CN107904506A - 一种耐磨衬板合金钢 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐磨衬板合金钢，属于耐磨衬板领域。本发明所述合金钢的化学成分质量百分比为：C0.4～0.5％、Al1.1～1.7％、Mn0.8～1.1％、Cr8.0～11.2％、Mo2.5～3.0％、V0.1～0.3％、Co5～7％，余量为Fe和不可避免的杂质，所述合金钢的热处理工艺为完全退火，表面渗硼，分级淬火，多次高温回火后水冷，最后在成型的耐磨衬板合金钢熔焊钴基合金。处理后的耐磨衬板合金钢硬度、强度和耐磨性大大提高，使用寿命也成倍增加。

Description

一种耐磨衬板合金钢
技术领域
本发明属于耐磨衬板领域，更具体地说是涉及一种耐磨衬板合金钢。
背景技术
耐磨合金钢是一类用于磨损工况的特殊性能钢，其主要特征是在磨损条件下具有较高的 强度、硬度韧性和耐磨性，目前耐磨合金钢种类有很多，最为常用的为高锰钢和低、中合金 耐磨钢。
高锰钢有高韧性、低强度和低硬度的特征，它通过冲击硬化产生耐磨作用，如果冲击力 低则耐磨性很低，冲击力高时耐磨件又会变形报废。一些低中合金耐磨钢随具有较好的韧性 低冲击时耐磨性能优于高锰钢，但是其淬透性差，总耐磨性较差。
中国发明专利CN105648347A，公开日2016年6月8日，公开了一种高耐磨合金钢衬板 生产工艺，由下列质量百分比组成：C0.8～1.1％，Mn1.5～2.5％，Cr1.8～2.8，Mo0.3～0.8％， V0.6～0.9％，Si＜0.8％，Ti0.1～0.2％，B0.002～0.008％，稀土Re0.3～0.5％，余量为Fe和不可避 免杂质；热处理步骤包括将铸件加热到350～450℃，保温2～3个小时，然后进行水淬降温， 将淬火铸件加热到200～400℃保温3小时出炉制得合格的耐磨合金衬板。根据该专利所述的 高耐磨合金钢衬板，铸件含碳量较大，根据该专利所述的热处理工艺，处理时无法消除合金 钢中的网状渗碳体，导致铸件加工完成后会硬而脆，抗冲击性较差。
发明内容
发明要解决的技术问题
针对现有耐磨衬板合金钢使用寿命短，耐磨性和强韧性不兼备等问题，本发明提供了一 种一种耐磨衬板合金钢，可大幅度提升耐磨衬板合金钢的使用寿命，大大提升其耐磨性和强 韧性。
技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种耐磨衬板合金钢，构成该合金钢的化学成分质量百分比为：C0.4～0.5％、Al1.1～1.7％、 Mn0.8～1.1％、Cr8.0～11.2％、Mo2.5～3.0％、V0.1～0.3％、Co5～7％、Re0.25～0.35％，余量为Fe 和不可避免的杂质。合金元素Al和Co与铁作用，及合金元素Mn、Cr、Mo、V与C作用可 改变钢的相变过程和组织。Al和Co能固溶于铁素体或奥氏体中，起固溶强化的作用，Mn、 Cr、Mo、V与C作用，形成的碳化物能显著改善钢的性能，稀土元素Re能细化晶粒，改变 夹杂物的数量和性质。
进一步地，耐磨衬板合金钢的化学成分质量百分比为：C0.45％、Al1.5％、Mn0.9％、Cr9.6％、Mo2.6％、V0.15％、Co6％、Re0.29％，余量为Fe和不可避免的杂质。C可以显著提高合金钢 的硬度及强度，但是加入量多时会降低其塑性和韧性，故本发明将含碳量控制在0.4～0.5％之 间，最优方案为0.45％；Al是炼钢时的脱氧剂，适量的Al元素可以细化晶粒，提高冲击韧性， 同时与Cr结合提高合金钢耐高温的能力，但是过量的Al会影响合金钢的焊接性能，不利于 本发明后续的工序进行，故本发明控制Al含量为Al1.1～1.7％，最优方案为1.5％；Mn可以提 高合金钢的淬透性，同时增加合金钢的耐磨性，但是大量的Mn会降低钢的焊接性能，所以 本发明控制Mn含量为0.8～1.1％，最优方案为0.9％；Cr可以显著提高钢的耐磨性、抗氧化性、 强度和硬度，但会降低塑性和韧性，同时Cr和Al结合能提高合金钢耐高温能力，本发明控 制Cr含量为8.0～11.2％，最优方案为9.6％；Mo能是合金钢的晶粒细化，同时提高淬透性， 抑制后续热处理工艺中的回火脆性，Mo还可以减弱Cr对钢的脆化，Mo含量过高会恶化合 金钢的抗氧化性，本发明控制Mo的含量为2.5～3.0％，最优方案为2.6％；V可抑制合金钢中 奥氏体的长大，细化晶粒，提高合金钢的耐磨性和韧性，对应Cr的含量加入一定量的V可 以抵消Cr对焊接性能的不利影响，本发明控制V的含量为0.1～0.3％，最优方案为0.15％； Co的晶体结构为密排六方结构，合金钢中加入Co可以大大提高其耐磨性，减少合金钢的磨 料磨损，同时Co还起到固溶强化的作用，本发明控制Co的含量为5～7％，最优方案为6％； 稀土元素Re可以细化合金钢的晶粒，可以改变夹杂物的数量、性质和分布，通过加入稀土元 素使钢中的夹杂物数量减少，夹杂物由硫化物、氧化物变为稀土夹杂物，形状由条状、点状、 块状变为球状，由晶界分布转移到晶内，减少合金钢的疲劳磨损，本发明控制Re的含量为 0.25～0.35％，最优方案为0.29％。
进一步地，所述耐磨衬板合金钢，经熔炼、浇注、锻造和热处理工艺制成，其中热处理 工艺包括以下步骤：
一、退火：将耐磨衬板加热到850～870℃，然后保温，保温后冷却；
二、表层化学热处理：将步骤一处理后的耐磨衬板放入化学介质中加热，改变表面化学 成分和组织；
三、淬火：将步骤二处理后的耐磨衬板加热到350～380℃后保温，然后快速冷却；
四、回火：将步骤三处理后的耐磨衬板加热到500～650℃后保温，然后冷却。
进行退火处理是为了均匀所述合金钢的化学成分及组织，使合金钢奥氏体化，细化晶粒， 调整硬度，便于后续加工处理，通过表层化学热处理使合金钢表层获得更好的性能，淬火可 以减少表层化学热处理后产生的内应力防止渗层开裂，配合回火消除淬火应力。通过一系列 适应合金钢成分配比的热处理工艺，调整合金钢的力学综合性能，将加入的不同合金元素的 潜力发挥到最大。
进一步地，所述退火步骤采用完全退火工艺，将耐磨衬板合金钢加热到850～870℃后保 温200～250min，合金钢在退火处理前晶粒粗大，有带状组织，通过完全退火，使组织完全奥 氏体化，抑制魏氏组织的形成，细化晶粒，消除带状组织，然后缓慢冷却，以获得近于平衡 的组织，为了提高生产效，退火冷却至600℃左右即出炉空冷。
进一步地，所述表层化学热处理为渗硼处理，通常在耐磨合金钢中加入硼以提高其耐磨 性，但是合金钢中的硼元素效果受碳元素含量的影响，碳含量多时硼元素的有益作用会逐渐 消失，对碳元素的添加起到限制作用，故本发明在合金钢中不添加硼元素，而是对其做表面 渗硼处理，将步骤一处理后的耐磨衬板放入渗硼剂中，加热至900～950℃，持续4～6小时， 渗硼深度为0.1～0.3mm。
进一步地，所述淬火工艺采用分级淬火法，将步骤二处理后的耐磨衬板先淬入温度略高 于350℃的碱浴炉中保温，工件内外温度均匀后，从碱浴炉中取出，空冷至室温，完成马氏 体转变，这种淬火方法不仅减小了热应力，而且显著降低组织应力，有效地减少或防止合金 钢工件淬火变形和开裂。
进一步地，所述回火步骤进行2次回火，第一次回火的保温时间为80～100分钟，第二次 回火的保温时间为60～80分钟，回火完成后采用水冷的冷却方式。本发明采用高温回火是为 了获得回火索氏体回火组织。回火索氏体具有良好的韧性和塑性，同时具有较高的强度，会 使耐磨衬板合金钢有更高的强度和更好的抗冲击和交变负荷的能力。回火后水冷是为了抑制 回火脆性。
进一步地，所述耐磨衬板合金钢在热处理工艺后，加工成型，在表面熔焊钴基合金，钴 基合金有良好的焊接性能以及非常好的耐磨能力，熔焊在合金钢表面，和渗硼层，合金钢一 起作用，成倍的提高耐磨衬板合金钢的耐磨能力。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的一种耐磨衬板合金钢，通过在合金中添加一定含量的Mn、Cr、Mo、V、Al、Co、C合金元素及一定量的稀土元素Re，通过特定的元素配合，再加以特定的热处理工艺，充分地发挥了合金元素的潜力，大大改善了耐磨衬板合金钢的性能；
(2)本发明的退火步骤采用完全退火工艺，可使组织完全奥氏体化，细化晶粒，使魏氏 组织难以形成，消除带状组织；
(3)本发明采用表面渗硼处理方法，避免了硼元素直接加入合金钢中的诸多限制，在合 金钢表面形成渗硼层，显著提高合金钢表面的硬度和耐磨性；
(4)本发明采用分级淬火法，减小了表面渗硼处理时产生的热应力，而且显著降低组织 应力，有效地减少或防止合金钢工件淬火变形和开裂；
(5)本发明回火工艺采用高温多次回火，回火后获得回火索氏体组织，使耐磨衬板合金 钢有更高的强度和更好的抗冲击和交变负荷的能力；
(6)本发明在耐磨衬板合金钢加工成型后，在表面熔焊钴基合金，进一步提高合金钢的 耐磨能力，同渗硼层、合金钢本身一起成倍的增加了耐磨衬板合金钢的耐磨能力。
具体实施方式
为进一步了解本发明内容，结合具体实施例对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例的一种耐磨衬板合金钢，其化学成分质量百分比为：C0.4～0.5％、Al1.1～1.7％、 Mn0.8～1.1％、Cr8.0～11.2％、Mo2.5～3.0％、V0.1～0.3％、Co5～7％、Re0.25～0.35％，余量为Fe 和不可避免的杂质，具体在本实施例中由如下质量百分比组成：C0.45％、Al1.5％、Mn0.9％、 Cr9.6％、Mo2.6％、V0.15％、Co6％、Re0.29％，余量为Fe和不可避免的杂质。本实施例的一 种耐磨衬板合金钢，采用如下热处理工艺处理：
一、完全退火：将耐磨衬板合金钢加热到850℃后保温200min，然后缓慢冷却，退火冷 却至600℃左右出炉空冷；
二、表面渗硼：将步骤一处理后的耐磨衬板放入由无水硼砂加碳化硼、硼铁或碳化硅组 成的盐浴渗硼剂中，加热至900℃，持续4小时，渗硼深度为0.1mm；
三、分级淬火：将步骤二处理后的耐磨衬板先淬入温度略高于350℃的碱浴炉中保温至 工件内外温度均匀后，从碱浴炉中取出，空冷至室温；
四、高温多次回火：步骤二处理后的刀圈进行2次回火，第一次回火的保温时间为80分 钟，第二次回火的保温时间为60分钟，回火完成后采用水冷的冷却方式。
然后在合金钢表面熔焊一层钴基合金。
本实施例的耐磨衬板合金钢的平均硬度为76HRC，抗拉强度为1860MPa，屈服强度为 1516MPa，延伸率为12％，在磨煤机环境中的使用寿命达16000小时。
实施例2
本实施例的一种耐磨衬板合金钢，其化学成分质量百分比为：C0.4～0.5％、Al1.1～1.7％、 Mn0.8～1.1％、Cr8.0～11.2％、Mo2.5～3.0％、V0.1～0.3％、Co5～7％、Re0.25～0.35％，余量为Fe 和不可避免的杂质，具体在本实施例中由如下质量百分比组成：C0.4％、Al1.1％、Mn0.8％、 Cr8.0％、Mo2.5％、V0.10％、Co5％、Re0.25％，余量为Fe和不可避免的杂质。本实施例的一 种耐磨衬板合金钢，采用如下热处理工艺处理：
一、完全退火：将耐磨衬板合金钢加热到850℃后保温200min，然后缓慢冷却，退火冷 却至600℃左右出炉空冷；
二、表面渗硼：将步骤一处理后的耐磨衬板放入由无水硼砂加碳化硼、硼铁或碳化硅组 成的盐浴渗硼剂中，加热至900℃，持续4小时，渗硼深度为0.1mm；
三、分级淬火：将步骤二处理后的耐磨衬板先淬入温度略高于350℃的碱浴炉中保温至 工件内外温度均匀后，从碱浴炉中取出，空冷至室温；
四、高温多次回火：步骤二处理后的刀圈进行2次回火，第一次回火的保温时间为80分 钟，第二次回火的保温时间为60分钟，回火完成后采用水冷的冷却方式。
然后在合金钢表面熔焊一层钴基合金。
本实施例的耐磨衬板合金钢的平均硬度为70HRC，抗拉强度为1890MPa，屈服强度为 1535MPa，延伸率为12％，在磨煤机环境中的使用寿命达15000小时。
实施例3
本实施例的一种耐磨衬板合金钢，其化学成分质量百分比为：C0.4～0.5％、Al1.1～1.7％、 Mn0.8～1.1％、Cr8.0～11.2％、Mo2.5～3.0％、V0.1～0.3％、Co5～7％、Re0.25～0.35％，余量为Fe 和不可避免的杂质，具体在本实施例中由如下质量百分比组成：C0.5％、Al1.7％、Mn1.1％、 Cr11.2％、Mo3.0％、V0.30％、Co7％、Re0.35％，余量为Fe和不可避免的杂质。本实施例的 一种耐磨衬板合金钢，采用如下热处理工艺处理：
一、完全退火：将耐磨衬板合金钢加热到850℃后保温200min，然后缓慢冷却，退火冷 却至600℃左右出炉空冷；
二、表面渗硼：将步骤一处理后的耐磨衬板放入由无水硼砂加碳化硼、硼铁或碳化硅组 成的盐浴渗硼剂中，加热至900℃，持续4小时，渗硼深度为0.1mm；
三、分级淬火：将步骤二处理后的耐磨衬板先淬入温度略高于350℃的碱浴炉中保温至 工件内外温度均匀后，从碱浴炉中取出，空冷至室温；
四、高温多次回火：步骤二处理后的刀圈进行2次回火，第一次回火的保温时间为80分 钟，第二次回火的保温时间为60分钟，回火完成后采用水冷的冷却方式。
然后在合金钢表面熔焊一层钴基合金。
本实施例的耐磨衬板合金钢的平均硬度为77HRC，抗拉强度为1710MPa，屈服强度为 1435MPa，延伸率为10％，在磨煤机环境中的使用寿命达15500小时。
实施例4
本实施例的一种耐磨衬板合金钢，其化学成分质量百分比为：C0.4～0.5％、Al1.1～1.7％、 Mn0.8～1.1％、Cr8.0～11.2％、Mo2.5～3.0％、V0.1～0.3％、Co5～7％、Re0.25～0.35％，余量为Fe 和不可避免的杂质，具体在本实施例中由如下质量百分比组成：C0.45％、Al1.5％、Mn0.9％、Cr9.6％、Mo2.6％、V0.15％、Co6％、Re0.29％，余量为Fe和不可避免的杂质。本实施例的一 种耐磨衬板合金钢，采用如下热处理工艺处理：
一、完全退火：将耐磨衬板合金钢加热到870℃后保温250min，然后缓慢冷却，退火冷 却至600℃左右出炉空冷；
二、表面渗硼：将步骤一处理后的耐磨衬板放入由无水硼砂加碳化硼、硼铁或碳化硅组 成的盐浴渗硼剂中，加热至970℃，持续6小时，渗硼深度为0.3mm；
三、分级淬火：将步骤二处理后的耐磨衬板先淬入温度略高于350℃的碱浴炉中保温至 工件内外温度均匀后，从碱浴炉中取出，空冷至室温；
四、高温多次回火：步骤二处理后的刀圈进行2次回火，第一次回火的保温时间为100 分钟，第二次回火的保温时间为80分钟，回火完成后采用水冷的冷却方式。
然后在合金钢表面熔焊一层钴基合金。
本实施例的耐磨衬板合金钢的平均硬度为78HRC，抗拉强度为1760MPa，屈服强度为 1406MPa，延伸率为11％，在磨煤机环境中的使用寿命达16500小时。
实施例5
本实施例的一种耐磨衬板合金钢，其化学成分质量百分比为：C0.4～0.5％、Al1.1～1.7％、 Mn0.8～1.1％、Cr8.0～11.2％、Mo2.5～3.0％、V0.1～0.3％、Co5～7％、Re0.25～0.35％，余量为Fe 和不可避免的杂质，具体在本实施例中由如下质量百分比组成：C0.4％、Al1.1％、Mn0.8％、 Cr8.0％、Mo2.5％、V0.10％、Co5％、Re0.25％，余量为Fe和不可避免的杂质。本实施例的一 种耐磨衬板合金钢，采用如下热处理工艺处理：
一、完全退火：将耐磨衬板合金钢加热到870℃后保温250min，然后缓慢冷却，退火冷 却至600℃左右出炉空冷；
二、表面渗硼：将步骤一处理后的耐磨衬板放入由无水硼砂加碳化硼、硼铁或碳化硅组 成的盐浴渗硼剂中，加热至950℃，持续6小时，渗硼深度为0.3mm；
三、分级淬火：将步骤二处理后的耐磨衬板先淬入温度略高于350℃的碱浴炉中保温至 工件内外温度均匀后，从碱浴炉中取出，空冷至室温；
四、高温多次回火：步骤二处理后的刀圈进行2次回火，第一次回火的保温时间为100 分钟，第二次回火的保温时间为80分钟，回火完成后采用水冷的冷却方式。
然后在合金钢表面熔焊一层钴基合金。
本实施例的耐磨衬板合金钢的平均硬度为72HRC，抗拉强度为1790MPa，屈服强度为 1415MPa，延伸率为12％，在磨煤机环境中的使用寿命达15500小时。
实施例6
本实施例的一种耐磨衬板合金钢，其化学成分质量百分比为：C0.4～0.5％、Al1.1～1.7％、 Mn0.8～1.1％、Cr8.0～11.2％、Mo2.5～3.0％、V0.1～0.3％、Co5～7％、Re0.25～0.35％，余量为Fe 和不可避免的杂质，具体在本实施例中由如下质量百分比组成：C0.5％、Al1.7％、Mn1.1％、 Cr11.2％、Mo3.0％、V0.30％、Co7％、Re0.35％，余量为Fe和不可避免的杂质。本实施例的 一种耐磨衬板合金钢，采用如下热处理工艺处理：
一、完全退火：将耐磨衬板合金钢加热到870℃后保温250min，然后缓慢冷却，退火冷 却至600℃左右出炉空冷；
二、表面渗硼：将步骤一处理后的耐磨衬板放入由无水硼砂加碳化硼、硼铁或碳化硅组 成的盐浴渗硼剂中，加热至950℃，持续6小时，渗硼深度为0.3mm；
三、分级淬火：将步骤二处理后的耐磨衬板先淬入温度略高于350℃的碱浴炉中保温至 工件内外温度均匀后，从碱浴炉中取出，空冷至室温；
四、高温多次回火：步骤二处理后的刀圈进行2次回火，第一次回火的保温时间为100 分钟，第二次回火的保温时间为80分钟，回火完成后采用水冷的冷却方式。
然后在合金钢表面熔焊一层钴基合金。
本实施例的耐磨衬板合金钢的平均硬度为79HRC，抗拉强度为1580MPa，屈服强度为 1275MPa，延伸率为9％，在磨煤机环境中的使用寿命达15000小时。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，实施例中所示的 也只是本发明的实施方式之一，实际的步骤并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人 员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的 结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种耐磨衬板合金钢，其特征在于，构成该合金钢的化学成分质量百分比为：C0.4～0.5％、Al1.1～1.7％、Mn0.8～1.1％、Cr8.0～11.2％、Mo2.5～3.0％、V0.1～0.3％、Co5～7％、Re0.25～0.35％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨衬板合金钢，其特征在于，构成该合金钢的化学成分质量百分比为：C0.45％、Al1.5％、Mn0.9％、Cr9.6％、Mo2.6％、V0.15％、Co6％、Re0.29％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.一种耐磨衬板合金钢，经熔炼、浇注、锻造和热处理工艺制成，其特征在于，所述热处理工艺包括以下步骤：
一、退火：将耐磨衬板加热到850～870℃，然后保温，保温后冷却；
二、表层化学热处理：将步骤一处理后的耐磨衬板放入化学介质中加热，改变表面化学成分和组织；
三、淬火：将步骤二处理后的耐磨衬板加热到350～380℃后保温，然后快速冷却；
四、回火：将步骤三处理后的耐磨衬板加热到500～650℃后保温，然后冷却。
4.根据权利要求3所述的一种耐磨衬板合金钢，其特征在于：所述退火步骤采用完全退火工艺，将耐磨衬板合金钢加热到850～870℃后保温200～250min后，缓慢冷却。
5.根据权利要求3所述的一种耐磨衬板合金钢，其特征在于：所述表层化学热处理为渗硼处理，将步骤一处理后的耐磨衬板放入渗硼剂中，加热至900～950℃，持续4～6小时，使耐磨衬板表层渗硼。
6.根据权利要求3所述的一种耐磨衬板合金钢，其特征在于：所述淬火工艺采用分级淬火法，将步骤二处理后的耐磨衬板先淬入温度略高于350℃的碱浴炉中保温，工件内外温度均匀后，从碱浴炉中取出，空冷至室温。
7.根据权利要求3所述的一种耐磨衬板合金钢，其特征在于：所述回火步骤进行2次回火，第一次回火的保温时间为80～100分钟，第二次回火的保温时间为60～80分钟，回火完成后采用水冷的冷却方式。
8.根据权利要求3所述的一种耐磨衬板合金钢，其特征在于：所述耐磨衬板合金钢在热处理工艺后，加工成型，在表面熔焊钴基合金。
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