度为0.5～2mA／cm²，脉冲频率在40～50HZ，加速电压在40KV，同时钨离子的注入能量在300KeV，注入钨离子的浓度在为40～50％，渗钨离子的时间为36h。试样在炉中随炉缓慢冷却后取出试样。

2)渗碳淬火处理：将完成了步骤1)的试样放入到普通的渗碳炉中，缓慢加热到950℃后，保温5h后随炉子冷却到830℃后快速取出，放入到75℃的淬火油进行淬火。经过处理的试样的表面硬度为HRC60～62。注渗碳化钨层厚度为1.5～1.8mm，其中碳化钨富集层厚度为0.3mm。

然后进行热处理，采用的热处理工艺如下：加热至1020～1080℃保温10～30min，使材料完全转化为奥氏体，且碳化物溶入奥氏体中；然后在500～380℃等温处理1～5h，碳化物均匀析出，奥氏体转化为下贝氏体，然后低温回火160～180℃保温0.8～1.5h，空冷。

对经热处理并磨制的铸、锻试样进行磨痕宽度试验和硬度试验，试验结果如表2所示。另外，还测试了铸件成品率和铸件晶粒度，其结果如表3所示。磨痕宽度是在环-块磨损试验机上试验测试的。

表2试样的磨痕宽度试验和硬度试验测试结果

测试结果	磨痕宽度(mm)	硬度(HRC)
			1	4.2	69
2	4.1	62
			3	4.7	58
4	4.2	65

表3试样的铸件成品率和铸件晶粒度测试结果

测试结果	成品率(%)	晶粒度(级)
			1	97	10
2	94	9-10
			3	90	10-11
4	92	9-10

显然，本发明提供的低合金钢不仅具有较高的硬度，而且还具有较好的韧性，耐磨性能好；动载荷缺口敏感性小，还具有较高的疲劳强度；且铸造性能好，铸件成品率高。

Claims

1.一种低合金钢，其特征在于，所述低合金钢包括以下重量百分数的成分：C：0.85～1.24％；Mn：1.35～1.85％；Cr：1.40～1.90％：V：0.1～0.6％；Mo：0.15～0.2％；RE0.1～0.3％，Si：0.2～0.35％，S，P均<0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质；

所述低合金钢采用的热处理工艺如下：加热至1020～1080℃保温10～30min，使材料完全转化为奥氏体，且碳化物溶入奥氏体中；然后在500～380℃等温处理1～5h，碳化物均匀析出，奥氏体转化为下贝氏体，然后低温回火160～180℃保温0.8～1.5h，空冷。

2.根据权利要求1所述的低合金钢，其特征在于，所述的低合金钢，在热处理工艺之前，还包括表面处理工艺。

3.根据权利要求2所述的低合金钢，其特征在于，所述表面处理工艺如下：1)将斗齿放入离子注渗处理炉中，抽真空，当真空度达到0.5～10Pa，通入氮气至常压，然后加热至800℃～840℃，脉冲电流冲击由钨合金做成的靶，脉冲电流束密度为0.3～6mA/cm²，脉冲频率在25～50HZ，加速电压在30～40KV，钨离子的注入能量在50～300KeV，注入钨离子的浓度20～50％，处理15～40h，然后随炉缓慢冷却；

2)将完成了步骤1)的斗齿放入到渗碳炉中，缓慢加热至800～950℃，保温2～10h后，随炉子冷却至800～900℃后进行60～80℃等温油淬火。

4.根据权利要求3所述的低合金钢，其特征在于，在进行上述表面处理之前，先将斗齿的工作面打磨除氧化膜和清洗。