CN108950432A - 一种高强度、高韧性低合金耐磨钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度、高韧性低合金耐磨钢，其原料按百分比的配方如下：碳(C)0.25‑0.35%、锰(Mn)1.2‑1.8%、硅(Si)0.45‑0.55%、铬(Cr)1.0‑1.5%、镍(Ni)0.6‑0.8%、钼(Mo)0.4‑0.6%、硼0.002‑0.003%、稀土元素0.02‑0.06%、其余为铁(Fe)以及不可避免的杂质元素。本发明还公开了一种高强度、高韧性低合金耐磨钢的制造方法。本发明中含有微量硼元素和稀土元素的低合金结构钢，通过热处理工艺和优良铸造工艺，该低合金耐磨钢具备较高的强度（抗拉大于1300Mpa）和硬度(约40HRC)，且常温韧性良好，可以作为优秀的耐磨机构件的材质。

Description

一种高强度、高韧性低合金耐磨钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及金属铸造材料技术领域，尤其涉及一种高强度、高韧性低合金耐磨钢及其制造方法。

背景技术

从整体上看，目前耐磨材料基本上分为耐磨钢和耐磨铸铁两大类，近年来铸钢件设备逐渐向大型化的发展，因其工作环境更为苛刻，且考虑到经济性要求，因此对耐磨材料的性能提出了更高的要求。这些大型设备要求所用的耐磨材料不仅要能承受较大的冲击载荷，还要有优良的耐磨性及使用寿命。这样传统的Cr-Mo及Ni-Cr马氏体白口铸铁、高锰钢及中锰奥氏体铸钢、珠光体Cr-Mo铸钢等已很难满足要求，低合金耐磨铸钢就是在这样的背景下出现的。与高锰钢相比，低合金耐磨铸钢显微组织为马氏体或马氏体＋贝氏体，因此其初始硬度较高，合金元素主要以Si、Mn及Cr、Mo为主，碳含量分低、中、高三个档次。通过调整碳含量，所得到的低合金耐磨铸钢，不仅强度、硬度远高于高锰钢，但其冲击韧性稍低于高锰钢，在很大程度上可以替代高锰钢。因而这类耐磨材料一出现，便备受各国研究者的青睐。因此，开发生产工艺简单、生产成本低廉、强度和韧性高、淬透性和淬硬性好的耐磨金属材料，在磨料磨损工况下取代目前广泛使用的普通耐磨材料，来减少金属磨损造成的损失、韧性不足断裂所造成的损失及降低危险系数，无疑对国民经济建设和人身安全有着十分重要的意义，对于更高要求耐磨耗性用途的部件，近年来我国逐渐使用各种低合金耐磨钢。低合金钢是指向碳钢中添加Cr、Mo、Ni等作为合金元素，而使淬火特性、韧性提升的材料，并作为结构用高张力碳钢和低合金钢钢铸件被JIS、ASTM标准化。

经检索，CN1033845A网上公开了一种高强韧性低碳微合金化铸钢，它以碳、锰、钛、铌、稀土等为合金元素，其化学组成（wt.%）如下：碳：0.06-0.18；锰：1.4-1.8；铌：0.02-0.12；钛：0.01-0.10；稀土：0.002-0.06；钼（Mo）＜0.3；铝（AL）＜0.06；硫（S）＜0.035；磷（P）＜0.035；余量为铁和不可避免的杂质。其热处理采用正火-回火或均匀退火-正火-回火工艺。该发明铸钢具有高的韧性和塑性，但碳含量太低，存在强度和硬度低以及耐磨性差的不足，抗拉强度小于750MPa，屈服强度小于650Mpa。

CN1834279A公开了一种含硼多元低合金耐磨铸钢及其制备方法，其化学成分是wt.%）：碳：0.2-0.45；锰：1.1-1.8；硅：0.8-1.5；铬：0.3-1.2；硼：0.05-0.20；钛：0.08-0.30；氮：0.03-0.20；钙：0.05-0.15；钾：0.04-0.15；钇：0.08-0.25；镁：0.03-0.12；其余为铁和不可避免的微量杂质。这种合金铸钢不足是，由于硼的含量过高，导致钢的脆性增大；含钙较高，使钢中的夹杂物增多，并且，过量的钇会导致夹杂物呈破碎链状分布，反而有损钢的塑性和韧性，降低了耐磨钢的冶金质量。为此，我们提出了一种高强度、高韧性低合金耐磨钢及其制造方法。

发明内容

本发明提出了一种高强度、高韧性低合金耐磨钢及其制造方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明提出了一种高强度、高韧性低合金耐磨钢，其原料按百分比的配方如下：碳(C)0.25-0.35%、锰(Mn)1.2-1.8%、硅(Si)0.45-0.55%、铬(Cr)1.0-1.5%、镍(Ni)0.6-0.8%、钼(Mo)0.4-0.6%、硼0.002-0.003%、稀土元素0.02-0.06%、其余为铁(Fe)以及不可避免的杂质元素。

优选的，锰（Mn）与硅（Si）的质量之和需在1.85%-2.2%之间。

优选的，高强度、高韧性耐磨钢中的组织中有少量的铁素体含量，强力耐磨钢有着良好的机械性能和优良的金相组织。

优选的，杂质元素中的磷（P）的含量需小于0.015%，硫（S）的含量需小于0.025%。

本发明还提供了一种高强度、高韧性低合金耐磨钢的制造方法，包括如下步骤：

1)、选取中频感应电炉，首先将配好的废钢，钼铁，镍板，增碳剂加入中频感应电炉中，待熔解后加入铬铁，硅铁，纯锰，完全熔落后，将电流关闭，使用石川除渣剂除渣，待炉渣除去后，取样块进行分析，根据化学成分分析结果，进行调整，化性满足后，测温脱氧出钢，出钢温度1620-1640℃，在钢包中钢水到1/3处先加入铝条进行脱氧，到1/2处加入稀土合金，到2/3处加入硅钙合金，脱氧完成后加入硼铁，改善钢水的流动性，并在1560-1580摄氏度的环境下对钢水进行浇注，从而能够形成铸件；

2)、在出铸件时先加入铝进行脱氧，再加入硅钙合金，使形成钙铝酸使脱氧产物上浮降低脱氧产物的熔点增加钢水的流动性，且使用稀土合金，能够改变夹杂物类型，将叶片状的夹杂物转变为球状的，防止破坏金相组织的完整性，增加钢材的韧性和屈服强度；

3)、低合金耐磨钢为高硬度的铸件，焊补后焊补部位的机械性能和金相组织均发生变化，要恢复原有的金相组织的机械性能，焊补后铸件要给予适合的热处理，需确保所有焊补在热处理前完成，焊补后至少要在200摄氏度的条件下进行回火；

4)、采用特殊的热处理工艺，铸件经过扩散退火，马淬火，以及高温回火热处理，铸件获得马氏体+贝氏体组织+少量铁素体，经热处理后，得到高强度，高硬度，优良的韧性且组织和性能良好的低合金耐磨钢铸件。

优选的，所述的低合金耐磨钢铸件的铸态组织为珠光体组织，且组织晶粒细。

优选的，所述的低合金耐磨钢铸件焊补会造成铸件焊补部位热影响区组织晶粒粗大，热应力较集中，影响钢结构件的强度和韧性，故一切焊补在热处理前完成，能够通过后续的热处理细化组织，释放应力。

优选的，所述的扩散退火，低合金耐磨钢铸件经900-950℃奥氏体化，保温2-5小时，炉冷至常温。

优选的，所述的马淬火，低合金耐磨钢铸件经900-950℃奥氏体化，保温2-5小时，水冷至铸件表面温度到150-200℃，再使铸件空冷。

优选的，所述的高温回火，铸件经500-540℃保温3-5小时，空冷至常温。

本发明的有益效果在于：本发明的高强度、高韧性耐磨钢是含有微量硼元素和稀土元素的低合金结构钢，通过热处理工艺和优良铸造工艺，该低合金耐磨钢具备较高的强度（抗拉大于1300Mpa）和硬度(约40HRC)，且常温韧性良好，可以作为优秀的耐磨机构件的材质；通过调整化学性质，提高材质的硬度且有良好的韧性，控制制程中产生的夹杂物种类及数量；并通过热处理工艺，调整材质的硬度和韧性，使材质更加适用于耐磨工况的结构用钢。

附图说明

图1是铸件铸态组织的金相组织100×的示意图。

图2是铸件铸态组织的金相组织500×的示意图。

图3是炉号NM40-1试棒取样1的金相组织100×的示意图。

图4是炉号NM40-1试棒取样1的金相组织500×的示意图。

图5是炉号NM40-2试棒取样1的金相组织100×的示意图。

图6是炉号NM40-2试棒取样1的金相组织500×的示意图。

图7是炉号NM40-3试棒取样1的金相组织100×的示意图。

图8是炉号NM40-3试棒取样1的金相组织500×的示意图。

图9是炉号NM40-1试棒的取样1夹杂物Ⅲ型粗系1级示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。

实施例1

参考图1-9，本发明提出了一种高强度、高韧性低合金耐磨钢，高强度、高韧性低合金耐磨钢，其原料按百分比的配方如下：碳(C)0.25%、锰(Mn)1.2%、硅(Si)0.45%、铬(Cr)1.0%、镍(Ni)0.6%、钼(Mo)0.4%、硼0.002%、稀土元素0.02%、其余为铁(Fe)以及不可避免的杂质元素。

锰（Mn）与硅（Si）的质量之和需在1.85%-2.2%之间。

高强度、高韧性耐磨钢中的组织中有少量的铁素体含量，强力耐磨钢有着良好的机械性能和优良的金相组织。

杂质元素中的磷（P）的含量需小于0.015%，硫（S）的含量需小于0.025%。

本发明还提供了一种高强度、高韧性低合金耐磨钢的制造方法，包括如下步骤：

1)、选取中频感应电炉，首先将配好的废钢，钼铁，镍板，增碳剂加入中频感应电炉中，待熔解后加入铬铁，硅铁，纯锰，完全熔落后，将电流关闭，使用石川除渣剂除渣，待炉渣除去后，取样块进行分析，根据化学成分分析结果，进行调整，化性满足后，测温脱氧出钢，出钢温度1620℃，在钢包中钢水到1/3处先加入铝条进行脱氧，到1/2处加入稀土合金，到2/3处加入硅钙合金，脱氧完成后加入硼铁，改善钢水的流动性，并在1560摄氏度的环境下对钢水进行浇注，从而能够形成铸件；

2)、在出铸件时先加入铝进行脱氧，再加入硅钙合金，使形成钙铝酸使脱氧产物上浮降低脱氧产物的熔点增加钢水的流动性，且使用稀土合金，能够改变夹杂物类型，将叶片状的夹杂物转变为球状的，防止破坏金相组织的完整性，增加钢材的韧性和屈服强度；

3)、低合金耐磨钢为高硬度的铸件，焊补后焊补部位的机械性能和金相组织均发生变化，要恢复原有的金相组织的机械性能，焊补后铸件要给予适合的热处理，需确保所有焊补在热处理前完成，焊补后至少要在200摄氏度的条件下进行回火，焊后回火不能改变焊补热影响区的金相组织，不过可以使未回火马氏体转化成回火马氏体，增加韧性，同时，回火可以降低焊补所造成的拉应力，减少作业破碎的原因，低合金耐磨钢经过完全热处理后，焊缝硬度才升高到基体的硬度，焊接热影响区和焊缝处硬度一样，焊后回火没有软化焊接热影响区的硬度，焊后淬火加回火，可以使焊接热影响区消失，但是焊接经淬火，会是热影响区组织发生变化，产生部分的低强度的铁素体组织；

4)、采用特殊的热处理工艺，铸件经过扩散退火，马淬火，以及高温回火热处理，铸件热处理工艺对铸钢件组织进行调整，细化组织，消除铸态组织中的偏析，对铸钢件的机械性能和金相组织有优化的效果，得到了最佳的热处理工艺，通过三道热处理工艺，得到了具备高强度，高韧性，极高的硬度，以及非常良好的耐磨性质的材质，机械性能优良，为减少或消除各种合金元素及非合金元素在钢中的显微偏析，使化学成分趋于均匀化，以达到改善钢的组织，提高钢的力学性能，铸件获得马氏体+贝氏体组织+少量铁素体，经热处理后，得到高强度，高硬度，优良的韧性且组织和性能良好的低合金耐磨钢铸件。

所述的低合金耐磨钢铸件的铸态组织为珠光体组织，且组织晶粒细。

所述的低合金耐磨钢铸件焊补会造成铸件焊补部位热影响区组织晶粒粗大，热应力较集中，影响钢结构件的强度和韧性，故一切焊补在热处理前完成，能够通过后续的热处理细化组织，释放应力。

所述的扩散退火，低合金耐磨钢铸件经900℃奥氏体化，保温2小时，炉冷至常温；所述的马淬火，低合金耐磨钢铸件经900℃奥氏体化，保温2小时，水冷至铸件表面温度到150℃，再使铸件空冷；所述的高温回火，铸件经500℃保温3小时，空冷至常温。

实施例2

本发明提出了一种高强度、高韧性低合金耐磨钢，高强度、高韧性低合金耐磨钢，其原料按百分比的配方如下：碳(C)0.35%、锰(Mn)1.8%、硅(Si)0.55%、铬(Cr)1.5%、镍(Ni)0.8%、钼(Mo)0.6%、硼0.003%、稀土元素0.06%、其余为铁(Fe)以及不可避免的杂质元素。

锰（Mn）与硅（Si）的质量之和需在1.85%-2.2%之间。

高强度、高韧性耐磨钢中的组织中有少量的铁素体含量，强力耐磨钢有着良好的机械性能和优良的金相组织。

杂质元素中的磷（P）的含量需小于0.015%，硫（S）的含量需小于0.025%。

本发明还提供了一种高强度、高韧性低合金耐磨钢的制造方法，包括如下步骤：

1)、选取中频感应电炉，首先将配好的废钢，钼铁，镍板，增碳剂加入中频感应电炉中，待熔解后加入铬铁，硅铁，纯锰，完全熔落后，将电流关闭，使用石川除渣剂除渣，待炉渣除去后，取样块进行分析，根据化学成分分析结果，进行调整，化性满足后，测温脱氧出钢，出钢温度1640℃，在钢包中钢水到1/3处先加入铝条进行脱氧，到1/2处加入稀土合金，到2/3处加入硅钙合金，脱氧完成后加入硼铁，改善钢水的流动性，并在1580摄氏度的环境下对钢水进行浇注，从而能够形成铸件；

2)、在出铸件时先加入铝进行脱氧，再加入硅钙合金，使形成钙铝酸使脱氧产物上浮降低脱氧产物的熔点增加钢水的流动性，且使用稀土合金，能够改变夹杂物类型，将叶片状的夹杂物转变为球状的，防止破坏金相组织的完整性，增加钢材的韧性和屈服强度；

3)、低合金耐磨钢为高硬度的铸件，焊补后焊补部位的机械性能和金相组织均发生变化，要恢复原有的金相组织的机械性能，焊补后铸件要给予适合的热处理，需确保所有焊补在热处理前完成，焊补后至少要在200摄氏度的条件下进行回火，焊后回火不能改变焊补热影响区的金相组织，不过可以使未回火马氏体转化成回火马氏体，增加韧性，同时，回火可以降低焊补所造成的拉应力，减少作业破碎的原因，低合金耐磨钢经过完全热处理后，焊缝硬度才升高到基体的硬度，焊接热影响区和焊缝处硬度一样，焊后回火没有软化焊接热影响区的硬度，焊后淬火加回火，可以使焊接热影响区消失，但是焊接经淬火，会是热影响区组织发生变化，产生部分的低强度的铁素体组织；

4)、采用特殊的热处理工艺，铸件经过扩散退火，马淬火，以及高温回火热处理，铸件热处理工艺对铸钢件组织进行调整，细化组织，消除铸态组织中的偏析，对铸钢件的机械性能和金相组织有优化的效果，得到了最佳的热处理工艺，通过三道热处理工艺，得到了具备高强度，高韧性，极高的硬度，以及非常良好的耐磨性质的材质，机械性能优良，为减少或消除各种合金元素及非合金元素在钢中的显微偏析，使化学成分趋于均匀化，以达到改善钢的组织，提高钢的力学性能，铸件获得马氏体+贝氏体组织+少量铁素体，经热处理后，得到高强度，高硬度，优良的韧性且组织和性能良好的低合金耐磨钢铸件。

所述的低合金耐磨钢铸件的铸态组织为珠光体组织，且组织晶粒细。

所述的低合金耐磨钢铸件焊补会造成铸件焊补部位热影响区组织晶粒粗大，热应力较集中，影响钢结构件的强度和韧性，故一切焊补在热处理前完成，能够通过后续的热处理细化组织，释放应力。

所述的扩散退火，低合金耐磨钢铸件经950℃奥氏体化，保温5小时，炉冷至常温；所述的马淬火，低合金耐磨钢铸件经950℃奥氏体化，保温5小时，水冷至铸件表面温度到200℃，再使铸件空冷；所述的高温回火，铸件经540℃保温5小时，空冷至常温。

下面，对规定本发明的低合金耐磨钢的化学成分组成的理由进行说明；各元素含有的量皆为质量百分数wt%。

碳能和钼和铬组成碳化物，这些碳化物为硬度的来源。碳含量过低时，硬度较低，碳含量较高时，金相组织中有过量的没有溶解的碳化物，这些没有溶解碳化物增加了硬度，并且大部分存在于晶体边界，促进晶体脆化作用，因此冲击韧性降低，韧性太差。另外碳含量较高还会恶化钢的焊接性能。电炉炉料熔落时，钢水中的含碳量称为熔化碳，根据有关实验得到，高熔化碳的强度和韧性较低熔化碳的高，通过检测，高熔化碳的铸件内部拉应力明显低于低熔化碳的内部拉应力，且低熔化碳的组织中夹杂物的种类和数量较多，夹杂物较大。本发明在钢水熔落前，加入适量的增碳剂来增大熔化碳，最终的含碳量控制在0.25-0.35%。

硅可以除去钢中的氧，是主要的脱氧剂之一，并有较强的固溶强化效果，可以提高钢的强度，是铁素体形成元素，与铁素体含量有关，增加铁素体强度，故设定其下限为0.45%；但量多会降低钢材的韧性，硅含量过高会产生过量的夹杂，恶化焊接性能，因而将其上限定为0.55%。

锰有助于脱氧、脱硫且为奥氏体形成元素，可以强化铁素体，细化珠光体组织，同硅一样也有较强的固溶强化效果，可以使“C”曲线的鼻端右移。可提高钢材的淬透性，能提高中碳珠光体钢的强度，故设定其下限为1.2%，当锰含量较高时，会使组织晶粒粗化并增加回火脆性的不利倾向，故将上限定为1.8%.最终锰含量控制在1.2-1.8%。

锰和硅可以促使游离铁素体的转变，在金相转变初期，硅比锰效果明显，在后期硅的效果渐渐消失，锰的效果增加，有关实验分析，硅锰含量总和在1.8%-2.2%期间，耐磨钢有很好的机械性能和优良的金相组织，组织中有少量的铁素体，可以增加钢材的韧性和可焊接性。故将硅含量与锰含量合计范围定为1.8-2.2%

磷和硫是钢中的杂质，常存在于晶界中，在铸造冷却时，与其它杂质最后在晶界凝固，使钢材脆化，且有害于焊接性能,硫磷含量过高，降低韧性,故磷含量限制在0.025%以下，硫限制在0.015以下。

铬可以提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，同时还是强力碳化物合金元素，存在于基体中，在奥氏体化时，以碳化铬溶解于奥氏体中，回火时，部分碳化物在马氏体中析出，这些析出的碳化物和未溶解的碳化物，有抵抗磨损的作用，在钢材中的存在和分布状况，严重影响耐磨钢材质的磨损率。溶解在奥氏体中的碳化物，部分留存在马氏体中，给予马氏体强度和硬度，这就是耐磨钢高硬度和高强度的来源。这些碳化物比较稳定，可以细化晶粒。故设定铬含量下限为1.0%；铬含量过高时，会在晶界形成碳化物，降低钢材的韧性，且会造成生产成本的上升，故铬含量上限为1.5%。

钼和铬均为碳化物形成元素，可以显著提高钢材的淬透性，是很好的固溶强化元素；钼含量约0.5%时，能抑止或减低其它合金元素导致的回火脆性。它还提高耐热钢的热强性和蠕变强度，且可以普遍提高钢的抗蚀性能。但是钼的成本较高，故设定钼元素含量范围为0.4-0.6%。

镍能提高钢材的淬透性，能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸和碱都有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。与Cr、Mo结合时，可明显增加淬透性，镍钼钢具有很高的疲劳极限，对耐磨钢使用寿命有利，但镍为较贵的金属，含量较高时，会增加成本且恶化焊接性能，故设定镍含量范围为0.6-0.8%。

硼作为微量元素加入钢液,可明显提高钢材的淬透性，抑制有害元素向晶界偏聚，净化和强化晶界，降低元素偏析倾向，硼溶解在钢水中，部分和碳结合成为碳化硼，对钢材没有效果，仅溶解硼对淬硬性和铸钢基体有影响，硼不能对末端淬硬性有影响，但是对硬化性，金相组织，韧性以及降低铁素体的转变，有稳定作用，能较好的控制铸件品质。硼可以降低钢水的表面张力，增加钢水的流动性。但是硼容易与O、N结合生成非金属夹杂物，故在熔炼时，使用稀土合金、硅钙合金、铝脱氧去氮后，才加入硼铁。合金钢中硼含量过高时，反而会恶化淬透性，故设定硼元素含量范围为0.002-0.003%。

稀土元素不仅可以使得铸件化学成分均匀，而且可以改变钢中夹杂物的种类、形态、大小和分布，能促使杂质以球状存在与金相组织中，减少叶状夹杂物的存在，对高强度钢材的韧性有很大的益处。稀土元素的化学性质特别活跃，同钢中的N、O有很强的亲和力，并形成比重轻（易上浮）的难熔化合物，故具备脱氧，去氮，减少非金属夹杂物的净化作用。同时作为表面活性元素，可以吸附在正在长大的固态晶核表面，形成薄膜，阻碍了晶体长大，从而细化晶粒和减少偏析，改善钢的化学成分的均匀性。稀土元素可以细化晶粒，还可以降低氧化物和硫化物杂质在钢液中溶解度，有益于夹杂物的上浮，提高钢液的清净度，提高铸钢件的品质，增加铸钢件的韧性。且稀土元素在晶界与低熔点的As、Sn、Pb、P等有害元素相互作用，抑制有害元素向晶界偏聚，净化和强化晶界。过量的稀土元素会导致夹杂物含量增多，将降低钢的塑性和韧性。故设定稀土元素：0.02-0.06%。

其余为Fe与不可避免的杂质元素，这些杂质元素对焊接性能和铸造性能都是不利的，故杂质元素含量要严格控制，不宜太高。

铸钢熔炼过程中添加的脱氧剂也是影响低合金耐磨钢铸钢组织和性能的重要因素，在熔炼过程中添加铝条、硅钙合金和稀土合金进行脱氧:

铝为强脱氧剂之一，它与氮及氧的亲和力很强，铝在钢中的作用，作炼钢时的脱氧定氮剂，并细化晶粒，阻抑碳钢的时效，提高钢在低温下的韧性；有实验研究得到，当钢液中残余的铝含量低于0.015%时，残余的铝含量已经起不到脱氧的效果了，因此考虑到铝加入到钢液中，会先消耗掉一部分，故将铝含量的下限定为0.03%，使得残余的铝含量大于0.015%,保证在钢水进入模穴，残余的铝含量还可以起到脱氧的作用；铝含量超过0.07%时，因为铝和氮结合成氮化铝，存在于晶界中，促使断裂在晶界处发生，造成沿晶破碎。故AL含量残余量应控制在0.03-0.07%。

硅钙合金：同铝加入硅钙合金，可形成钙铝酸使脱氧产物上浮并降低脱氧产物的熔点增加钢水的流动性。经过实验得到，硅钙合金加入量为0.12%时，脱氧效果最佳，且夹杂物含量较少。

实施例3

本实施例的铸件采用CO2硬化水玻璃砂铸造型，炉衬为中性，以中频感应电炉熔炼，首先将配好的废钢，钼铁，镍板，增碳剂加入炉中，待熔解后加入铬铁，硅铁，纯锰，完全熔落后，将电流关闭，使用石川除渣剂除渣，带炉渣除去后，取样块进行分析，根据化学成分分析结果，进行调整，化性满足后，测温脱氧出钢，出钢温度1620-1640℃，加入铝条，稀土合金，硅钙合金，进行脱氧，脱氧完成后加入硼铁，改善钢水的流动性。浇注温度控制在1560-1580℃。熔炼浇注了六炉铸件，每一个炉次各浇注了一个ASTMA703规范规定的试样坯，各炉成分如下：

表1：低合金耐磨钢化学成分（wt.%）

这些成分都符合本发明具体实施方式中的要求。

接着每一个炉次的试棒都与铸件同时进炉做热处理，热处理工艺见下表2

表2热处理要求

试棒和铸件的热处理方式符合本发明具体实施方式中的要求。试棒按照ASTMA370规范加工成拉伸性能试棒并以微机控制电液伺服万能试验机WAW-600E进行拉伸试验。冲击试块在双制冷自动低温冲击试验机中做常温的冲击试验，硬度采用洛氏硬度计检测，检测值如下：力学性能如下。

表3低合金耐磨钢机械性能（wt.%）

本发明的低合金耐磨结构钢，抗拉强度Rm≥1290Mpa，屈服强度Rp0.2≥1080Mpa，断后收缩率Ψ≥25%，硬度大于39HRC,常温冲击值Akv平均值≥23J。强度较高，韧性也良好，远高于标准ASTMA148要求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高强度、高韧性低合金耐磨钢，其特征在于，其原料按百分比的配方如下：碳(C)0.25-0.35%、锰(Mn)1.2-1.8%、硅(Si)0.45-0.55%、铬(Cr)1.0-1.5%、镍(Ni)0.6-0.8%、钼(Mo)0.4-0.6%、硼0.002-0.003%、稀土元素0.02-0.06%、其余为铁(Fe)以及不可避免的杂质元素。

2.根据权利要求1所述的高强度、高韧性低合金耐磨钢，其特征在于，锰（Mn）与硅（Si）的质量之和需在1.85%-2.2%之间。

3.根据权利要求1所述的高强度、高韧性低合金耐磨钢，其特征在于，高强度、高韧性耐磨钢中的组织中有少量的铁素体含量，强力耐磨钢有着良好的机械性能和优良的金相组织。

4.根据权利要求1所述的高强度、高韧性低合金耐磨钢，其特征在于，杂质元素中的磷（P）的含量需小于0.015%，硫（S）的含量需小于0.025%。

5.一种根据权利要求1-4所述的高强度、高韧性低合金耐磨钢的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)、选取中频感应电炉，首先将配好的废钢，钼铁，镍板，增碳剂加入中频感应电炉中，待熔解后加入铬铁，硅铁，纯锰，完全熔落后，将电流关闭，使用石川除渣剂除渣，待炉渣除去后，取样块进行分析，根据化学成分分析结果，进行调整，化性满足后，测温脱氧出钢，出钢温度1620-1640℃，在钢包中钢水到1/3处先加入铝条进行脱氧，到1/2处加入稀土合金，到2/3处加入硅钙合金，脱氧完成后加入硼铁，改善钢水的流动性，并在1560-1580摄氏度的环境下对钢水进行浇注，从而能够形成铸件；

2)、在出铸件时先加入铝进行脱氧，再加入硅钙合金，使形成钙铝酸使脱氧产物上浮降低脱氧产物的熔点增加钢水的流动性，且使用稀土合金，能够改变夹杂物类型，将叶片状的夹杂物转变为球状的，防止破坏金相组织的完整性，增加钢材的韧性和屈服强度；

3)、低合金耐磨钢为高硬度的铸件，焊补后焊补部位的机械性能和金相组织均发生变化，要恢复原有的金相组织的机械性能，焊补后铸件要给予适合的热处理，需确保所有焊补在热处理前完成，焊补后至少要在200摄氏度的条件下进行回火；

4)、采用特殊的热处理工艺，铸件经过扩散退火，马淬火，以及高温回火热处理，铸件获得马氏体+贝氏体组织+少量铁素体，经热处理后，得到高强度，高硬度，优良的韧性且组织和性能良好的低合金耐磨钢铸件。

6.根据权利要求5所述的高强度、高韧性低合金耐磨钢的制造方法，其特征在于，所述的低合金耐磨钢铸件的铸态组织为珠光体组织，且组织晶粒细。

7.根据权利要求5所述的高强度、高韧性低合金耐磨钢的制造方法，其特征在于，所述的低合金耐磨钢铸件焊补会造成铸件焊补部位热影响区组织晶粒粗大，热应力较集中，影响钢结构件的强度和韧性，故一切焊补在热处理前完成，能够通过后续的热处理细化组织，释放应力。

8.根据权利要求5所述的高强度、高韧性低合金耐磨钢的制造方法，其特征在于，所述的扩散退火，低合金耐磨钢铸件经900-950℃奥氏体化，保温2-5小时，炉冷至常温。

9.根据权利要求5所述的高强度、高韧性低合金耐磨钢的制造方法，其特征在于，所述的马淬火，低合金耐磨钢铸件经900-950℃奥氏体化，保温2-5小时，水冷至铸件表面温度到150-200℃，再使铸件空冷。

10.根据权利要求5所述的高强度、高韧性低合金耐磨钢的制造方法，其特征在于，所述的高温回火，铸件经500-540℃保温3-5小时，空冷至常温。