CN104561813B - 一种中碳硅锰系高耐磨空冷钢 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中碳硅锰系高耐磨空冷钢，其各组分及其质量百分比如下：C0.35％～0.45％、Si 1.51％～2.18％、Mn 1.52％～1.99％、Cr 1.13％～1.62％、Mo 0.15％～0.29％；此外还含Al 0.02％～0.07％、Nb 0.025％～0.10％，且须满足0.05％≤Nb+Al≤0.15％；余量为铁和其他不可避免的杂质。所述的高耐磨空冷钢热加工成型后采用奥氏体化后空冷处理并进行回火处理，可得到高的强度性能、较高的韧性和优良的耐磨性能指标，同时可免除淬火处理，减少了变形，防止开裂，节约了成本和资源。
Description
技术领域
本发明属于合金钢技术领域，涉及一种高耐磨合金钢，特别是涉及一种新型的中碳硅锰系高耐磨空冷钢。
背景技术
随着工程机械领域的发展，对于金属零部件的耐磨性提出了更高的要求。如何经济的提高金属零部件的耐磨性一直是人们关注的重点。众所周知，硬度对耐磨性的作用是不言而喻的，提高材料的硬度是提高耐磨性的一个最为重要的方法。然而，随着材料的硬度增加，其韧性性能的下降则会反过来影响材料的耐磨性。因此硬度和韧性的矛盾关系制约着耐磨性能的提高，尤其是硬度超过44HRC(抗拉强度大于1400MPa)以上，冲击韧性下降很快。
另一方面，考虑到降低成本的要求，热加工成型后(尤其是焊接后)直接使用或者只经过简单空冷处理的贝氏体钢，已在越来越多的场合得到应用并取代了回火马氏体钢。近年来，Mn-B系、Mn系、Mo-B系等空冷贝氏体钢得到了开发和应用，且在这些中低碳空冷贝氏体钢组织和性能的研究方面取得了许多新的进展，然而这些中低碳空冷贝氏体钢硬度基本在45HRC以下，45HRC成为了一个很难超越的临界点。
专利CN1210430C提出了一种中低碳锰系空冷贝氏体钢，得到了一种粒状贝氏体/粒状组织、下贝氏体/马氏体或无碳化物贝氏体/马氏体复相组织，其在空冷条件下硬度能达到45HRC以上，但其冲击是无缺口冲击试样，虽然其无缺口冲击韧度大于70J/cm2，但U型缺口冲击不够。显然，随着工件使用的工况越来越恶劣，对工件硬度提出了更高的要求(硬度≥49HRC)，该专利公开的空冷合金钢在空冷条件下无法实现硬度和韧性的匹配。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中碳硅锰系高耐磨空冷钢，进一步提高目前空冷合金钢的硬度，并保持或超过现有的韧性，以提高耐磨性。本发明所述的中碳硅锰系空冷钢，通过以Mn、Si、Cr、Mo等多元复合添加技术和合理配比，并辅以Al、Nb细化晶粒，得到贝氏体、贝氏体/马氏体复相组织，具有良好的强韧性配合，其具有很高的强度性能、较高的韧性指标和优良的耐磨性能，并免除淬火处理，减少了变形，防止了开裂，节约了成本和资源。
本发明采用以下技术方案：
一种中碳硅锰系高耐磨空冷钢，其各组分及其质量百分比如下：C 0.35％～0.45％、Si1.51％～2.18％、Mn 1.52％～1.99％、Cr 1.13％～1.62％、Mo 0.15％～0.29％；此外还含Al 0.02％～0.07％、Nb 0.025％～0.10％，且须满足0.05％≤Nb+Al≤0.15％；余量为铁和其他不可避免的杂质。
优先考虑本发明所述高耐磨空冷钢的韧性指标，推荐以下优化方案，其各组分及其质量百分比如下：C 0.35％～0.39％、Si 1.61％～2.18％、Mn 1.70％～1.99％、Cr1.45％～1.62％、Mo 0.15％～0.29％；此外还含Al 0.02％～0.07％、Nb 0.025％～0.10％，且须满足0.05％≤Nb+Al≤0.15％；余量为铁和其他不可避免的杂质。
为得到更好的韧性指标，所述高耐磨空冷钢可进一步采用以下较佳方案之一：
(1)C 0.35％～0.39％、Si 1.71％～1.81％、Mn 1.70％～1.80％、Cr 1.51％～1.62％、Mo 0.21％～0.29％；此外还含有Al 0.02％～0.07％、Nb 0.025％～0.10％，且须满足0.05％≤Nb+Al≤0.15％；余量为铁和其他不可避免的杂质。或者，
(2)C 0.35％～0.39％、Si 1.82％～2.18％、Mn 1.81％～1.99％、Cr 1.51％～1.62％、Mo 0.21％～0.29％；此外还含有Al 0.02％～0.07％、Nb 0.025％～0.10％，且须满足0.05％≤Nb+Al≤0.15％；余量为铁和其他不可避免的杂质。
在保证所述的高耐磨空冷钢性能的前提下，为节约成本，本发明推荐采用以下优化方案，其各组分及其质量百分百如下：C 0.40％～0.45％、Si 1.51％～1.90％、Mn1.52％～1.99％、Cr 1.13％～1.62％、Mo 0.15％～0.29％；此外还含Al 0.02％～0.07％、Nb 0.025％～0.10％，且须满足0.05％≤Nb+Al≤0.15％；余量为铁和其他不可避免的杂质。
更进一步地，优先考虑成本，所述高耐磨空冷钢可采用采用以下较佳方案之一：
(1)C 0.40％～0.45％、Si 1.51％～1.70％、Mn 1.81％～1.90％、Cr 1.15％～1.25％、Mo 0.15％～0.20％；此外还含Al 0.02％～0.07％、Nb 0.025％～0.10％，且须满足0.05％≤Nb+Al≤0.15％；余量为铁和其他不可避免的杂质。
(2)C 0.40％～0.45％、Si 1.51％～1.70％、Mn 1.52％～1.62％、Cr 1.52％～1.62％、Mo 0.21％～0.29％；此外还含Al 0.02％～0.07％、Nb 0.025％～0.10％，且须满足0.05％≤Nb+Al≤0.15％；余量为铁和其他不可避免的杂质。
本发明的耐磨合金钢的含碳量为0.35％～0.45％，该含碳量能保证空冷条件下所述的合金钢具有优良的硬度(硬度在49HRC以上)，同时具有较高的韧性。合金元素Si、Mn、Cr、Mo的加入及其合适的配比选择，可以有效的进一步提高所述合金钢的硬度和韧性，扩大所述合金钢获得贝氏体、或贝氏体/马氏体复相组织的能力，使得所述合金钢能应用更厚尺寸零件的需求。合金元素Al和Nb的加入及其合适的配比选择，则能有效地抑制铸造、锻造、焊接和热处理过程中奥氏体晶粒长大，细化晶粒，提高所述合金钢的强度、塑性和韧性。
本发明的合金钢热加工成型(铸造、锻造或焊接等)后，其热处理采用奥氏体化后空冷到室温，再回火，即通常可采用890℃～980℃奥氏体化后进行空冷到室温，然后在160℃～550℃保温回火。
本发明与现有技术相比，主要是提高了耐磨钢的强度、硬度，而且同时提高了合金钢的韧性性能，本发明的合金钢机械性能指标如下：Rm≥1630Mpa，Rp0.2≥1310MPa，硬度≥49HRC，αKU(室温)≥70J/cm2，αKU(-40℃)≥50J/cm2。本发明的高耐磨空冷钢热加工成型后，采用奥氏体化后空冷处理并进行回火处理，可得到高的强度性能、较高的韧性和优良的耐磨性能指标，能满足耙链、钻杆、耙齿、煤截齿、刮板、衬板、磨球、耐磨板、铲齿、掘进齿、辙叉、齿板、锤头等各种耐磨件的使用要求，同时可免除淬火处理，防止开裂，减少了变形和热加工成型后续的工序，节约了成本和资源。
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。
具体实施方式
有关本发明所述及之技术内容、特点与功效，将在以下具体实施方式中详细说明。然而，本领域技术人员不难理解，此处的实施例仅仅用于示例目的，本发明并不局限于此。
以下实施例中，组分含量均以其质量百分含量计。机械性能指标均按本领域标准或通用的方法进行测定。
实施例1
一种中碳硅锰系高耐磨空冷钢，其各组分及其质量百分比如下：C 0.39％、Si1.81％、Mn 1.70％、Cr 1.45％、Mo 0.29％、Al 0.03％、Nb 0.05％；余量为铁和其他不可避免的杂质。
所述的高耐磨空冷钢按工频、中频炉或电弧炉冶炼，热加工成型(铸造、锻造或焊接等)后热处理，热处理采用奥氏体化后空冷，再回火，可采用890℃～980℃奥氏体化后进行空冷，然后在160℃～550℃保温回火。
实施例2～20
与实施例1基本相同，具体组分及含量见表1。
本发明的高耐磨空冷钢较好的组分配比和相对应的机械性能如下表1所示：
表1本发明中碳硅锰系高耐磨空冷钢的组成及其机械性能
对比例
采用不同的组成，按照与实施例1相同的方法制备空冷钢，所述空冷钢的组成及其机械性能如下表2所示：
表2空冷钢的组成及其机械性能
Claims (10)
1.一种中碳硅锰系高耐磨空冷钢，其特征在于，各组分及其质量百分比如下：C 0.35％～0.45％、Si 1.51％～2.18％、Mn 1.52％～1.99％、Cr 1.13％～1.62％、Mo 0.15％～0.29％；此外还含有Al 0.02％～0.07％、Nb 0.025％～0.10％，且须满足0.05％≤Nb+Al≤0.15％；余量为铁和其他不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的中碳硅锰系高耐磨空冷钢，其特征在于，各组分及其质量百分比如下：C 0.35％～0.39％、Si 1.61％～2.18％、Mn 1.70％～1.99％、Cr 1.45％～1.62％、Mo 0.15％～0.29％；此外还含有Al 0.02％～0.07％、Nb 0.025％～0.10％，且须满足0.05％≤Nb+Al≤0.15％；余量为铁和其他不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的中碳硅锰系高耐磨空冷钢，其特征在于，各组分及其质量百分比如下：C 0.35％～0.39％、Si 1.71％～1.81％、Mn 1.70％～1.80％、Cr 1.51％～1.62％、Mo 0.21％～0.29％；此外还含有Al 0.02％～0.07％、Nb 0.025％～0.10％，且须满足0.05％≤Nb+Al≤0.15％；余量为铁和其他不可避免的杂质。
4.根据权利要求2所述的中碳硅锰系高耐磨空冷钢，其特征在于，各组分及其质量百分比如下：C 0.35％～0.39％、Si 1.82％～2.18％、Mn 1.81％～1.99％、Cr 1.51％～1.62％、Mo 0.21％～0.29％；此外还含有Al 0.02％～0.07％、Nb 0.025％～0.10％，且须满足0.05％≤Nb+Al≤0.15％；余量为铁和其他不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的中碳硅锰系高耐磨空冷钢，其特征在于，各组分及其质量百分比如下：C 0.40％～0.45％、Si 1.51％～1.90％、Mn 1.52％～1.99％、Cr 1.13％～1.62％、Mo 0.15％～0.29％；此外还含Al 0.02％～0.07％、Nb 0.025％～0.10％，且须满足0.05％≤Nb+Al≤0.15％；余量为铁和其他不可避免的杂质。
6.根据权利要求5所述的中碳硅锰系高耐磨空冷钢，其特征在于，各组分及其质量百分比如下：C 0.40％～0.45％、Si 1.51％～1.70％、Mn 1.81％～1.90％、Cr 1.15％～1.25％、Mo 0.15％～0.20％；此外还含Al 0.02％～0.07％、Nb 0.025％～0.10％，且须满足0.05％≤Nb+Al≤0.15％；余量为铁和其他不可避免的杂质。
7.根据权利要求5所述的中碳硅锰系高耐磨空冷钢，其特征在于，各组分及其质量百分比如下：C 0.40％～0.45％、Si 1.51％～1.70％、Mn 1.52％～1.62％、Cr 1.52％～1.62％、Mo 0.21％～0.29％；此外还含Al 0.02％～0.07％、Nb 0.025％～0.10％，且须满足0.05％≤Nb+Al≤0.15％；余量为铁和其他不可避免的杂质。
8.根据权利要求1～7所述的任一中碳硅锰系高耐磨空冷钢，其特征在于，所述的中碳硅锰系高耐磨空冷钢机械性能指标如下：Rm≥1630MPa，Rp0.2≥1310MPa，硬度≥49HRC，αKU(室温)≥70J/cm2，αKU(-40℃)≥50J/cm2。
9.根据权利要求1、2或5所述的中碳硅锰系高耐磨空冷钢，其特征在于，所述的空冷钢热加工成型后，其热处理采用奥氏体化后空冷至室温，再回火。
10.根据权利要求9所述的中碳硅锰系高耐磨空冷钢，其特征在于，其热处理采用890℃～980℃奥氏体化后进行空冷至室温，然后在160℃～550℃保温回火。
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