CN105803340B - 一种耐磨铸钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种耐磨铸钢由以下成分及质量百分含量组成：C：0.60～0.85％，Cr：5.8～6.3％，Si：0.6～0.8％，Mn：0.6～0.8％，Al：0.025～0.045％，B：0.003～0.005％，Ti：0.001～0.003％，S＜0.03％，P＜0.04％，Mo：0.2～0.3％和Ni：0.3～0.4％，余量Fe及不可避免的杂质元素。其制备方法由以下步骤组成：根据成分要求，按比例将合金原料置于中频感应炉熔炼，当钢水温度达到1550～1600℃，保持5～10分钟；将钢水注入浇包，钢包底加入0.2～0.4%的Al‑1Ti‑5B合金，当钢水温度降至1450～1500℃时，将钢水浇入铸型，即获得耐磨铸钢件；将耐磨铸钢件进行热处理。本发明的耐磨铸钢兼具强韧和耐磨的耐磨铸钢。

Description

一种耐磨铸钢及其制备方法
技术领域
本发明属于耐磨铸钢领域，尤其涉及耐磨耐磨铸钢及其制备方法。
背景技术
耐磨合金材料广泛应用于电力、冶金、水泥、建材、化工等工业装备关键部件，承受磨料磨损，大部分还承受介质的冲击，如板锤、磨辊、锤头、衬板等，年需求量近400万吨，国外仅美国年需求量1200亿美元，需求量巨大。要求耐磨铸钢既要有高的耐磨性，同时要有高的强韧性。目前，常用耐磨材料有高锰钢、高铬铸铁及非锰系耐磨铸钢，高锰钢具有高韧性，但耐磨性较差；高铬铸铁耐磨性好但韧性低；非锰系耐磨铸钢以铬系耐磨铸钢居多，可选择的材料范围宽泛，性能差别大，如C：0.2～0.5％，Cr：1～4％及C：1.0～1.5％，Cr：10～13％两类材料，前者强韧性比后者好，耐磨性较差；耐磨性后者比前者好，但存在安全性问题，难以同时兼顾耐磨性和强韧性。因此开发兼具强韧耐磨的耐磨铸钢及制备方法意义重大。
JP2002294395A公开了一种耐磨低合金铸钢，其主要化学成分为：C：0.35～0.42％，Si：1.5～2.0％，Mn：0.8～1.5％，Cr：1.8～2.2％，Mo：0.3～0.4％，Al：0.01％，Zr：0.05～0.20％。回火温度300℃以下时，其V型缺口的冲击值到达10J/cm2以上，硬度达到55HRC以上。该发明虽然具有较高的硬度和韧性，但由于C、Cr含量低不能形成高耐磨性的硬质点(Cr、Fe)7C3型碳化物，因而耐磨性低。
CN1560311公开了一种耐磨铸钢及其制备方法。耐磨铸钢含有C：0.2～0.35、Si：0.6～1.0、Mn：0.8～1.2、Ni：0.2～0.6、Cr：0.6～1.2、Mo：0.15～0.35。其制法包括冶炼、铸造和热处理。冶炼：在钢液溶化1/5～2/5时放入铬、镍、钼，出炉前5～15分钟投入锰、硅，然后投入脱氧剂；热处理：铸造成型铸件正火910～930℃，保温2小时出炉空冷，淬火860～900℃保温1.5小时后出炉水淬，水温30℃以下，回火210～230℃，保温2～2.5小时，出炉空冷。同样，该发明由于C、Cr含量低耐磨性低，同时采用水淬热处理工艺对于形状复杂的铸件易产生裂纹，对大型铸件淬透性差。
CN102978537A公开了一种耐磨铸钢，其合金元素包括锰、碳、硅、铬、钼、镍、铁七种，其中锰1～2％、碳0.5～1％、硅0.5～1％、铬1.1～3％、钼0.5～1.5％、镍0.5～1.2％，余量为铁。该发明形成Fe3C型碳化物，硬度低对耐磨性提高贡献低，而且在高碳范围形成的Fe3C型碳化物易网状分布韧性低。
CN103498092B公开了一种耐磨铸钢的制备方法，其组成及其质量分数为C：0.60～0.85％，Cr：12.0～15.0％，Si：0.8～1.2％，Mn：0.3～0.5％，Mo：0.8～1.2％，Ni：1.0～1.2％，N：0.15～0.22％，S＜0.03％，P＜0.04％，余量Fe。当上述多元合金铸钢的钢水温度达到1580～1600℃，依次加入硅铁、金属铝、硼铁和钛铁，然后将钢水升温至1610～1630℃后出炉，加入稀土镁硅铁、硅钙钡铝合金和钒铁进行微合金化处理。该发明C、Cr的成分设计可获得硬质点(Cr、Fe)7C3型碳化物，但成网状分布强韧性低。
发明内容
本发明目的在于提供一种兼具强韧和耐磨的耐磨铸钢。
本发明的另一个目的是提供一种所述耐磨铸钢的制备方法。
本发明所述的耐磨铸钢由以下成分及质量百分含量组成：C：0.60～0.85％，Cr：5.8～6.3％，Si：0.6～0.8％，Mn：0.6～0.8％，Al：0.025～0.045％，B：0.003～0.005％，Ti：0.001～0.003％，S＜0.03％，P＜0.04％，Mo：0.2～0.3％和Ni：0.3～0.4％，余量Fe及不可避免的杂质元素。
本发明所述的耐磨铸钢制备方法由以下步骤组成：
1）根据成分要求，按比例将合金原料置于中频感应炉熔炼，当钢水温度达到1550～1600℃，保持5～10分钟；将钢水注入浇包，钢包底加入0.2～0.4%的Al-1Ti-5B合金，当钢水温度降至1450～1500℃时，将钢水浇入铸型，即获得耐磨铸钢件；
2）热处理：铸件预处理温度1050～1100℃，保温4～6h后空冷，然后在600～700℃回火处理，保温6～10h后空冷至室温；铸件淬火加热温度950～980℃，保温2～4h后空冷，然后在380～420℃，保温6～10h空冷至室温。
C是耐磨铸钢强化和形成碳化物元素，一部分C固溶于基体，使其具有一定的强度和硬度，一部分C与Cr形成硬质点碳化物有利于耐磨性提高，C太低，基体固溶量和碳化物含量少，强度和耐磨性低；C太高，固溶于基体含量高形成针状马氏体，韧性低，综合考虑本发明C选择0.70～0.95％。
Cr是耐磨铸钢主要元素之一，固溶于基体中的Cr有利于提高强度和淬透性；在一定C含量下形成高硬质点(Cr、Fe)7C3型碳化物，提高耐磨性；为形成均匀分布的(Cr、Fe)7C3型碳化物，Cr/C需大于4，否则形成(Fe、Cr)3 C型碳化物对耐磨性提高有限，但Cr不能太高，否则易形成网状(Cr、Fe)7C3型碳化物，韧性低。综合考虑本发明C选择5.0～6.0％。
Mo和Ni提高耐磨铸钢强度和淬透性，Mo提高强度同时不降低韧性，Ni提高韧性。
用Al-1Ti-5B脱氧，同时TiB2可细化晶粒，可提高耐磨铸钢的强韧性。
由于本发明耐磨铸钢合金成分及碳含量高，在凝固冷却过程中易产生成分偏聚，因此，高温固溶预处理能使铸态组织、成分均匀，但固溶处理奥氏体晶粒粗大。为了细化固溶处理获得的粗大奥氏体晶粒，600～700℃回火可使铸态组织全部转变为细片珠光体，然后空冷，这样可以获得细片珠光体为基体的原始组织；最终热处理采用950～980℃淬火、380～420℃中温回火，获得马氏体-贝氏体-奥氏体混合组织基体及其均匀分布的(Cr、Fe)7C3型碳化物，耐磨铸钢获得高的强韧性和耐磨性。
具体实施方式
实施例1
本实施例耐磨铸钢成分及质量百分含量为：C：0.65％，Cr：5.9％，Si：0.7％，Mn：0.7％，Al：0.03％，B：0.0035％，Ti：0.0015％，S＜0.03％，P＜0.04％，Mo：0.25％和Ni：0.35％，余量Fe及不可避免的杂质元素；
耐磨铸钢制备步骤如下：
1）根据成分要求，按比例将合金原料置于中频感应炉熔炼，当钢水温度达到1580℃，保持7分钟；将钢水注入浇包，钢包底加入0.25％的Al-1Ti-5B合金，当钢水温度降至1480℃时，将钢水浇入铸型，经开箱、清砂即获得耐磨铸钢件；
2）热处理：铸件预处理温度1060℃，保温5h后空冷，然后在630℃回火处理，保温7h后空冷至室温；铸件淬火加热温度975℃，保温3h后空冷，然后在390℃，保温7h空冷至室温。
实施例2
本实施例耐磨铸钢成分及质量百分含量为：C：0.75％，Cr：6.0％，Si：0.7％，Mn：0.7％，Al：0.03％，B：0.0035％，Ti：0.0015％，S＜0.03％，P＜0.04％，Mo：0.25％和Ni：0.35％，余量Fe及不可避免的杂质元素。
耐磨铸钢制备步骤如下：
1）根据成分要求，按比例将合金原料置于中频感应炉熔炼，当钢水温度达到1570℃，保持8分钟；将钢水注入浇包，钢包底加入0.25％的Al-1Ti-5B合金，当钢水温度降至1470℃时，将钢水浇入铸型，经开箱、清砂即获得耐磨铸钢件；
2）热处理：铸件预处理温度1070℃，保温5h后空冷，然后在650℃回火处理，保温8h后空冷至室温；铸件淬火加热温度965℃，保温3h后空冷，然后在400℃，保温7h空冷至室温。
实施例3
本实施例耐磨铸钢成分及质量百分含量为：C：0.82％，Cr：6.2％，Si：0.7％，Mn：0.7％，Al：0.03％，B：0.0035％，Ti：0.0015％，S＜0.03％，P＜0.04％，Mo：0.25％和Ni：0.35％，余量Fe及不可避免的杂质元素。
耐磨铸钢制备步骤如下：
1）根据成分要求，按比例将合金原料置于中频感应炉熔炼，当钢水温度达到1560℃，保持9分钟；将钢水注入浇包，钢包底加入0.25％的Al-1Ti-5B合金，当钢水温度降至1460℃时，将钢水浇入铸型，经开箱、清砂即获得耐磨铸钢件；
2）热处理：铸件预处理温度1080℃，保温5h后空冷，然后在680℃回火处理，保温9h后空冷至室温；铸件淬火加热温度955℃，保温3h后空冷，然后在410℃，保温8h空冷至室温。
实施例的耐磨铸钢的力学性能见表1。
表1 本发明实施例的耐磨铸钢力学性能
*相对耐磨性：以Cr15高铬铸铁磨损量作为参照基数，其它材料磨损量与其对比，数字越大耐磨性越高。

Claims (2)

1.一种耐磨铸钢，其特征是由以下成分及质量百分含量组成：C：0.60～0.85％，Cr：5.8～6.3％，Si：0.6～0.8％，Mn：0.6～0.8％，Al：0.025～0.045％，B：0.003～0.005％，Ti：0.001～0.003％，S＜0.03％，P＜0.04％，Mo：0.2～0.3％和Ni：0.3～0.4％，余量Fe及不可避免的杂质元素；
所述耐磨铸钢基体为马氏体-贝氏体-奥氏体混合组织；
所述的耐磨铸钢的制备方法由以下步骤组成：
1）根据成分要求，按比例将合金原料置于中频感应炉熔炼，当钢水温度达到1550～1600℃，保持5～10分钟；将钢水注入浇包，浇包底加入0.2～0.4%的Al-1Ti-5B合金，当钢水温度降至1450～1500℃时，将钢水浇入铸型，即获得耐磨铸钢件；
2）热处理：铸件预处理温度1050～1100℃，保温4～6h后空冷，然后在600～700℃回火处理，保温6～10h后空冷至室温；铸件淬火加热温度950～980℃，保温2～4h后空冷，然后在380～420℃，保温6～10h空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的耐磨铸钢的制备方法，其特征是由以下步骤组成：
1）根据成分要求，按比例将合金原料置于中频感应炉熔炼，当钢水温度达到1550～1600℃，保持5～10分钟；将钢水注入浇包，浇包底加入0.2～0.4%的Al-1Ti-5B合金，当钢水温度降至1450～1500℃时，将钢水浇入铸型，即获得耐磨铸钢件；
2）热处理：铸件预处理温度1050～1100℃，保温4～6h后空冷，然后在600～700℃回火处理，保温6～10h后空冷至室温；铸件淬火加热温度950～980℃，保温2～4h后空冷，然后在380～420℃，保温6～10h空冷至室温。
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