CN108070780A - 一种珠光体铬钼合金钢及其热处理方法 - Google Patents

一种珠光体铬钼合金钢及其热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于冶金材料技术领域，公开了一种珠光体铬钼合金钢，由以下重量百分比的化学物质组成：C：0.4～1.0％；Si：0.5～1.5％；Mn：0.5～1.5％；Cr：1.0～3.0％；Mo：0.2～0.6％；Cu：0.3～1.2％；Ni：0.3～1.0％；S:0～0.05％；P:0～0.05％；V：0～0.2％；Ti：0～0.2％；Re：0～0.2％，余量为Fe；所述珠光体铬钼合金钢硬度值HRC在33‑43之间，冲击韧性值Ak大于40J。本发明所述的珠光体高碳铬钼低合金钢热处理方法，操作简单、安全、高效、清洁、低成本、高品质，能充分应用空气和碳这两种最有效、最廉价的耐磨材料元素，发挥最大淬火硬度和韧性值，节约地球有限的金属资源。

Description

一种珠光体铬钼合金钢及其热处理方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种珠光体铬钼合金钢及其热处理方法。
背景技术
低合金铬钼钢铸件因具有高强度、高韧性值、高耐磨性等优点，在大型矿山磨衬板中，逐步替代普通高锰钢铸件，广泛应用于金银铜铁锡等大型金属矿设备的破碎、研磨领域，尤其是珠光体铬钼合金材料，其强度是普通碳钢的2～3倍；其抗冲击韧性值是马氏体铬钼合金钢材质的2倍以上；相同工况下，其抗磨性是高锰钢材质的1.2倍以上。在日益大型化的矿山磨选型中，如从20年前直径3m的球磨机还不十分普遍应用，到如今直径12m的半自磨机广泛应用的情况下，作为磨机衬板的关键耐磨部件，在几百吨矿石、磨球共同作用的严酷工况下，稳定、可靠、耐磨的珠光体铬钼合金钢衬板，以其优异的综合性能，逐步取代传统的高锰钢材质，为大型矿山破碎、研磨系统的增产提效贡献了不可磨灭的性能。
在铬钼合金钢材料的生产中，热处理是关键工艺。在材料的实际热处理操作中，合理的温度曲线设置，出炉后淬、回火的恰当、合理操作，对获得理想的合金钢硬度、强度、韧性及其金相组织至关重要。
目前低合金钢的热处理工艺一般采用淬火-回火工序，其中淬火介质常采用淬火油，比例为1：10，即1吨铸件放入10吨淬火油，以保证淬火效果，淬火油使用一段时间之后，铸件的氧化粉末即介质油的碳化使淬火油粘度增大、油量减少。必须补加新的淬火油，导致油淬费用高；另一方面，优于油淬容易起火，存在安全隐患，并且淬火时产生大量挥发性有机物，会对环境造成污染。常规的合金钢回火温度为550-560℃，冷却方式采用在低于200℃时出炉冷却，经上述热处理工艺处理的合金钢铸件韧性较差，弯曲角度低于80°，无法满足高韧性的需求，且上述冷却方式在铸件温度处在200-400℃区间容易产生回火脆性，降低铸件的机械性能。
而普通的高锰钢铸件一般采用水韧处理，即1050℃水淬处理，再进行回火的热处理方式。高锰钢是一种传统的耐磨材料，因其优异的冲击韧性值(以ZG120Mn13Cr2为例，Aku2≥118J),广泛应用于大型挖掘机铲齿，大型圆锥破碎机轧臼壁、破碎壁，锤破机锤头等强冲击工况下。但在小冲击量，多次冲击的球磨机工况下，高锰钢的加工硬化性能无法获得，而其初始硬度只有HB200以下，非常不耐磨；同时，在服役期内，因其蠕变性，对衬板螺栓产生剪切力，易导致螺栓断裂，从而使衬板脱落失效。这对追求稳定、高效运行的现代化大型磨机是不可接受的。所以研究、制备出更高耐磨性、理想韧性值的铬钼合金钢材料势在必行。
发明内容
本发明的目的是克服现有低合金钢热处理技术中存在的不足，提供一种珠光体铬钼合金钢的热处理方法，操作简单、安全、高效、清洁、低成本、高品质，并且制备出的珠光体铬钼合金钢具有良好的硬度和韧性。
本发明的目的是提供一种珠光体铬钼合金钢，由以下重量百分比的化学物质组成：C：0.4～1.0％；Si：0.5～1.5％；Mn：0.5～1.5％；Cr：1.0～3.0％；Mo：0.2～0.6％；Cu：0.3～1.2％；Ni：0.3～1.0％；S:0～0.05％；P:0～0.05％；V：0～0.2％；Ti：0～0.2％；Re：0～0.2％，余量为Fe。
本发明中：
C：是基础元素，和Cr元素结合产生铬的碳化物，形成抗磨的基体。C：0.4～1.0％和Cr：1.0～3.0％在此范围内可调节合金钢的宏观硬度和耐磨性；
Mo：细化晶粒，提高材料淬透性，在0.2～0.6％的范围内对厚壁件获得从表面到芯部的均匀硬度至关重要。同时，防止热处理过程中回火脆性的产生，增加材料表面对剥落、点蚀、淬裂和热裂纹的抵抗能力；
Cu：在0.3～1.2％范围内起到增加合金组元，细化晶粒，增加工件耐磨性的作用效果；Ni在0.3～1.0％范围内具有增强基体强韧性，增加工件耐磨性的效果；
V，Ti：共同起到净化晶间，细化晶粒，提高工件整体强度的作用效果。
Si:和习惯形成的概念不同，本发明限定Si为0.5～1.5％，其目的是充分发挥硅元素的强化机能的抗疲劳性能，使材料的基体具有良好的抗磨能力和抗裂纹扩展能力。疲劳不仅是金属耐磨材料磨损重要因素，也是金属中显徽裂纹在冲击力和冲击震动波长期作用下逐渐扩展的重要因素。
Mn：很好地提高材料淬透性。在规定的范围内选择偏高一点，以降低铬、钼的加入量。锰含量超出1.5％会使奥氏体晶粒粗大的现象。
P和S:是有害元素，应控制在低限。
上述珠光体铬钼合金钢的金相组织由碳化物和珠光体组成；
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种珠光体铬钼合金钢的热处理方法，包括以下步骤：
1)将铸态合金耐磨工件均匀地摆放在台车式电阻炉中，入炉温度≤150℃，以每分钟≤5℃的升温速度升温至810～980℃，810～980℃保温处理1～12小时后出炉；
2)将步骤1)中出炉后的工件立即铺放到淬火篦上，均匀散开，使工作面面风；使用6台工业风机行车吊起，从铸件上部朝下吹风，形成的气流与工件淬火篦底下的空间形成对流层，增加工件冷却速度；再用直径为50mm的水管通水，连接到风机上，水流从风机吹出形成喷雾效果；温度降至750℃停止通水，温度降至550℃停风，控温过程中使用红外线测温仪准确控温；风机从上部均匀送雾、送风，使工件各面均匀受风，均匀冷却，有效形成珠光体金相组织；
3)步骤2)停风后工件温度冷却至200℃以下，将工件转入保温炉自然冷却至120℃；
4)工件温度冷却至120℃时，将工件由保温炉转入回火炉，以每分钟≤5℃的升温速度升温至200～460℃，恒温1～10小时后出炉，在空气中冷却至室温。
本发明经过热处理的珠光体铬钼合金钢硬度值HRC在33-43之间，冲击韧性值Ak大于40J。
本发明在珠光体铬钼合金钢的热处理过程中采用6台大功率风机，可以全面覆盖铺排的工件，使工件受风更均匀，冷却速度同步，从而获得均匀的硬度及使用寿命。风机从空中往下送风，而不是立在淬火篦两边吹风，能使工件最大面积吹到风，充分利用上下冷热空气对流，使工件在高温区域最大速度冷却，获得理想的金相组织。
本发明所述的珠光体高碳铬钼低合金钢热处理方法，操作简单、安全、高效、清洁、低成本、高品质，采取空气淬火方式，充分应用空气和碳这两种最有效、最廉价的耐磨材料元素，发挥最理想淬火硬度(HRC33～HRC43)和韧性值(AK≥40J)，节约地球有限的金属资源。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。
实施例
按照以下制备方法对珠光体铬钼合金钢进行热处理：
1)将铸态合金耐磨工件均匀摆放在台车式电阻炉中，入炉温度为≤150℃，以每分钟≤5℃的升温速度升温至810～980℃，810～980℃保温处理1～12小时后出炉；
2)将步骤1)中出炉后的工件立即铺放到淬火篦上，均匀散开，使工作面面风；使用6台工业风机行车吊起，从铸件上部朝下吹风，形成的气流与工件淬火篦底下的空间形成对流层，增加工件冷却速度；再用直径为50mm的水管通水，连接到风机上，水流从风机吹出形成喷雾效果；温度降至750℃停止通水，温度降至550℃停风，控温过程中使用红外线测温仪准确控温；风机从上部均匀送雾、送风，使工件各面均匀受风，均匀冷却，有效形成珠光体金相组织；
3)停风后工件温度冷却至200℃以下，将工件转入保温炉自然冷却至120℃；
4)工件温度冷却至120℃时，将工件由保温炉转入回火炉，以每分钟≤5℃的升温速度升温至200～460℃，恒温1～10小时后出炉，在空气中冷却至室温。
表1为珠光体铬钼合金钢的组成及其性能检测表，热处理方法均按照上述方法进行处理。
表1珠光体铬钼合金钢的组成及其性能检测
上述实验结果表明本发明珠光体铬钼合金钢的硬度：HRC33～43,韧性冲击值Ak：≥40J，达到了珠光体铬钼合金钢的理想值。在保证理想硬度的同时，获得较高的韧性储备值，能满足大型矿山研磨机的大入料粒度工况下，不会产生工件因韧性值不足而断裂失效的情况，同时，获得比传统高锰钢衬板提高20％以上的使用寿命。
C、Cr元素的含量对产品的韧性冲击值具有很大的影响，高于或者低于限定值均无法达到理想的硬度和韧性冲击值，在其余组份基本保持不变的情况下，C：0.4～1.0％；Cr：1.0～3.0％限定在此区间起到了意料不到的技术效果，大大提高了硬度和韧性冲击值。
另外其中Mo、Ti、V共同起到提高工件整体强度的作用效果，三者之间具有一定的协同增效作用。
尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。

Claims (3)

1.一种珠光体铬钼合金钢，由以下重量百分比的化学物质组成：C：0.4～1.0％；Si：0.5～1.5％；Mn：0.5～1.5％；Cr：1.0～3.0％；Mo：0.2～0.6％；Cu：0.3～1.2％；Ni：0.3～1.0％；S:0～0.05％；P:0～0.05％；V：0～0.2％；Ti：0～0.2％；Re：0～0.2％，余量为Fe；所述珠光体铬钼合金钢硬度值HRC在33-43之间，冲击韧性值Ak大于40J。
2.根据权利要求1所述一种珠光体铬钼合金钢，其特征在于：所述珠光体铬钼合金钢的金相组织由碳化物和珠光体组成。
3.一种权利要求1所述的一种珠光体铬钼合金钢的热处理方法，包括以下步骤：
1)将铸态合金耐磨工件均匀地摆放在台车式电阻炉中，入炉温度≤150℃，以每分钟≤5℃的升温速度升温至810～980℃，810～980℃保温处理1～12小时后出炉；
2)将步骤1)中出炉后的工件立即铺放到淬火篦上，均匀散开，使工作面面风；使用工业风机从铸件上部朝下吹风，形成的气流与工件淬火篦底下的空间形成对流层，增加工件冷却速度；再用直径为50mm的水管通水，连接到风机上，水流从风机吹出形成喷雾效果；温度降至750℃停止通水，温度降至550℃停风，控温过程中使用红外线测温仪准确控温；
3)步骤2)停风后工件温度冷却至200℃以下，将工件转入保温炉自然冷却至120℃；
4)工件温度冷却至120℃时，将工件由保温炉转入回火炉，以每分钟≤5℃的升温速度升温至200～460℃，恒温1～10小时后出炉，在空气中冷却至室温得到珠光体铬钼合金钢。
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