CN107217212B - 一种高强韧耐磨鄂板用贝氏体钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强韧耐磨鄂板用贝氏体钢及其制备方法，目的在于解决现有的中大型贝氏体钢耐铸件用作大尺寸的颚式破碎机用鄂板时，存在耐磨性差、容易发生界面偏析的问题。本发明的目的之一在于提供一种耐磨性能优良的高强韧鄂板用贝氏体钢，本发明的目的之二在于提供一种耐磨性能优良的高强韧鄂板用贝氏体钢的制备方法。本发明通过合适的成分和制备方法设计，最终获得“贝氏体+马氏体”复相组织，在保持高硬度的同时具有良好的韧性匹配。

Description

一种高强韧耐磨鄂板用贝氏体钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料领域，尤其是低合金高强钢领域，具体为一种高强韧耐磨鄂板用贝氏体钢及其制备方法。本发明的制备方法，工艺简单，易于操作，流程短，能够满足工业化大规模生产的需要。同时，本发明的高强韧贝氏体钢能够用于耐磨鄂板的制备，具有较好的效果。

背景技术

作为广泛使用的破碎机械，颚式破碎机在矿山、冶金、建材等行业中占有举足轻重的作用，其使用效率高低受到业界的广泛关注。而其使用效率的高低与其构成中的最主要易磨损零件—颚板的性能质量紧密相关。鄂板在使用过程中受到冲击、挤压、磨损等的综合作用，服役工况恶劣，因此，要求其具有硬度、韧性和耐磨性等的优良综合匹配。

目前颚式破碎机用鄂板基本上都是通过铸造生产而成，所用材质包括高锰钢、高铬铸铁和中高碳低合金钢等。

其中，高锰钢鄂板具有良好的韧性和高应变硬化能力，但高锰钢的初始硬度低(～HRC20)，其高应变硬化优势需在足够强度的外来冲击条件下才能体现。而鄂板由于服役过程中受力复杂，在很多情况下其表层无法通过外来冲击得到足够硬化，表面易于受到流变和被切削，从而导致高锰钢鄂板无法发挥出该种优势，使用寿命不长。

而高铬铸铁鄂板虽然硬度高，但韧性很差，冲击功通常Akv＜4J，很容易在使用过程中因物料冲击或挤压而产生开裂或直接破碎。近年来也有将高铬铸铁镶铸于高锰钢表面组成的复合鄂板，将高铬铸铁的高耐磨性和高锰钢的高韧性有机结合，大大延长了鄂板的使用寿命。但是，这种复合鄂板的制造工艺复杂、工艺要求严格、制造难度大，导致其使用受到了限制。

中高碳低合金铸钢鄂板具有良好的硬度与韧性匹配(HRC≥45，Akv≥15J)，可抵抗物料的切削作用和物料反复挤压引起的疲劳剥落，表现出良好的耐磨性能，得到了广泛关注。但是，该类鄂板中常需加入昂贵的合金元素Ni和Mo，导致其合金成本和价格较高，使用受到限制。可见，开发成本低、生产工艺简单，具有良好硬度与韧性匹配的高性价比材料成为了鄂板研发的一个重点方向。

申请号为201510730009.2，名称为“一种中大型贝氏体钢耐磨铸件及其制备工艺”的专利，以廉价的C、Si、Mn、Cr为主要合金元素，获得了HRC＞45、Akv＞20J的贝氏体钢铸件，其耐磨性能和性价比良好。但是，该专利涉及的钢种多适用于制造尺寸中大型的贝氏体钢铸件，当用于大尺寸的颚式破碎机用鄂板时，由于鄂板的厚度高、体积大(≥800Kg)，上述专利涉及的钢种不具备足够淬透性，无法保证鄂板充分的硬度层深，从而导致鄂板耐磨性较差。此外，由于鄂板尺寸和体积大，钢液在浇注时凝固时间长，容易产生界面偏析等缺陷而不利于鄂板的韧性，容易产生裂纹(可通过添加Ce元素，净化晶界，减少界面偏析程度)。并且，上述专利中工件的淬火热处理过程相对复杂(出炉空冷到低于800℃进行间隙式复合淬火至高于100℃，用高于180℃保温炉保温4h以上；或出炉空冷至650～750℃进行间隙式水淬至180℃出水，再入280℃保温炉保温4h以上)，针对大尺寸的鄂板而言操作难度较大。

因此，为解决目前颚式破碎机用鄂板研发过程中存在的缺陷与不足，本发明公开一种高强韧耐磨鄂板用贝氏体钢及其制备方法。更具体地，本发明提供一种高强韧贝氏体钢耐磨鄂板及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有的中大型贝氏体钢耐铸件用作大尺寸的颚式破碎机用鄂板时，存在耐磨性差、容易发生界面偏析的问题，提供一种高强韧耐磨鄂板用贝氏体钢及其制备方法。本发明的目的之一在于提供一种耐磨性能优良的高强韧鄂板用贝氏体钢，本发明的目的之二在于提供一种耐磨性能优良的高强韧鄂板用贝氏体钢的制备方法。

本发明通过合适的成分和制备方法设计，最终获得“贝氏体+马氏体”复相组织，在保持高硬度的同时具有良好的韧性匹配。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高强韧耐磨鄂板用贝氏体钢，包括如下质量百分比的组分：C：0.20～0.40wt％；Mn：1.50～2.80wt％；Si：0.10～1.80wt％；Cr：0.50～1.50wt％；P≤0.20wt％；S≤～0.020wt％；B：0.0001～0.0020％；其余为Fe及不可避免的杂质元素。

还包括如下质量百分比的组分：Ce：0.01～0.020wt％。

该贝氏体钢的显微组织主要为贝氏体、马氏体混合组织。

本发明中，碳元素C：钢中典型的强硬化元素，能同时提高钢的强度和淬透性；锰元素Mn：大大增加钢种淬透性，显著延缓高温区珠光体型转变，而对低温区贝氏体转变的影响较小，达一定含量时可将钢种CCT曲线的珠光体转变区和贝氏体转变区分离，另外，有固溶强化作用，增加钢种强度和硬度；硅元素Si：可抑制碳化物析出，使得显微组织中容易产生部分韧性相对较好的残余奥氏体，从而有利于钢种韧性的提高；铬元素Cr：能提高钢种的淬透性，同时具有固溶强化的作用；铈元素Ce：可起到明显的界面净化作用，有利于提高钢种的断裂抗力，增强韧性；硼元素B：强烈提高钢种的淬透性，保证钢种的淬硬层深度。

前述高强韧耐磨鄂板用贝氏体钢的制备方法，包括如下步骤：

(1)准备工序

按质量百分比称取原料，并进行冶炼，将冶炼后的熔液浇筑成鄂板坯件；

(2)热处理工序

均匀热处理：将步骤(1)所得鄂板坯件加热至900-1050℃保温后，随炉冷却至室温，得到均匀热处理后的鄂板坯件；

淬火处理：将均匀热处理后的鄂板坯件加热至850-900℃保温3小时以内，然后出炉连续冷却至室温，得到淬火处理后的鄂板坯件；

回火处理：将淬火处理后的鄂板坯件进行180-350℃回火处理，回火保温时间不低于3小时，将回火处理后的鄂板坯件经机械加工后，即得鄂板成品。

所述步骤(2)淬火中，连续冷却方式为空冷、水冷、油冷、雾冷或风冷中的一种或多种。

针对前述问题，本发明提供一种高强韧耐磨鄂板用贝氏体钢及其制备方法。本发明的钢种在通用炼钢和浇注设备上，采用常规工艺进行冶炼、铸造和适当热处理后，其抗拉强度Rm＞1510MPa，HRC≥48，室温冲击韧性Akv＞20J，具有高强度、高硬度和高韧性的良好匹配，表现出优良的耐磨性能。与现有机械用常规高锰钢鄂板相比，采用本发明方法生产的贝氏体钢耐磨鄂板，可提高鄂板的强韧性匹配，大幅度延长鄂板的使用寿命。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1)与现有高锰钢鄂板相比，采用本发明的制备方法所生产的鄂板能大幅度增加鄂板初始表面硬度，并保持良好的韧性水平，从而大幅度提高鄂板的耐磨性能和使用寿命；

2)本发明所制备的贝氏体钢鄂板抗拉强度Rm＞1510MPa，HRC≥48，室温冲击韧性Akv＞20J。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明方法制备的高强韧鄂板用贝氏体钢的显微组织结构图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

表1 实施例制备的鄂板用贝氏体耐磨铸钢组分含量(质量百分数)

实施例1

本实施例制备866Kg高强韧耐磨鄂板用贝氏体钢，具体步骤如下。

1)按照表1配比，采用常规炼钢工艺进行冶炼，然后浇铸成鄂板坯件。

2)将步骤1)所得鄂板坯件加热到950℃保温后，随炉冷却至室温。

3)将经过步骤2)处理后的鄂板坯件加热到870℃保温，保温2.5小时；然后出炉，在空气中连续冷却到室温。

4)将经过步骤3)处理后的鄂板坯件进行250℃回火处理，回火保温3小时。

5)将经过上述步骤1)～4)处理后的鄂板坯件通过机械加工工序，获得鄂板成品。

实施例2

本实施例制备1362Kg高强韧耐磨鄂板用贝氏体钢，具体步骤如下。

1)按照表1配比，采用常规炼钢工艺进行冶炼，然后浇铸成鄂板坯件。

2)将步骤1)所得鄂板坯件加热到900℃保温后，随炉冷却至室温。

3)将经过步骤2)处理后的鄂板坯件加热到850℃保温，保温2.5小时；然后出炉，吹风连续冷却到室温。。

4)将经过步骤3)处理后的鄂板坯件进行180℃回火处理，回火保温3.5小时。

5)将经过上述步骤1)～4)处理后的鄂板坯件通过机械加工工序，获得鄂板成品。

实施例3

本实施例制备1502Kg高强韧耐磨鄂板用贝氏体钢，具体步骤如下。

1)按照表1配比，采用常规炼钢工艺进行冶炼，然后浇铸成鄂板坯件。

2)将步骤1)所得鄂板坯件加热到1050℃保温后，随炉冷却至室温。

3)将经过步骤2)处理后的鄂板坯件加热到900℃保温，保温时间3.5小时；然后出炉喷雾却到室温。

4)将经过步骤3)处理后的鄂板坯件进行350℃回火处理，回火保温时间6小时。

5)将经过上述步骤1)～4)处理后的鄂板坯件通过机械加工工序，获得鄂板成品。

实施例4

本实施例制备1836Kg高强韧耐磨鄂板用贝氏体钢，具体步骤如下。

1)按照表1配比，采用常规炼钢工艺进行冶炼，然后浇铸成鄂板坯件。

2)将步骤1)所得鄂板坯件加热到930℃保温后，随炉冷却至室温。

3)将经过步骤2)处理后的鄂板坯件加热到880℃保温，保温3小时；然后出炉进入淬火油中连续冷却到室温。

4)将经过步骤3)处理后的鄂板坯件进行220℃回火处理，回火保温5小时。

5)将经过上述步骤1)～4)处理后的鄂板坯件通过机械加工工序获得鄂板成品。

实施例5

本实施例制备2012Kg高强韧耐磨鄂板用贝氏体钢，具体步骤如下。

1)按照表1配比，采用常规炼钢工艺进行冶炼，然后浇铸成鄂板坯件。

2)将步骤1)所得鄂板坯件加热到1020℃保温后，随炉冷却至室温。

3)将经过步骤2)处理后的鄂板坯件加热到875℃保温，保温3小时；然后出炉进入水中，连续冷却到室温。

4)将经过步骤3)处理后的鄂板坯件进行280℃回火处理，回火保温5h。

5)将经过上述步骤1)～4)处理后的鄂板坯件通过机械加工工序，获得鄂板成品。

对比例1

制备常规的质量为750kg的高锰钢鄂板，其中钢的各组分含量如表1所示，制备步骤如下：采用常规炼钢工艺进行冶炼，然后浇铸成鄂板坯件；对坯件以50-60(℃/h)的加热速度加热到1000℃，保温时间3小时，然后进入水中冷却到室温；然后进行机械加工后获得鄂板成品。

对比例2

制备质量为812kg的鄂板，其中钢的各组分含量如表1中；制备步骤、反应参数同实施例5，区别在于，步骤4中回火温度为320℃。

通过万能拉伸试验机，采用标准拉伸试样，根据相关国家标准的规定，分别测定了本发明各实施例制备的高强韧鄂板用贝氏体钢试样的力学性能，测试结果如表2所示。针对实施例所生产鄂板的实际使用情况如表2所示，其中磨料主要为石英石，进口块度直径为200-400mm，出口破碎到小于40mm的小块。

表2 前述实施例制备的高强韧鄂板用贝氏体钢的力学性能及耐磨性能

备注：表2中，相对耐磨性指各实施例的磨耗量相对于高锰钢磨耗量的比值。

由表2可知，本发明的高强韧贝氏体钢鄂板的抗拉强度＞1510MPa，硬度HRC≥48，常温V型缺口冲击功Akv≥20J，与常规高锰钢鄂板相比，相同工况条件下，其磨损量大幅度降低，使用寿命延长约一倍水平。因此，本发明的鄂板具有高强度、高韧性、高耐磨和使用寿命长的特点。

由图1可知，本发明的高强韧贝氏体鄂板用钢的显微组织为贝氏体+马氏体复相组织。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种高强韧耐磨鄂板用贝氏体钢，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：C：0.20～0.40wt%； Mn：1.50～2.80wt%；Si：0.10～1.80wt%； Cr：0.50～1.50wt%； P：≤ 0.20wt%；S：≤ 0.020wt%；B：0.0001~0.0020%；其余为Fe及不可避免的杂质元素；

该高强韧耐磨鄂板用贝氏体钢采用包括如下步骤的方法制备而成：

（1）准备工序

按质量百分比称取原料，并进行冶炼，将冶炼后的熔液浇筑成鄂板坯件；

（2）热处理工序

均匀热处理：将步骤（1）所得鄂板坯件加热至900-1050℃保温后，随炉冷却至室温，得到均匀热处理后的鄂板坯件；

淬火处理：将均匀热处理后的鄂板坯件加热至850-900℃保温，然后出炉连续冷却至室温，得到淬火处理后的鄂板坯件；

回火处理：将淬火处理后的鄂板坯件进行180-350℃回火处理，回火保温时间不低于3小时，将回火处理后的鄂板坯件经机械加工后，即得鄂板成品。

2.根据权利要求1所述高强韧耐磨鄂板用贝氏体钢，其特征在于，还包括如下质量百分比的组分：Ce：0.01～0.020wt%。

3.根据权利要求1或2所述高强韧耐磨鄂板用贝氏体钢，其特征在于，该贝氏体钢的显微组织主要为贝氏体、马氏体混合组织。

4.根据权利要求1或2所述高强韧耐磨鄂板用贝氏体钢，其特征在于，所述步骤（2）淬火中，连续冷却方式为空冷、水冷、油冷、雾冷或风冷中的一种或多种。

5.根据权利要求3所述高强韧耐磨鄂板用贝氏体钢，其特征在于，所述步骤（2）淬火中，连续冷却方式为空冷、水冷、油冷、雾冷或风冷中的一种或多种。