CN103741069A - 一种耐磨铸钢 - Google Patents

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CN103741069A CN201410026846.2A CN201410026846A CN103741069A CN 103741069 A CN103741069 A CN 103741069A CN 201410026846 A CN201410026846 A CN 201410026846A CN 103741069 A CN103741069 A CN 103741069A
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Abstract

本发明提供了一种耐磨铸钢，由以下化学成分组成（wt%）：C0.30～0.40；Mn1.8～2.2；Cr0.1～0.2；Si0.6～1.0；Mo0.02～0.05；Ni0～1.0；V0～1.0；Ti0～0.1；Re0～0.1；P≤0.04；S≤0.04；其余为Fe。与现有耐磨铸钢相比，本发明将耐磨铸钢中的锰含量提高，同时降低钼含量，使其在满足铸件淬透性的条件下降低了耐磨铸钢成本；并且在提高锰含量的同时，降低硅含量，从而提高了耐磨铸钢的导热性，使其避免在水淬过程中产生裂纹；另外本发明通过调整碳、锰、铬、硅与钼的含量，提高了耐磨铸钢的冲击韧度及硬度，使其在使用过程中不易发生断裂且具有优良的耐磨性能。

Description

一种耐磨铸钢
技术领域
本发明属于耐磨铸钢技术领域，尤其涉及一种耐磨铸钢及其生产方法。
背景技术
当前生产球磨机衬板及颚式破碎机颚板的耐磨铸钢通常采用低碳铬钼硅锰铸钢，其主要化学成分（wt%）为：C，0.25～0.35；Mn，0.6～1.5；Cr，0.5～2.0；Si，0.5～1.5；Mo，0.2～0.5与Fe。但该耐磨铸钢的主要缺点在于：水淬后铸件易产生裂纹；铸件使用过程中易发生断裂；含钼量较高，使铸件的生产成本较高。
为了解决上述不足，现有技术希望通过合金化，在材料中添加了Mo、Ni等贵金属元素或大幅度提高合金元素含量，以增强耐磨铸钢淬透性，从而提高铸件的耐磨性和抗冲击力，但经实际应用后发现均未能达到理想的状态，依然存在水淬易出现裂纹、使用中易断裂以及生产成本较高等不足。
申请号为200910203631.2的中国专利公开了一种耐磨合金铸钢的热处理工艺，这种铸钢的化学成分为（wt%）：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。
申请号为201210525543.6的中国专利公开了一种高硬度高耐磨性合金钢，其化学成分为（wt%）:C，0.25～0.36；Si，0.5～0.8；Mn，1.5～1.7；Cr，0.5～0.78，Ni，1.87～2.56；La，0.03～0.13；B，0.005～0.01；P<0.035；S<0.055，其余为铁。
申请号为200610042678.1的中国专利公开了一种含硼多元低合金耐磨铸钢及其制备方法，其化学成分为（wt%）：C，0.20～0.45；Mn，1.1～1.8；Si，0.8～1.5；Cr，0.3～1.2；B，0.05～0.2；Ti，0.08～0.3；N，0.03～0.2；Ca，0.05～0.15；K，0.04～0.15；Y，0.08～0.25；Mg，0.03～0.12；其余为Fe和不可避免的微量杂质。
申请号为201110073118.3的中国专利公开了一种用于煤机工况的低合金耐磨铸钢，其化学成分为（wt%）：C，0.25～0.40；Mn，1.20～1.70；Si，0.30～0.90；Mo，0.01～0.30；Ni，≤0.1；Nb，0.01～0.04；P，≤0.05；S，≤0.05；其余为Fe。
申请号为201010228506.X的中国专利公开了一种低合金锰系回火马氏体耐磨铸钢的制备方法，其化学成分为（wt%）：C，0.28～0.48%；Mn，1.85～3.50%；Si，0.20～1.50%；Cr，0.30～0.90%；Cu，0～0.90%；B，0～0.008%；P，0.01～0.03%；S，0.01～0.03%；稀土Ce，0.05～0.25%；其余为Fe。
申请号为98109152.0的中国专利公开了多元抗磨合金钢及生产方法，其化学成分为（wt%）：C，0.35～0.4%；Si，0.30～0.70%；Mn，1.40～1.80%；Mo，0.35～0.45%；V，0.1%；Ti，0.07%；B，0.004%；Re，0.2%；其余为Fe。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种耐磨铸钢，该耐磨铸钢的硬度及冲击韧度均良好。
本发明提供了一种耐磨铸钢，由以下化学成分组成：C，0.30～0.40wt%；Mn，1.8～2.2wt%；Cr，0.1～0.2wt%；Si，0.6～1.0wt%；Mo，0.02～0.05wt%；Ni，0～1.0wt%；V，0～1.0wt%；Ti，0～0.1wt%；Re，0～0.1wt%；P≤0.04wt%；S≤0.04wt%；其余为Fe。
优选的，由以下化学成分组成：C，0.30～0.35wt%；Mn，1.8～2.0wt%；Cr，0.1～0.2wt%；Si，0.6～0.8wt%；Mo，0.04～0.05wt%；Ni，0～1.0wt%；V，0～1.0wt%；Ti，0～0.1wt%；Re，0～0.1wt%；P≤0.04wt%；S≤0.04wt%；其余为Fe。
优选的，由以下化学成分组成：C，0.35～0.40wt%；Mn，2.0～2.2wt%；Cr，0.1～0.2wt%；Si，0.8～1.0wt%；Mo，0.02～0.03wt%；Ni，0～1.0wt%；V，0～1.0wt%；Ti，0～0.1wt%；Re，0～0.1wt%；P≤0.04wt%；S≤0.04wt%；其余为Fe。
优选的，由以下化学成分组成：C，0.30～0.35wt%；Mn，1.8～2.0wt%；Cr，0.1～0.2wt%；Si，0.6～0.8wt%；Mo，0.02～0.03wt%；Ni，0～1.0wt%；V，0～1.0wt%；Ti，0～0.1wt%；Re，0～0.1wt%；P≤0.04wt%；S≤0.04wt%；其余为Fe。
优选的，由以下化学成分组成：C，0.35～0.40wt%；Mn，2.0～2.2wt%；Cr，0.1～0.2wt%；Si，0.8～1.0wt%；Mo，0.04～0.05wt%；Ni，0.5～1.0wt%；V，0～1.0wt%；Ti，0～0.1wt%；Re，0～0.1wt%；P≤0.04wt%；S≤0.04wt%；其余为Fe。
优选的，由以下化学成分组成：C，0.35～0.40wt%；Mn，1.8～2.2wt%；Cr，0.1～0.2wt%；Si，0.6～1.0wt%；Mo，0.02～0.05wt%；Ni，0.5～1.0wt%；V，0.1～0.5wt%；Ti，0.02～0.08wt%；Re，0.01～0.05wt%；P≤0.04wt%；S≤0.04wt%；其余为Fe。
本发明提供了一种耐磨铸钢，由以下化学成分组成：C，0.30～0.40wt%；Mn，1.8～2.2wt%；Cr，0.1～0.2wt%；Si，0.6～1.0wt%；Mo，0.02～0.05wt%；Ni，0～1.0wt%；V，0～1.0wt%；Ti，0～0.1wt%；Re，0～0.1wt%；P≤0.04wt%；S≤0.04wt%；其余为Fe和不可避免的杂质。以现有耐磨铸钢相比，本发明将耐磨铸钢中的锰含量提高，同时降低了钼的含量，使耐磨铸钢在满足铸件淬透性的条件下大幅度降低了耐磨铸钢的成本；并且，在提高锰含量的同时，降低了硅的含量，从而提高了耐磨铸钢的导热性，使其在水淬过程中避免产生裂纹；另外，本发明通过调整碳、锰、铬、硅与钼的含量范围，提高了耐磨铸钢的冲击韧度及硬度，使其在使用过程中不易发生断裂并且具有优良的耐磨性能。
具体实施方式
本发明提供了一种耐磨铸钢，由以下化学成分组成：C，0.30～0.40wt%；Mn，1.8～2.2wt%；Cr，0.1～0.2wt%；Si，0.6～1.0wt%；Mo，0.02～0.05wt%；Ni，0～1.0wt%；V，0～1.0wt%；Ti，0～0.1wt%；Re，0～0.1wt%；P≤0.04wt%；S≤0.04wt%；其余为Fe。
本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可。
其中，碳元素的作用是在铸钢中形成碳化物，即耐磨硬质点，确保耐磨铸钢件的耐磨性；碳含量偏低，碳化物数量偏少，会导致铸钢件硬度低，耐磨性下降；碳含量偏高，碳化物数量增加，铸钢件的冲击韧度下降；综合考虑，本发明将碳含量控制在0.30～0.40wt%。
锰元素能提高铸钢的淬透性，降低奥氏体化温度从而降低淬火温度；锰含量偏高，使耐磨铸钢基体组织的晶粒易于长粗，导致韧性下降；锰含量偏低，将降低铸钢的淬透性，从而导致铸钢的耐磨性降低；综合考虑，本发明将锰的含量控制在1.8～2.2wt%。
硅可提高铸钢的淬透性；硅含量偏高会导致铸钢冲击韧度和导热性下降，因此本发明将硅含量控制在0.6～1.0wt%。
耐磨铸钢中碳元素、锰元素与硅元素含量之间相互影响，本发明中，所述耐磨铸钢优选由以下化学成分组成：C，0.30～0.35wt%；Mn，1.8～2.0wt%；Cr，0.1～0.2wt%；Si，0.6～0.8wt%；Mo，0.04～0.05wt%；Ni，0～1.0wt%；V，0～1.0wt%；Ti，0～0.1wt%；Re，0～0.1wt%；P≤0.04wt%；S≤0.04wt%；其余为Fe；或优选由以下化学成分组成：C，0.35～0.40wt%；Mn，2.0～2.2wt%；Cr，0.1～0.2wt%；Si，0.8～1.0wt%；Mo，0.02～0.03wt%；Ni，0～1.0wt%；V，0～1.0wt%；Ti，0～0.1wt%；Re，0～0.1wt%；P≤0.04wt%；S≤0.04wt%；其余为Fe。
耐磨铸钢中铬元素的作用在于固溶强化和提高铸钢淬透性；铬含量偏高，晶界上易出现碳化物，从而导致铸钢的冲击韧度和导热性降低；本发明将铬含量控制在0.1～0.2wt%，优选为0.12～0.18wt%，更优选为0.14～0.16wt%。
钼元素在耐磨铸钢中可大幅度提高铸钢的淬透性，并细化铸钢件晶粒；钼含量过低时，耐磨铸钢的淬透性大幅度下降，降低了耐磨铸钢的耐磨性；但钼为贵金属元素，含量偏高时，会导致制造成本大幅度下降；本发明将钼含量控制在0.02～0.05wt%，优选为0.02～0.03wt%或0.04～0.05wt%。
在耐磨铸钢中加入镍元素，可提高耐磨铸钢的淬透性，必要时才加入适量，加入量高将大幅增加生产成本，本发明耐磨铸钢中镍元素的含量优选为0.5～1.0wt%。当添加镍元素时，本发明耐磨铸钢的优选由以下化学成分组成：C，0.35～0.40wt%；Mn，2.0～2.2wt%；Cr，0.1～0.2wt%；Si，0.8～1.0wt%；Mo，0.04～0.05wt%；Ni，0.5～1.0wt%；V，0～1.0wt%；Ti，0～0.1wt%；Re，0～0.1wt%；P≤0.04wt%；S≤0.04wt%；其余为Fe。
在耐磨铸钢中加入钒、钛或稀土，均可细化铸钢组织晶粒，本发明耐磨铸钢中钒元素的含量优选为0.05～0.5wt%，更优选为0.1～0.3wt%，再优选为0.1wt%；所述钛元素的含量优选为0.02～0.08wt%，更优选为0.03～0.05wt%，再优选为0.05wt%；所述稀土的含量优选为0.01～0.05wt%，更优选为0.02～0.04wt%，再优选为0.02wt%；所述稀土元素的种类为本领域技术人员熟知的稀土元素即可，并无特殊的限制。
当耐磨铸钢中加入钒、钛与稀土时，本发明耐磨铸钢优选由以下化学成分组成：C，0.35～0.40wt%；Mn，1.8～2.2wt%；Cr，0.1～0.2wt%；Si，0.6～1.0wt%；Mo，0.02～0.05wt%；Ni，0.5～1.0wt%；V，0.1～0.5wt%；Ti，0.02～0.08wt%；Re，0.01～0.05wt%；P≤0.04wt%；S≤0.04wt%；其余为Fe。
另外，本发明耐磨铸钢除上述元素组成外，还包括不可避免的杂质。所述不可避免的杂质为本领域技术人员熟知的杂质。
本发明将耐磨铸钢中的锰含量提高，同时降低了钼的含量，使耐磨铸钢在满足铸件淬透性的条件下大幅度降低了耐磨铸钢的成本；并且，在提高锰含量的同时，降低了硅的含量，从而提高了耐磨铸钢的导热性，使其在水淬过程中避免产生裂纹；另外，本发明通过调整碳、锰、铬、硅与钼的含量范围，提高了耐磨铸钢的冲击韧度及硬度，使其在使用过程中不易发生断裂并且具有优良的耐磨性能。
本发明上述耐磨铸钢的生产方法为本领域技术人员熟知的方法即可，并无特殊的限制，包括本领域技术人员熟知的熔炼与热处理过程。
按照本发明，优选采用以下制备方法进行制备：（1）熔炼工艺：将废钢、钼铁和/或镍板等原料放入电炉内进行熔炼，待部分熔化后，向电炉中加入铬铁，在钢水出炉前5分钟投入锰铁、硅铁、钒铁、钛铁，然后投入脱氧剂净化钢水，钢水出炉，以包底冲入方式加入稀土；（2）热处理工艺：将铸钢件加热到920℃～960℃，保温2～4h后出炉水淬，冷却至室温后放入回火炉中加热160℃～220℃，保温3-6h后出炉空冷，得到耐磨铸钢。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种耐磨铸钢进行详细描述。
以下实施例中所用生产原料均为市售。
实施例1
按照化学成分组成：C，0.32wt%；Mn，1.9wt%；Cr，0.15wt%；Si，0.7wt%；Mo，0.05wt%；其余为Fe和不可避免的杂质，称取原料废钢、锰铁、硅铁、铬铁与钼铁。
将废钢、钼铁置于电炉中熔炼，当部分熔化时，加入铬铁，充分熔化，在钢水出炉前5分钟投入锰铁与硅铁，然后投入脱氧剂净化钢水，钢水1500℃出炉后浇注成50～60mm厚铸件，热处理：淬火温度920℃～960℃，保温3h后出炉水淬，冷却至室温，回火温度160℃～220℃，保温4h，出炉空冷，得到耐磨铸钢。
对实施例1中得到的耐磨铸钢的性能进行测试，得到其硬度为HRC45～50，冲击韧度ak为100～150J/cm2。
实施例2
按照化学成分组成：C，0.4wt%；Mn，2.2wt%；Cr，0.2wt%；Si，0.9wt%；Mo，0.03wt%；其余为Fe和不可避免的杂质，称取原料废钢、锰铁、硅铁、铬铁与钼铁。
将废钢、钼铁置于电炉中熔炼，当部分熔化时，加入铬铁，充分熔化，在钢水出炉前5分钟投入锰铁与硅铁，然后投入脱氧剂净化钢水，钢水1500℃出炉后浇注成70～80mm厚铸件，热处理：淬火温度920℃～960℃，保温3h后出炉水淬，冷却至室温，回火温度160℃～220℃，保温5h，出炉空冷，得到耐磨铸钢。
对实施例2中得到的耐磨铸钢的性能进行测试，得到其硬度为HRC48～52，冲击韧度ak为40～60J/cm2。
实施例3
按照化学成分组成：C，0.32wt%；Mn，1.9wt%；Cr，0.15wt%；Si，0.7wt%；Mo，0.03wt%；其余为Fe和不可避免的杂质，称取原料废钢、锰铁、硅铁、铬铁与钼铁。
将废钢、钼铁置于电炉中熔炼，当部分熔化时，加入铬铁，充分熔化，在钢水出炉前5分钟投入锰铁与硅铁，然后投入脱氧剂净化钢水，钢水1500℃出炉后浇注成40～50mm厚铸件，热处理：淬火温度920℃～960℃，保温2h后出炉水淬，冷却至室温，回火温度160℃～220℃，保温3h，出炉空冷，得到耐磨铸钢。
对实施例3中得到的耐磨铸钢的性能进行测试，得到其硬度为HRC45～50，冲击韧度ak为80～120J/cm2。
实施例4
按照化学成分组成：C，0.40wt%；Mn，2.2wt%；Cr，0.2wt%；Si，0.9wt%；Mo，0.05wt%；其余为Fe和不可避免的杂质，称取原料废钢、锰铁、硅铁、铬铁、钼铁。
将废钢、钼铁置于电炉中熔炼，当部分熔化时，加入铬铁，充分熔化，在钢水出炉前5分钟投入锰铁与硅铁，然后投入脱氧剂净化钢水，钢水1500℃出炉后浇注成80～90mm厚铸件，热处理：淬火温度920℃～960℃，保温3h后出炉水淬，冷却至室温，回火温度160℃～220℃，保温4h，出炉空冷，得到耐磨铸钢。
对实施例4中得到的耐磨铸钢的性能进行测试，得到其硬度为HRC48～52，冲击韧度ak为50～70J/cm2。
实施例5
按照化学成分组成：C，0.4wt%；Mn，2.2wt%；Cr，0.2wt%；Si，0.9wt%；Mo，0.05wt%；Ni，0.5wt%；其余为Fe和不可避免的杂质，称取原料废钢、锰铁、硅铁、铬铁、钼铁与镍板。
将废钢、钼铁和镍板置于电炉中熔炼，当部分熔化时，加入铬铁，充分熔化，在钢水出炉前5分钟投入锰铁与硅铁，然后投入脱氧剂净化钢水，钢水1500℃出炉后浇注成100mm厚铸件，热处理：淬火温度920℃～960℃，保温4h后出炉水淬，冷却至室温，回火温度160℃～220℃，保温6h，出炉空冷，得到耐磨铸钢。
对实施例5中得到的耐磨铸钢的性能进行测试，得到其硬度为HRC50～52，冲击韧度ak为40～60J/cm2。
实施例6
按照化学成分组成：C，0.40wt%；Mn，2.2wt%；Cr，0.2wt%；Si，1.0wt%；Mo，0.05wt%；Ni，0.5wt%；V，0.1wt%；Ti，0.05wt%；稀土Y，0.02wt%；其余为Fe和不可避免的杂质，称取原料废钢、锰铁、硅铁、铬铁、钼铁、镍板、钒铁、钛铁与稀土。
将废钢、钼铁和镍板置于电炉中熔炼，当部分熔化时，加入铬铁，充分熔化，在钢水出炉前5分钟投入锰铁、硅铁、钒铁、钛铁，然后投入脱氧剂净化钢水，钢水钢水1500℃出炉，采用包底冲入法加入稀土，浇注成100mm厚铸件，热处理：淬火温度920℃～960℃，保温4h后出炉水淬，冷却至室温，回火温度160℃～220℃，保温6h，出炉空冷，得到耐磨铸钢。
对实施例6中得到的耐磨铸钢的性能进行测试，得到其硬度为HRC50～52，冲击韧度ak为60～80J/cm2。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种耐磨铸钢，其特征在于，由以下化学成分组成：C，0.30～0.40wt%；Mn，1.8～2.2wt%；Cr，0.1～0.2wt%；Si，0.6～1.0wt%；Mo，0.02～0.05wt%；Ni，0～1.0wt%；V，0～1.0wt%；Ti，0～0.1wt%；Re，0～0.1wt%；P≤0.04wt%；S≤0.04wt%；其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的耐磨铸钢，其特征在于，由以下化学成分组成：C，0.30～0.35wt%；Mn，1.8～2.0wt%；Cr，0.1～0.2wt%；Si，0.6～0.8wt%；Mo，0.04～0.05wt%；Ni，0～1.0wt%；V，0～1.0wt%；Ti，0～0.1wt%；Re，0～0.1wt%；P≤0.04wt%；S≤0.04wt%；其余为Fe。
3.根据权利要求1所述的耐磨铸钢，其特征在于，由以下化学成分组成：C，0.35～0.40wt%；Mn，2.0～2.2wt%；Cr，0.1～0.2wt%；Si，0.8～1.0wt%；Mo，0.02～0.03wt%；Ni，0～1.0wt%；V，0～1.0wt%；Ti，0～0.1wt%；Re，0～0.1wt%；P≤0.04wt%；S≤0.04wt%；其余为Fe。
4.根据权利要求1所述的耐磨铸钢，其特征在于，由以下化学成分组成：C，0.30～0.35wt%；Mn，1.8～2.0wt%；Cr，0.1～0.2wt%；Si，0.6～0.8wt%；Mo，0.02～0.03wt%；Ni，0～1.0wt%；V，0～1.0wt%；Ti，0～0.1wt%；Re，0～0.1wt%；P≤0.04wt%；S≤0.04wt%；其余为Fe。
5.根据权利要求1所述的耐磨铸钢，其特征在于，由以下化学成分组成：C，0.35～0.40wt%；Mn，2.0～2.2wt%；Cr，0.1～0.2wt%；Si，0.8～1.0wt%；Mo，0.04～0.05wt%；Ni，0.5～1.0wt%；V，0～1.0wt%；Ti，0～0.1wt%；Re，0～0.1wt%；P≤0.04wt%；S≤0.04wt%；其余为Fe。
6.根据权利要求1所述的耐磨铸钢，其特征在于，由以下化学成分组成：C，0.35～0.40wt%；Mn，1.8～2.2wt%；Cr，0.1～0.2wt%；Si，0.6～1.0wt%；Mo，0.02～0.05wt%；Ni，0.5～1.0wt%；V，0.1～0.5wt%；Ti，0.02～0.08wt%；Re，0.01～0.05wt%；P≤0.04wt%；S≤0.04wt%；其余为Fe。
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