CN106011398A - 低合金耐磨钢的热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低合金耐磨钢的热处理工艺，包括以下步骤：将熔炼获得的钢材料加热至820‑880℃进行奥氏体化处理；钢材料进行等温淬火；钢材料在高于Ms点以上的温度保温，Ms点以上的温度即330‑390℃之间的某一温度，进行碳配分处理；钢材料进行回火处理。本发明通过淬火‑碳配分‑回火工艺的配合，有效地改善了渗碳层的组织和性能，在保证硬度的前提下增加了钢的韧性，克服了工件易断裂、磨损量大的问题。

Description

低合金耐磨钢的热处理工艺
技术领域
本发明涉及炼钢技术领域，特别是一种高强韧性低合金耐磨钢的热处理工艺。
背景技术
低合金耐磨钢是合金成分总含量在5%以下的钢，其合金元素主要有硅、锰、铬、镍、钼等，合金元素在低合金耐磨钢中主要是起提高淬透性和淬硬性的作用。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。
低合金耐磨钢主要应用于工作条件恶劣的工程、采矿、建筑、农业、水泥生产等机械设备上，如挖掘机、装载机、推土机等。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。用户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，从而导致强烈冲击条件下工件断裂、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。而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。由此可见，在保证低合金耐磨钢硬度的前提下提高其冲击韧性，对提高工件使用寿命和降低成本具有重要的经济意义。
发明内容
本发明提供了一种低合金耐磨钢的热处理工艺，可在保证低合金耐磨钢硬度的前提下提高其冲击韧性。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种低合金耐磨钢的热处理工艺，包括以下步骤：
S1.将熔炼获得的钢材料进行奥氏体化处理；
S2.钢材料进行等温淬火；
S3.钢材料在高于Ms点以上的温度保温，所述Ms点以上的温度即330-390℃之间的某一温度，进行碳配分处理；
S4.钢材料进行回火处理。
本发明在淬火和回火工艺之间增加了碳配分处理，能改善渗碳层的组织和性能。
优选的，所述步骤S2中，等温淬火所用的介质为硝酸盐；更优选的，等温淬火所用的介质为KNO3和NaNO3的混合物，KNO3的质量分数为40~50%，余量为NaNO3；其中，以，KNO3的质量百分比为50%、余量为NaNO3的配比为最佳。
优选的，等温淬火温度为235-290℃，保温时间为1-5min。
优选的，所述步骤S3中，碳配分在盐浴炉中进行，所用的介质为硝酸盐。更优选的，碳配分所用的介质为NaNO3。
优选的，所述步骤S3中，碳配分保温时间为1-10min，
优选的，所述步骤S4中，回火温度为290-350℃，保温时间为30-90min。
以上所述的热处理工艺应用于以下低合金耐磨钢材料为最佳：低合金耐磨钢钢材料的熔炼过程包括：准备好炼钢用的原料，控制钢材料的组成及其质量分数为：C:0.35-0.45%、Si:1.20-1.60%、Mn:1.00-1.40%、Cr:0.70-0.90%、Mo:0.15-0.25%、Cu:0.40-0.60%、Re:0.05-0.10%、P:0-0.025%、S:0-0.025%，其余为Fe和不可避免的杂质，用碱性感应炉熔制。
本发明采用合适配比的硝酸盐作为介质淬火，在冷却过程中，高温阶段冷却速度快，低温阶段冷却速度慢，有利于获得马氏体，避免了钢材料由于冷却不均匀而产生变形、裂开等现象。
本发明在淬火和回火工艺之间增加了碳配分处理，且采用硝酸盐作为碳配分的介质，保证了碳配分的过程中加热温度均匀，从而使马氏体中过饱和的碳能均匀的扩散到奥氏体中，对奥氏体富碳，得到稳定的马氏体和残留奥氏体组织，提高了残留奥氏体的机械稳定性和抗冲击性，从而保证钢材料保持有较好的表面硬度。经回火处理后，内部的奥氏体开始进行向贝氏体等温转变，通过对保温温度和时间进行有效的控制，实现奥氏体向贝氏体的等温转变，内部的奥氏体逐渐地转变为下贝氏体，贝氏体组织均匀细小，同时富碳的残留奥氏体稳定至室温，可确保钢材料内部结构具备良好的韧性。
本发明通过淬火-碳配分-回火工艺的配合，有效地改善了渗碳层的组织和性能，在保证硬度的前提下增加了钢的韧性，克服了工件易断裂、磨损量大的问题。通过本发明的工艺处理后的低合金耐磨钢冲击韧性好，硬度高，能满足不同工况的使用条件。
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
预先熔炼获得低合金耐磨钢材料，低合金耐磨钢材料由1t碱性感应炉熔制，化学成分和质量分数为：C: 0.38%、Si:1.25%、Mn:1.10%、Cr:0.77%、Mo:0.18%、Cu:0.50%、Re:0.08%、P：0-0.025%、S：0-0.025%，其余为Fe和不可避免的杂质。
S1.进行奥氏体化处理，温度为850℃，时间为50min。
S2.在盐浴炉中等温淬火，盐浴以50%KNO3+50%NaNO3为介质，温度为290℃，保温时间1min。
S3.在盐浴炉中进行碳配分处理，配分温度为360℃，以100%NaNO3的为介质，保温时间为1min。
S4.进行回火处理，回火温度为320℃，在电阻炉中进行保温，保温时间为60min。
将经热处理工艺后获得的低合金耐磨钢，经取样处理后，用扫描电镜和XRD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，残留奥氏体含量为6.2%，这种组织分布表面强度高、硬度好、耐磨，心部组织韧性好。经测试其性能，测试结果为：表面硬度45-49HRC；冲击韧性达25-30J/cm2。
实施例2
预先熔炼获得低合金耐磨钢材料，低合金耐磨钢材料由1t碱性感应炉熔制，化学成分和质量分数为：C: 0.38%、Si:1.25%、Mn:1.10%、Cr:0.77%、Mo:0.18%、Cu:0.50%、Re:0.08%、P：0-0.025%、S：0-0.025%，其余为Fe和不可避免的杂质。
S1.进行奥氏体化处理，温度为830℃，时间为55min。
S2.在盐浴炉中等温淬火，盐浴以50%KNO3+50%NaNO3为介质，温度为260℃，保温时间5min。
S3.在盐浴炉中进行碳配分处理，配分温度为330℃，以100%NaNO3的为介质，保温时间为5min。
S4.进行回火处理，回火温度为300℃，在电阻炉中进行保温，保温时间为90min。
将经热处理工艺后获得的低合金耐磨钢，经取样处理后，用扫描电镜和XRD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，残留奥氏体含量达到8.1%。这种组织分布表面强度高、硬度好、耐磨，心部组织韧性好。经测试其性能，测试结果为：表面硬度50-55HRC；冲击韧性达30-35J/cm2。
实施例3
预先熔炼获得低合金耐磨钢材料，低合金耐磨钢材料由1t碱性感应炉熔制，化学成分和质量分数为：C: 0.38%、Si:1.25%、Mn:1.10%、Cr:0.77%、Mo:0.18%、Cu:0.50%、Re:0.08%、P：0-0.025%、S：0-0.025%，其余为Fe和不可避免的杂质。
S1.进行奥氏体化处理，温度为880℃，时间为48min。
S2.在盐浴炉中等温淬火，盐浴以50%KNO3+50%NaNO3为介质，温度为240℃，保温时间3min。
S3.在盐浴炉中进行碳配分处理，配分温度为390℃，以100%NaNO3的为介质，保温时间为3min。
S4.进行回火处理，回火温度为350℃，在电阻炉中进行保温，保温时间为40min。
将经热处理工艺后获得的低合金耐磨钢，经取样处理后，用扫描电镜和XRD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，残留奥氏体含量达到6.0%。这种组织分布表面强度高、硬度好、耐磨，心部组织韧性好。经测试其性能，测试结果为：表面硬度43-47HRC；冲击韧性达23-28J/cm2。

Claims (10)

1.一种低合金耐磨钢的热处理工艺，其特征在于包括以下步骤：
S1.将熔炼获得的钢材料加热至820-880℃进行奥氏体化处理；
S2.钢材料进行等温淬火；
S3.钢材料在高于Ms点以上的温度保温，所述Ms点以上的温度即330-390℃之间的某一温度，进行碳配分处理；
S4.钢材料进行回火处理。
2.根据权利要求1所述的低合金耐磨钢的热处理工艺，其特征在于：
所述步骤S2中，等温淬火所用的介质为硝酸盐。
3.根据权利要求1所述的低合金耐磨钢的热处理工艺，其特征在于：
所述步骤S2中，等温淬火温度为235-290℃，保温时间为1-5min。
4.根据权利要求1所述的低合金耐磨钢的热处理工艺，其特征在于：
所述步骤S3中，碳配分在盐浴炉中进行，所用的介质为硝酸盐。
5.根据权利要求1所述的低合金耐磨钢的热处理工艺，其特征在于：
所述步骤S3中，碳配分保温时间为1-10min。
6.根据权利要求1所述的一种低合金耐磨钢的热处理工艺，其特征在于：
所述步骤S4中，回火温度为290-350℃，保温时间为30-90min。
7.根据权利要求2所述的低合金耐磨钢的热处理工艺，其特征在于：
等温淬火所用的介质为KNO3和NaNO3的混合物，KNO3的质量分数为40~50%，余量为NaNO3。
8.根据权利要求4所述的低合金耐磨钢的热处理工艺，其特征在于：
碳配分所用的介质为NaNO3。
9.根据权利要求2或7所述的低合金耐磨钢的热处理工艺，其特征在于：
等温淬火所用的介质为KNO3和NaNO3的混合物，KNO3的质量百分比为50%，余量为NaNO3。
10.根据权利要求1所述的低合金耐磨钢的热处理工艺，其特征在于：
所述步骤S1中，钢材料的熔炼过程包括：准备好炼钢用的原料，控制钢材料的组成及其质量分数为： C:0.35-0.45%、Si:1.20-1.60%、Mn:1.00-1.40%、Cr:0.70-0.90%、Mo:0.15-0.25%、Cu:0.40-0.60%、Re:0.05-0.10%、P:0-0.025%、S:0-0.025%，其余为Fe和不可避免的杂质，用碱性感应炉熔制。
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GR01 Patent grant
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EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20161012

Assignee: Guilin Jialong Machinery Manufacturing Co.,Ltd.

Assignor: GUILIN University OF ELECTRONIC TECHNOLOGY

Contract record no.: X2022450000354

Denomination of invention: Heat Treatment Process of Low Alloy Wear Resistant Steel

Granted publication date: 20180123

License type: Common License

Record date: 20221219

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