CN105568165A - 高强韧性低合金耐磨钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强韧性低合金耐磨钢及其制备方法，高强韧性低合金耐磨钢，其成分的质量百分数为：C:0.40-0.60、Si:0.60-1.2、Mn:0.30-1.0、Cr:0.25-0.35、Mo:0.15-0.25、Cu:0.40-0.60、Re:0.10-0.15、P：0-0.025、S：0-0.025，其余为Fe和不可避免的杂质。其制备方法中的热处理工艺为液淬带温等温淬火热处理工艺，包括：1）将铸造所得的铸件加热到820-860℃进行奥氏体化；2）铸件放入淬火介质中淬火；3）待铸件表面温度冷却至200-320℃时取出；4）将铸件带温立即转入260-330℃保温炉中进行贝氏体等温转变，转变时间1-2h,然后取出空冷。所得的工件贝氏体组织细小，里层组织为下贝氏体，心部组织为上贝氏体加下贝氏体。这种组织分布表面强度高、硬度好、耐磨，心部组织韧性好。特别适宜于斗齿、曲轴等。
Description
技术领域
本发明涉及一种低合金耐磨钢，特别是涉及一种贝氏体/马氏体复相高强韧性低合金耐磨钢及其制备方法。
背景技术
工作条件恶劣的工程、采矿、建筑、农业、水泥生产等机械设备，如挖掘机、装载机、推土机等，其对用钢不仅需要较高的硬度来抵抗磨损还需要有一定的耐冲击能力。根据不同的使用条件，对耐磨钢产品性能的需求也存在差异，应采用具有不同硬度和韧性配合的耐磨钢来实现延长机械设备使用寿命的目的。目前低合金耐磨钢在生产中通常冲击韧性较低且不稳定，从而导致冲击条件下钢板易断裂、耐磨性能差等问题。现有技术中低合金耐磨钢的生产主要通过淬火来提高钢板硬度，而淬火后钢板往往得到了较高的硬度，却得不到较好的冲击韧性。回火后，低温回火对韧性改善不明显，中温回火又会产生回火脆性，高温回火后冲击韧性会有明显提高但硬度又得不到保证。
低合金耐磨钢是很有发展前途的一类耐磨材料，具有良好的综合性能，合金含量低，价格较低，生产灵活方便。由于其化学成分、热处理工艺可在很大范围内变化，最终产品的机械性能指标差距很大，硬度为40-60HRC，冲击韧性为10-100J/cm2，因此可根据易损件的应用工况条件，分析其主要磨损机制，优化和选择合金钢的化学成分和机械性能，从而达到最经济合理的选用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高强韧性低合金耐磨钢，要求其金相组织合理，材料综合性能优异，硬度高，耐磨性好，冲击韧性高，使用寿命长。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明所述的高强韧性低合金耐磨钢，其成分的质量百分数为：C:0.40-0.60、Si:0.60-1.2、Mn:0.30-1.0、Cr:0.25-0.35、Mo:0.15-0.25、Cu:0.40-0.60、Re:0.10-0.15、P：0-0.025、S：0-0.025，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提供一种高强韧性低合金耐磨钢的制备方法。
该制备方法，包括铸造工艺和热处理工艺。
所述的铸造工艺包括：用碱性感应炉熔制，金属炉料包括炼钢用生铁、回炉碳素钢、硅铁、铬铁、钼铁、废铜、稀土（Re，全部稀土元素中的一种或多种），其中的铁合金（硅铁、铬铁、钼铁）打碎后加入，粒度为10-20mm，按配方计算投料，采用消失模铸造，浇注温度1560-1600℃，浇筑完成后待铸件冷却到800-900℃时取出进行空冷至室温。
所述的热处理工艺步骤包括：
1）将铸造所得的铸件加热到820-860℃进行奥氏体化；
2）铸件放入淬火介质中淬火；
3）待铸件表面温度冷却至200-320℃时取出；
4）将铸件带温立即转入260-330℃保温炉中进行贝氏体等温转变，转变时间1-2h,然后取出空冷。
本发明的有益效果是：奥氏体化后的铸件放入淬火介质中淬火，当其表面温度到一定温度时，就将铸件从淬火介质中取出，铸件在淬火介质中时，铸件应在C曲线鼻尖附近的温度范围内快冷，使奥氏体不发生珠光体转变。从淬火介质取出后快速放入保温炉中进行保温，以实现等温转变。
铸件从淬火介质中取出时的温度称为出液温度。出液温度需小于Ms温度，这是因为当高温奥氏体化的铸件快速淬入Ms点以下低温介质中，会产生许多小晶核，这些晶核是从面心立方母相中转变而来的体心立方，这种体心立方核胚可以作为贝氏体或马氏体的核心，但是要成为马氏体核心，必须提供较高的能量，需要更大的驱动力，因为Ms以下的淬火时间是短暂的，不可能提供足够大的动力，核胚来不及长大，也不可能形成大量马氏体，这些核胚和少量的马氏体在随后的Ms以上等温转变中，为贝氏体的形成提供了核心和基底，从而细化了贝氏体组织，加快了贝氏体相变速度，缩短了相变时间，因此硬度和韧性都较高。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进和选择。
进一步，在热处理工艺步骤1），加热升温速度为每分钟<5℃。
进一步，在热处理工艺步骤2），所述的淬火用淬火介质为有机溶液、无机水溶液、油类或水。作为优选，在热处理工艺步骤2），淬火介质为浓度5-10%PAG淬火液。
PAG淬火介质冷却速度介于N32机械油和水之间，相比于水可避免淬裂等情况的发生，相比于油可提高硬度和强度。同时PAG淬火介质生产成本低，无闪点，不燃烧，无毒无气味，属于清洁环保产品。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
低合金耐磨钢的化学成分百分数为：C:0.52%、Si:1.20%、Mn:1.0%、Cr:0.30%、Mo:0.20%、Cu:0.50%、Re:0.10%、P：0.025%、S：0.025%，其余为Fe和不可避免的杂质。
用1t碱性感应炉熔炼。金属炉料为炼钢用生铁、回炉碳素钢、硅铁、铬铁、钼铁、废铜、稀土（Re，全部稀土元素中的一种或多种），其中的铁合金（硅铁、铬铁、钼铁）打碎后加入，粒度为10-20mm，按上述配方计算投料。采用消失模铸造，浇注温度1560-1600℃，浇注完成后待铸件冷却到800-900℃时扒出去壳进行空冷至室温。
然后，将铸件在加热设备中以每分钟4℃的速度升温至850℃进行奥氏体化，然后将铸件取出放入8%PAG淬火介质中淬火，当铸件表面温度冷却至为250℃时取出，迅速放入保温炉中，保温温度300℃，保温时间1h，随后取出空冷。
将得到的铸件经取样处理后，用扫描电镜分析，表面组织为15%-25%的马氏体加下贝氏体加合金碳化物，贝氏体组织细小，里层组织为下贝氏体，心部组织为上贝氏体加下贝氏体。这种组织分布表面强度高、硬度好、耐磨，心部组织韧性好。测试结果为：表面硬度HRC49-53；冲击韧性达35-40J/cm2。
实施例2
低合金耐磨钢的化学成分百分数为：C:0.4%、Si:0.6%、Mn:0.3%、Cr:0.25%、Mo:0.15%、Cu:0.40%、Re:0.10%、P：0%、S：0%，其余为Fe和不可避免的杂质。
用1t碱性感应炉熔炼。金属炉料为炼钢用生铁、回炉碳素钢、硅铁、铬铁、钼铁、废铜、稀土（Re，全部稀土元素中的一种或多种），其中的铁合金（硅铁、铬铁、钼铁）打碎后加入，粒度为10-20mm，按上述配方计算投料。采用消失模铸造，浇注温度1560-1600℃，浇注完成后待铸件冷却到800-900℃时扒出去壳进行空冷至室温。
然后，将铸件在加热设备中以每分钟2℃的速度升温至820℃进行奥氏体化，然后将铸件取出放入10%PAG淬火介质中淬火，当铸件表面温度冷却至为300℃时取出，迅速放入保温炉中，保温温度260℃，保温时间2h，随后取出空冷。
将得到的铸件经取样处理后，用扫描电镜分析，表面组织为15%-25%的马氏体加下贝氏体加合金碳化物，贝氏体组织细小，里层组织为下贝氏体，心部组织为上贝氏体加下贝氏体。这种组织分布表面强度高、硬度好、耐磨，心部组织韧性好。测试结果为：表面硬度HRC50-55；冲击韧性达32-38J/cm2。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高强韧性低合金耐磨钢，其成分的质量百分数为：C:0.40-0.60、Si:0.60-1.2、Mn:0.30-1.0、Cr:0.25-0.35、Mo:0.15-0.25、Cu:0.40-0.60、Re:0.10-0.15、P：0-0.025、S：0-0.025，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.权利要求1所述的高强韧性低合金耐磨钢的制备方法，包括铸造工艺和热处理工艺，其特征在于：
所述的铸造工艺包括：用碱性感应炉熔制，金属炉料包括炼钢用生铁、回炉碳素钢、硅铁、铬铁、钼铁、废铜、稀土，其中的铁合金打碎后加入，粒度为10-20mm，按配方计算投料，采用消失模铸造，浇注温度1560-1600℃，浇筑完成后待铸件冷却到800-900℃时取出进行空冷至室温；
所述的热处理工艺步骤包括：
1）将铸造所得的铸件加热到820-860℃进行奥氏体化；
2）铸件放入淬火介质中淬火；
3）待铸件表面温度冷却至200-320℃时取出；
4）将铸件带温立即转入260-330℃保温炉中进行贝氏体等温转变，转变时间1-2h,然后取出空冷。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：在热处理工艺步骤1），加热升温速度为每分钟<5℃。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：在热处理工艺步骤2），所述的淬火用淬火介质为有机溶液、无机水溶液或油类。
5.根据权利要求2或4所述的制备方法，其特征在于：在热处理工艺步骤2），淬火介质为浓度5-10%PAG淬火液。
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