CN104805381B

CN104805381B - 中铬多元素自润滑合金钢及其制备方法

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Publication number: CN104805381B
Application number: CN201510244722.6A
Authority: CN
Inventors: 贾现书; 陈征
Original assignee: Anyang Present Special Bearing Co Ltd
Current assignee: Anyang present special Bearing Co., Ltd.
Priority date: 2015-05-14
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2035-05-14
Also published as: CN104805381A

Abstract

本发明公开了一种中铬多元素合金钢材料及其制备方法，属于冶金技术领域。该合金钢含有的化学元素成分及其质量百分比为：C：0.5‑0.6%，Cr：4.5‑6.5%，W：1.2‑2%，Mo：0.8‑1.2%，Ni：1.2‑1.8%，Si：0.7‑1.0%，Mn：0.8‑1.1%，S：0.1‑0.4%，V：0.4‑0.6%，P≤0.1%，Re：0.003‑0.008%，Mg：0.0055‑0.011%，Ca≤0.0024%，Ti≤0.0008%，余量为铁，其中Re为稀土元素。制备方法包括配料、升温、熔炼、后处理。本发明的合金钢具有较好的耐磨性和自润滑性能。

Description

中铬多元素自润滑合金钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金钢制造领域，尤其涉及一种中铬多元素合金钢材料及其制备方法，属于冶金技术领域。

背景技术

在冶金轧钢厂中，轧机有衬板，剪机有滑板，矿山和水泥厂球磨机等都需要衬板。轧机衬板和剪机滑板大多采用铜合金材质铸造，多为ZQSn10-2锡青铜或ZQAl9-4铝青铜。而球磨机衬板多采用ZGMn13高锰钢或经过调整少部分化学成分特别是锰或碳含量的奥氏体中锰钢。但在使用中发现用铜合金材料制作的轧机和剪机滑板有三个问题, 一是没有自润滑功能，即不能缺油，一旦缺油很快就会出现拉毛、啃咬甚至抱死，为了防止缺油，设计时往往增加很多供油装置，如干油泵，稀油管道等，而这些设备在长期高温湿气状态下工作很容易使油脂雾化或碳化而失去润滑功能。很多厂家不得不改为人工每班注油，但跑冒滴漏严重，影响污染环境且造成浪费。二是铜合金衬板耐磨度不高，在轧机不停工作连续受力状况下磨损较快，特别是精轧机滑板的磨损使成品轧材出现厚度直径或形状超差，成材率降低。三是铜合金滑板韧性有余但强度不足，在非常大的轧制力作用下一直处于受压状态，由于抗压能力不高，往往会“屈服”。所以很多轧钢厂经常为滑板的寿命不长而困扰，更换一次非常耗时耗力。另外，矿山和水泥厂的球磨机衬板所用的高锰钢系列，尽管价格低廉，但其自身特性决定了高锰钢铸件出现晶粒粗大，组织中存在柱状晶，粗细等轴晶的致命缺陷，其断面上的晶区分布不匀，另外还存在组织不致密性易造成冲击韧度降低，同时，高猛钢铸件裂纹倾向严重，氧化锰（MnO）夹杂的存在等，使高锰钢使用中断裂问题频频发生。

发明内容

本发明的目的在于克服以上技术缺陷，提供一种自润滑且耐磨损的滑板材料，一种中铬多元素自润滑耐磨合金钢，该材料具有硬度高、耐磨、自润滑的特性。

为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案为：中铬多元素自润滑合金钢，所述的中铬多元素自润滑合金钢含有的化学元素成分及其质量百分比为：C：0.5-0.6%，Cr：4.5-6.5%，W：1.2-2%，Mo：0.8-1.2%，Ni：1.2-1.8%，Si：0.7-1.0%，Mn：0.8-1.1%，S：0.1-0.4%，V：0.4-0.6%，P≤0.1%，RE：0.003-0.008%，Mg：0.0055-0.011%， Ca≤0.0024%，Ti≤0.0008%，余量为铁，其中RE为稀土元素，进一步的，所述的中铬多元素自润滑合金钢含有的化学元素成分及其质量百分比为：C：0.5-0.55%，Cr：4.5-5.5%，W：1.2-1.5%，Mo：0.8-1.0%，Ni：1.2-1.5%，Si：0.7-1.0%，Mn：0.8-1.1%，S：0.1-0.4%，V：0.4-0.6%，P≤0.1%，RE：0.003-0.0064%，Mg：0.0035-0.0072%， Ca≤0.0024%，Ti≤0.0008%，余量为铁，余量为铁，其中RE为稀土元素，进一步的，所述的中铬多元素自润滑合金钢在冶炼过程中添加质量份数为0.5-1%的稀土硅镁铁合金FeSiMgRE，所述的稀土元素RE来自所添加的稀土硅镁铁合金FeSiMgRE，进一步的，所述的中铬多元素自润滑合金钢在冶炼过程中添加质量份数为0.5-0.8%的稀土硅镁铁合金FeSiMgRE7，所述的稀土元素RE来自所添加的稀土硅镁铁合金FeSiMgRE7。

中铬多元素自润滑合金钢的制备方法，所述的中铬多元素自润滑合金钢含有的化学元素成分及其质量百分比为：C：0.5-0.6%，Cr：4.5-6.5%，W：1.2-2%，Mo：0.8-1.2%，Ni：1.2-1.8%，Si：0.7-1.0%，Mn：0.8-1.1%，S：0.1-0.4%，V：0.4-0.6%，P≤0.1%，RE：0.003-0.008%，Mg：0.0055-0.011%， Ca≤0.0024%，Ti≤0.0008%，余量为铁，其中RE为稀土元素，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：

A：将生铁与废钢按照计算比例配合后投入炉中熔化，同时加入钨铁，加热熔化成钢水；

B：将钼铁、镍铁、铬铁200℃烘烤1小时以上并保温，待步骤A中的钢水温度达到1000-1050℃时加入钼铁、镍铁、铬铁进行合金化；

C：在钢水温度达到1600℃时依次加入硅铁、锰铁、稀土硅镁铁合金并再加入1%～1.5%的纯铝脱氧，钢水温度达到1630℃-1650℃时转入精炼炉内精炼；

D：在真空精炼炉内精炼，检测并调整化学元素成分含量至合格，精炼30分钟后出炉浇铸，倒入浇铸钢水包前将钢水包加热烘烤20-30分钟，浇铸完铸件后将铸件埋入沙中24小时以上后起型清砂进行铸后热处理。进一步的额，所述的步骤D中的铸后热处理包括先后的淬火处理和回火处理，淬火介质采用油，淬火处理温度历程为：用三小时由室温匀速升温至400℃，接着用两小时由400℃匀速升温至至600℃，接着用30分钟由600℃匀速率升温至950℃，在950℃保温300分钟，使用30分钟采用油淬降温至室温；回火处理温度历程为：用3小时从室温匀速升温至300℃，接着用30分钟由300℃升温至430℃，在430℃保温3.5小时，炉内冷却至室温。

本发明的积极有益效果为：在自润滑功能方面，利用硫与钼的化合形成MoS2（二硫化钼）及硫与镍的化合后溶解于钢液中的NiS（硫化镍）。这些化合物与钢中的铁素体融为一体，特别是在加入稀土硅镁铁合金后形成一定量的稀土硫氧化物，这种氧化物又与稀土硅化合成石墨状的游离晶体，均匀地分别与金属晶体内，在有相对摩擦时有效的释放于表面隔离了与铁素体的接触，从而起到自润滑效果。在轧机中作为滑板使用，中铬自润滑耐磨钢的摩擦系数仅为0.04-0.07，在经过了磨合阶段后基本处于一条平顺的直线，不再有连续磨损。在耐磨度方面，由于配方中加入了约6%的铬，而铬是一个扩大铁素体的元素，铬和碳形成一定数量的碳化物保证了中温使用下的耐磨度。而碳是一个强烈扩大奥氏体的元素，和铬化合成碳化铬，使钢的耐磨性大大提高。但如果过多的加入碳，则容易造成冲击韧性降低，而过分降低碳含量又将减少钢中奥氏体的量，反而对韧性不利，因此我们选用含碳质量百分比在0.5-0.6%。在配方中加入了1.2-2.0%的钨，与碳结合形成WC（碳化钨），与铁素体化合形成Fe2W(钨化二铁)，增强了材料的耐磨性。我们在冶炼的过程中为了使钨能更好地溶于钢液中，使用铝粉将WO3还原法，取得了较好的效果。本发明中还加入了稀土硅镁铁合金。因为稀土的加入使钢液净化，克服了铸件夹杂，同时又能脱氧和除去钢中的其他气体，使铸件避免气孔又能使成分均匀，细化晶体，减少晶体偏析。加入稀土后有效提高铸件的流动性，尤其是较低浇铸温度下尤为明显。另外稀土的加入还能大大消除铸件收缩影响及热裂倾向。

附图说明

图1是本发明淬火处理的温度曲线。

图2是本发明回火处理的温度曲线。

图3本发明的钢耐磨度试验曲线。

图4是本发明的钢耐高温自润滑功能试验曲线。

具体实施方式

中铬多元素自润滑合金钢，所述的中铬多元素自润滑合金钢含有的化学元素成分及其质量百分比为：C：0.5-0.6%，Cr：4.5-6.5%，W：1.2-2%，Mo：0.8-1.2%，Ni：1.2-1.8%，Si：0.7-1.0%，Mn：0.8-1.1%，S：0.1-0.4%，V：0.4-0.6%，P≤0.1%，RE：0.003-0.008%，Mg：0.0055-0.011%， Ca≤0.0024%，Ti≤0.0008%，余量为铁，其中RE为稀土元素，进一步的，所述的中铬多元素自润滑合金钢含有的化学元素成分及其质量百分比为：C：0.5-0.55%，Cr：4.5-5.5%，W：1.2-1.5%，Mo：0.8-1.0%，Ni：1.2-1.5%，Si：0.7-1.0%，Mn：0.8-1.1%，S：0.1-0.4%，V：0.4-0.6%，P≤0.1%，RE：0.003-0.0064%，Mg：0.0035-0.0072%， Ca≤0.0024%，Ti≤0.0008%，余量为铁，余量为铁，其中RE为稀土元素，所述的中铬多元素自润滑合金钢在冶炼过程中添加质量份数为0.5-1%的稀土硅镁铁合金FeSiMgRE，所述的稀土元素RE来自所添加的稀土硅镁铁合金FeSiMgRE，进一步的，所述的中铬多元素自润滑合金钢在冶炼过程中添加质量份数为0.5-0.8%的稀土硅镁铁合金FeSiMgRE7，所述的稀土元素RE来自所添加的稀土硅镁铁合金FeSiMgRE7，合金中的Mg：0.0035-0.0072%、 Ca≤0.0024%、Ti≤0.0008%稀土硅镁铁合金FeSiMgRE7带入的微量元素，具体应用上，可采用稀土硅镁铁合金FeSiMg8RE7。

按照上述成分要求及方法，分别冶炼以下含量的中铬多元素自润滑钢，冶炼采用的原材料及配料计算例中铬多元素耐磨钢的配料计算表：

在上表中元素确定的情况下，再确定废钢和生铁的添加量，其中废钢采用碳素结构钢热轧钢板边角料，原料标准为GB/T711-1988，采用10#钢边角料,其中C含量0.1%；采用生铁补碳，生铁原料标准YB（T14-1991，采用铸铁34，碳含量3.3%，根据总的碳含量要求和配料余量可以方便的计算出废钢和生铁的用量，上表为元素控制目标对应元素含量的中铬多元素耐磨钢的配料计算表的一个实例，其它含量的均可通过以上方法计算出来。

按照上表配料原理分别冶炼出的三种中铬多元素耐磨钢的成分如下：

实施例一：

C:0.6， Cr:6.5， W:2，Mo:1.2， Ni:1.8，Si：1.0%，Mn：1.1%，S：0.3%，V： 0.6%，P≤0.1%，对应稀土硅镁铁合金FeSiMg8RE7添加质量份数为0.8%的RE含量和其它微量元素，余量为铁；

实施例二：

C:0.55， Cr:5.5，W:1.5，Mo:1.0，Ni：1.5，Si：0.85%，Mn：0.9%，S：0.25%，V： 0.5%，P≤0.1%，对应稀土硅镁铁合金FeSiMg8RE7添加质量份数为0.8%的RE含量和其它微量元素，余量为铁；，

实施例三：

C:0.5、Cr:4.5、 W:1.2、Mo:0.8、 Ni:1.2，Si：0.7%，Mn：0.8%，S：0.1%，V： 0.4%，P≤0.1%，对应稀土硅镁铁合金FeSiMg8RE7添加质量份数为0.5%的RE含量和其它微量元素，余量为铁；

下表为三个实施例的产品力学性能性能表：

显微金相组织中各字符代表：M-马氏体；AR-残留奥氏体；C-碳化物；RES-稀土硫氧化物；Z-珠光体。

附图3、图4分别本发明的钢耐磨度试验曲线和是本发明的钢耐高温自润滑功能试验曲线，图中铜合金采用的为ZQAl9-4铝青铜，图中中铬钢滑板为本发明的钢制作而成，钢的成分为与实施例二中相同。

本发明的中铬多元素自润滑耐磨钢在实践中的应用效果情况（以下试用均没有导致本发明技术方案的公开）

应用效果一：某钢铁公司中板厂精轧第三、四架轧机衬板。以前一直使用ZQAl9-4铝青铜，平均寿命为5-6个月，每架轧机每次更换12块，停产约16小时。在试用本发明的中铬自润滑耐磨板后，经换算平均磨损量为0.1毫米/年，寿命为原来衬板的6倍以上。原来设计的干油泵油脂润滑早已失效，用铜滑时每两个班浇稀油润滑一次，油污四溢，影响环境，。改用中铬衬板后只在安装初期磨合阶段涂上一些润滑脂，运行两年一个月后无明显划伤，有些加工痕迹扔清晰可见，效果非常好；

应用效果二：某公司带钢厂精轧第一、二、三架轧机衬板。以前前一直使用40Mn衬板，其表面渗碳，渗层约0.2毫米，使用寿命仅两个月，每次更换24块，停产约十二小时，更换上中铬衬板后经换算后平均使用寿命两年三个月，除受力集中的部位磨损约0.2-0.3毫米外，其它部位仍然完好无损。

应用效果三：某公司烧结厂3.5米球磨机衬板原来用ZGMn13衬板，使用寿命约为7-8个月，磨损严重，更换一次需二十小时，耗费人力。试用本发明的中铬衬板后目测结果令人满意，预计使用到3年以上没任何问题。

综上所述：本发明的中铬多元素自润滑耐磨合金钢的能为我国在冶金、矿山、水泥、电厂等行业的衬板、滑板等重要部件寿命的提高，成本下降，减少污染提高工作效率诸方面带来巨大的效益。

Claims

1.中铬多元素自润滑合金钢的制备方法，所述的中铬多元素自润滑合金钢含有的化学元素成分及其质量百分比为：C：0.5-0.6%，Cr：4.5-6.5%，W：1.2-2%，Mo：0.8-1.2%，Ni：1.2-1.8%，Si：0.7-1.0%，Mn：0.8-1.1%，S：0.1-0.4%，V：0.4-0.6%，P≤0.1%，RE：0.003-0.008%，Mg：0.0055-0.011%， Ca≤0.0024%，Ti≤0.0008%，余量为铁，其中RE为稀土元素，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：

A：将生铁与废钢按照计算比例配合投入炉中熔化，同时加入钨铁，加热熔化成钢水；

D：在真空精炼炉内精炼，检测并调整化学元素成分含量至合格，精炼30分钟后出炉浇铸，倒入浇铸钢水包前将钢水包加热烘烤20-30分钟，浇铸完铸件后将铸件埋入沙中24小时以上后起型清砂进行铸后热处理。

2. 根据权利要求1所述的中铬多元素自润滑合金钢的制备方法，其特征在于：所述的步骤D中的铸后热处理包括先后的淬火处理和回火处理，淬火介质采用油，淬火处理温度历程为：用三小时由室温匀速升温至400℃，接着用两小时由400℃匀速升温至至600℃，接着用30分钟由600℃匀速率升温至950℃，在950℃保温300分钟，使用30分钟采用油淬降温至室温；回火处理温度历程为：用3小时从室温匀速升温至300℃，接着用30分钟由300℃升温至430℃，在430℃保温3.5小时，炉内冷却至室温。