CN108085594A - 农耕机磨损件专用钢及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种农耕机磨损件专用钢,按质量百分数计,包括如下组分:C 0.30‑0.50%,Si 0.20‑0.40%,Mn 1.0‑1.5%,P≤0.035%,S≤0.035%,Cr 0.30‑0.70%,Cu≤0.20%,Ni≤0.015%,Ti≤0.080%,Al 0.040‑0.12%,V≤0.0030%,B≤0.050%,Mo≤0.050%,Nb≤0.01%,余量为Fe;生产时加入各组分后加热、成型、自来水淬火、最终定型。本发明提出的农耕机磨损件专用钢韧性、塑性、抗冲击性、抗弯、抗断及耐磨性均满足农耕机磨损件的制造要求,而且热处理时采用自来水淬火即可,无需回火,绿色、环保。
Description
技术领域
本发明涉及合金钢技术领域,特别是指一种农耕机磨损件专用钢及其生产工艺。
背景技术
农耕机磨损件比如旋耕刀、秸秆还田刀、梨、铧、铲、耙盘、耙片等多采用优质碳素钢和弹簧钢为制造原料,弹簧钢以其优良的综合性能得到广泛使用。其中,60Si2Mn材质的扁钢使用最为广泛。但是国内现有的60Si2Mn钢强度、硬度虽高,但塑性、韧性较低,加热时容易出现脱碳及晶粒粗大的问题,其生产出的磨损部件在抗冲击性、抗弯、抗断、耐磨性及使用寿命等指标上,无法满足实际生产的需要。更值得注意的是,现有的60Si2Mn材质的扁钢淬透性差,在制造旋耕刀时,为了消除内应力,提高延性及韧性,既要采用淬火油和淬火液进行淬火处理,又要采用电阻炉或盐浴炉进行回火处理,这些处理流程中会产生废液及有毒有害气体的排放,既损害从业人员的健康,又污染环境,不符合环保要求。如何改进现有Si2Mn钢的成分,既提高韧性、塑性、抗冲击性、抗弯、抗断及耐磨性,满足农耕机磨损件的制造要求,又可以避免后续热处理时产生废液、废气,符合环保规定,是目前急需解决的技术问题。
发明内容
为解决以上现有技术的不足,本发明提出了一种农耕机磨损件专用钢及其生产工艺。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种农耕机磨损件专用钢,按质量百分数计,包括如下组分:C 0.30-0.50%, Si0.20-0.40%,Mn 1.0-1.5%,P≤0.035%,S≤0.035%,Cr 0.30-0.70%,Cu≤0.20%, Ni≤0.015%,Ti≤0.080%,Al 0.040-0.12%,V≤0.0030%,B≤0.050%,Mo≤ 0.050%,Nb≤0.01%,余量为Fe。
现有技术中,C的含量为0.50-0.70%,为了解决加热时出现的脱碳问题,本发明适当降低了C的含量;
Si虽可提高钢的强度与硬度,但是含量过高,会在加热时助长脱碳及晶粒粗化倾向,所以本发明降低了Si的含量,增大了Cr的含量;
Cr是碳化物形成元素,Cr含量的增大既有助于提高钢的韧性与塑性,又可以提高钢中碳扩散的激活能,减轻钢的脱碳倾向及晶粒粗化倾向,而且Cr还可以显著提高钢的淬透性和抗腐蚀性;
Al、Ti、V、Nb是强氮化物生成元素,可以与钢中的氮、氧、硫快速、彻底化合,形成可以细化晶粒,提高韧性、耐磨性及抗腐蚀性的氮化物或碳氮化物,极大地改善了制成件的低温韧性,即使在极恶劣条件下使用,也不容易出现脆断的问题;Al溶于合金钢的基体中,还可以起到提高Ms点、减少淬火钢中残余奥氏体的含量的作用,还可以对-αFe产生固溶强化作用,显著改善钢的耐磨性;V还是强碳化物生成元素,可以与C生成细小、弥散的MC型碳化物,极大地提高合金钢的硬度和强度;微量的Nb可以在不影响钢的韧性与塑性的条件下,细化钢中铁素体晶粒,提高钢的屈服强度,还可以部分固化于奥氏体中提高钢的淬透性;
B、Mo可以强烈提高淬透性,由于本发明降低了C的含量,并添加了合适量的碳化物形成元素Cr与V,使得钢中的C含量显著减少,C含量的显著减少使得B的淬透性效应越发突出。
经过上述组分配比的合理调整后,各个组分协同作用,使得本发明所得的合金钢无论在韧性、塑性、抗冲击性,还是抗弯、抗断及耐磨性上都得到了大幅度的提高,而且淬透性特别好、应力小,极大地简化了后续热处理工艺的操作流程,降低了热处理工艺的操作难度,不仅节省成本,而且还提高了工作效率。
优选的,按质量百分数计,包括如下组分:C 0.40-0.49%,Si 0.20-0.40%, Mn1.1-1.5%,P≤0.01%,S≤0.02%,Cr 0.55-0.70%,Cu≤0.20%,Ni≤0.015%, Ti≤0.080%,Al 0.040-0.12%,V≤0.0030%,B≤0.050%,Mo≤0.050%,Nb≤ 0.002%,余量为Fe。
进一步优选的,按质量百分数计,包括如下组分:C 0.341%,Si 0.32%, Mn1.37%,P 0.0065%,S 0.0059%,Cr 0.617%,Cu 0.0058%,Ni 0.0146%,Ti 0.0594%,Al 0.0871%,V 0.0011%,B 0.0024%,Mo 0.0016%,Nb 0.002%,余量为Fe。上述配比为最佳配比,经测试:Alsol为0.079%,可见大部分的Al溶于合金钢的基体中,起到提高Ms点、减少淬火钢中残余奥氏体的含量的作用及对-αFe产生固溶强化作用,提高了钢的耐磨性,少量的Al发挥了脱氧、脱氮作用。
更为优选的,Al的质量百分数为0.05-0.10%。
最为优选的,V、B、Mo的质量百分数为:V≤0.0030%,B≤0.010%,Mo ≤0.010%,少量V、B、Mo的添加可以显著改善弹簧钢的抗氧化性,而且还可以形成细化晶粒、改善合金钢韧性的氮化物,这些辅助合金元素的添加还可以降低合金的使用量,节约合金元素。
本发明还提出一种农耕机磨损件专用钢的生产工艺,按比例加入各组分后加热、成型、室温自来水淬火,最后进行产品最终形状的成型即可。
优选的,自来水淬火的具体操作为:采用870℃加热,恒温15min后放入自来水中淬火。
按照上述配比加入各组分后进行加热、成型,之后采用自来水淬火即可,淬火中不添加任何化学介质和化学原料,而且淬火后不需要进行回火处理,就可以进行产品最终形成的成型。淬火介质便宜、易得,既经济,又环保,不仅简化了热处理工艺,还避免了现有技术采用淬火油和淬火液进行淬火处理,又要采用电阻炉或盐浴炉进行回火处理,从而导致废液及有毒有害气体排放的问题。本发明实现了无污染、零排放,自来水可以循环使用,符合绿色、环保、可持续的发展理念。
与现有技术相比,本发明提出的农耕机磨损件专用钢的各组分配比科学、合理,由于其较低的含碳量及优越的淬透性,因而在制作工件时只需使用室温的自来水进行淬火即可,无需添加任何化学成分的淬火介质,也无需回火,就可以获得韧性、塑性、抗冲击性、抗弯、抗断及耐磨性明显优于现有技术的产品,整个热处理过程节能、经济且不会产生废液、废气,符合绿色环保的规定。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种农耕机磨损件专用钢,按质量百分数计,包括如下组分:C 0.43%,Si0.39%,Mn 1.5%,P 0.0065%,S 0.0035%,Cr 0.617%,Cu 0.0058%,Ni 0.0126%,Ti0.0494%,Al 0.10%,V 0.0020%,B 0.0024%,Mo 0.001%,Nb 0.002%,余量为Fe。制备时,先按上述比例添加各组分,之后加热、成型为10*10*80mm的扁钢,870℃加热、恒温15min后放入自来水淬火,最后将其定型为旋耕刀。
实施例2
一种农耕机磨损件专用钢,按质量百分数计,包括如下组分:C 0.32%,Si0.25%,Mn 1.31%,P 0.012%,S 0.002%,Cr 0.7%,Cu 0.014%,Ni 0.010%,Ti0.027%,Al 0.04%,B 0.05%,余量为Fe。先按上述比例添加各组分,之后加热、成型为10*10*80mm的扁钢,870℃加热、恒温15min后放入自来水淬火,最后将其定型为旋耕刀。
实施例3
一种农耕机磨损件专用钢,按质量百分数计,包括如下组分:C 0.32%,Si0.26%,Mn 1.41%,P 0.018%,S 0.02%,Cr 0.44%,Cu 0.2%,Ni 0.011%,Ti 0.030%,B 0.008%,余量为Fe。先按上述比例添加各组分,之后加热、成型为10*10*80mm 的扁钢,870℃加热、恒温15min后放入自来水淬火,最后将其定型为旋耕刀。
实施例4
一种农耕机磨损件专用钢,按质量百分数计,包括如下组分:C 0.4%,Si 0.3%,Mn 1.1%,P 0.01%,S 0.01%,Cr 0.3%,Cu 0.01%,Ni 0.013%,Ti 0.08%, Al0.05%,V 0.003%,B 0.005%,Mo 0.05%,余量为Fe。先按上述比例添加各组分,之后加热、成型为10*10*80mm的扁钢,870℃加热、恒温15min后放入自来水淬火,最后将其定型为旋耕刀。
实施例5
一种农耕机磨损件专用钢,按质量百分数计,包括如下组分:C 0.49%,Si 0.2%,Mn 1.0%,P 0.035%,S 0.02%,Cr 0.55%,Cu 0.015%,Ni 0.014%,Ti 0.05%, Al0.12%,V 0.001%,B 0.005%,Mo 0.05%,余量为Fe。先按上述比例添加各组分,之后加热、成型为10*10*80mm的扁钢,870℃加热、恒温15min后放入自来水淬火,最后将其定型为旋耕刀。
实施例6
一种农耕机磨损件专用钢,按质量百分数计,包括如下组分:C 0.341%, Si0.32%,Mn 1.37%,P 0.0065%,S 0.0059%,Cr 0.617%,Cu 0.0058%,Ni 0.0146%, Ti0.0594%,Al 0.0871%,V 0.0011%,B 0.0024%,Mo 0.0016%,Nb 0.002%,余量为Fe。制备时,先按上述比例添加各组分,之后加热、成型为10*10*80mm 的扁钢,870℃加热、恒温15min后放入自来水淬火,最后将其定型为旋耕刀。
实施例1-6中各个组分的配比如表一所示。
测试表征;
将实施例1-6得到的产品加工成测试试样10*10*40mm,加热至1050℃,保温20分钟,按照国标GBT224-2008脱碳金相法进行脱碳实验;
表一:实施例1-6各组分含量
表二:测试表征结果
在各个实施例所得的最终产品旋耕刀的刀身与刀柄处取样进行金相检测。将实施例1-6得到的产品加工成测试试样55*5*10mm,之后室温20℃下开设 2mm深的V型缺口,按照国标GBT229-2007中的金属材料夏比摆锤冲击试验方法进行力学性能检测。金相检测及力学性能检测结果如表二所示,各个实施例的测试结果较现有技术,无论在脱碳层的厚度,还是硬度,再或者是力学性能上,都有了非常显著的有益改进。实施例6,当专用钢中各个组分含量分别为: C 0.341%,Si 0.32%,Mn 1.37%,P 0.0065%,S 0.0059%,Cr 0.617%,Cu0.0058%, Ni 0.0146%,Ti 0.0594%,Al 0.0871%,V 0.0011%,B 0.0024%,Mo0.0016%, Nb 0.002%,余量为Fe时,其脱碳及力学性能试验的测试效果最好,不易脱碳、晶粒细、韧性、塑性、抗冲击性等性能非常好,完全可以满足旋耕刀的制造要求;其刀身为精细规整的板条状马氏体,不仅强度高,而且具有良好的塑性与韧性以及低的脆性转变温度,其缺口敏感性与过载敏感性都很低。经多次试验,实施例6所制得的旋耕刀,进行深度大于20cm的旋耕作业时,连续使用150h 后整体尺寸与刀刃尺寸仍然在GB/T 5669-2008规定的范围内。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1. 一种农耕机磨损件专用钢,其特征在于:按质量百分数计,包括如下组分:C 0.30-0.50%,Si 0.20-0.40%,Mn 1.0-1.5%,P≤0.035%,S≤0.035%,Cr 0.30-0.70%,Cu≤0.20%,Ni≤0.015%,Ti≤0.080%,Al 0.040-0.12%,V≤0.0030%,B≤0.050%,Mo≤0.050%,Nb≤0.01%,余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的农耕机磨损件专用钢,其特征在于:按质量百分数计,包括如下组分:C 0.40-0.49%,Si 0.20-0.40%,Mn 1.1-1.5%,P≤0.01%,S≤0.02%,Cr 0.55-0.70%,Cu≤0.20%,Ni≤0.015%,Ti≤0.080%,Al 0.040-0.12%,V≤0.0030%,B≤0.050%,Mo≤0.050%,Nb≤0.002%,余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的农耕机磨损件专用钢,其特征在于:按质量百分数计,包括如下组分:C 0.341%,Si 0.32%,Mn 1.37%,P 0.0065%,S 0.0059%,Cr 0.617%,Cu 0.0058%,Ni0.0146%,Ti 0.0594%,Al 0.0871%,V 0.0011%,B 0.0024%,Mo 0.0016%,Nb 0.002%,余量为Fe。
4.根据权利要求1-2任一项所述的农耕机磨损件专用钢,其特征在于:所述Al的质量百分数为0.05-0.10%。
5.根据权利要求1-2任一项所述的农耕机磨损件专用钢,其特征在于:V、B、Mo的质量百分数为:V≤0.0030%,B≤0.010%,Mo≤0.010%。
6.一种如权利要求1-3任一项所述的农耕机磨损件专用钢的生产工艺,其特征在于:按比例加入各组分后加热、成型、室温自来水淬火,最后进行产品最终形状的成型即可。
7.根据权利要求6所述的生产工艺,其特征在于:所述自来水淬火的具体操作为:采用870℃加热,恒温15min后放入自来水中淬火。
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