CN109252099A - 一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法，包括原材料准备—原材料热熔—TIN按比例加入—铸钢退火—铸钢淬火、回火—铸钢质量检测工艺步骤，通过等温淬火、高温回火等一系列热处理工艺，具有良好的抗拉性能，不易变形或者断裂，通过TIN在热熔过程中的适量加入，断裂延伸率≥12%；V型冲击功≥45J，洛氏硬度HRC40‑45，铸钢具备较高的抗冲击能力，铸钢的耐磨性能是NM450耐磨板的1.5倍，具有良好的耐磨性能，铸钢的耐磨程度均匀，通过在900±3℃的退火炉内进行退火，配合鼓风机与风叶，使生产的铸钢耐磨性均匀，避免了铸钢因各部位材质不同而引起的焊接性差、焊接缺陷多、焊接应力高，以及易断裂的问题。

Description

一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及铸钢技术领域，具体涉及一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法。

背景技术

钢铁材料具有生产规模大、易于加工、性能可靠、使用方便等特点，故在实际使用中仍是占据主导地位的工程材料，全世界每年钢铁材料消耗量达7亿吨以上，其中50%由于材料磨损而消耗，据不完全统计，我国每年消耗金属材料达300万吨以上，而材料磨损的主要原因之一是因其强韧性不足，从而在冲击磨损条件下，放生脆性损害，如何提高耐磨材料的强韧性及强度，是一种追求的目标。

现有耐磨材质为高锰钢、高铬铸铁等，其中高锰钢只有在冲击大、应力高、磨料硬的情况下才耐磨，而且其屈服强度低、易于变形，高铬铸铁含有超过20%的高硬度共晶碳化物，具有优异的耐磨性，但存在高温热处理易变性和开裂的不足，脆性大，故使用过程中易剥落开裂，同时在湿磨工况下腐蚀比较严重，耐磨性能不够均匀，铸钢因各部位材质不同而引起的焊接性差、焊接缺陷多、焊接应力高，以及易断裂的问题，本发明主要研制一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法，解决上述现有材质所存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法，通过等温淬火、高温回火等一系列热处理工艺，控制铸钢等温淬火温度为350±3℃，回火温度为550±3℃，减小或消除淬火铸钢中的内应力，得到的铸钢抗拉强度≥1200MPa，具有良好的抗拉性能，在承受外间拉力时，不易变形或者断裂，增加铸钢的使用寿命，通过TIN在热熔过程中的适量加入，断裂延伸率≥12%；V型冲击功≥45J，洛氏硬度HRC40-45，铸钢具备较高的抗冲击能力，并能在复杂的工况条件下承受一定载荷，防止断裂失效，通过将原材料按照C:0.2-0.4wt%，Si:0.5-1.1wt%，Mn:0.6-1.5wt%，Mo:0.2-0.8wt%，Ni:0.4-0.6wt%，V:0.04-0.05%，P≤0.025wt%，S≤0.025wt%，Al:≤0.07wt%，W：0.1-0.2wt%，其余为Fe进行熔融，使得铸钢的耐磨性能是NM450耐磨板的1.5倍，具有良好的耐磨性能，铸钢的耐磨程度均匀，通过在900±3℃的退火炉内进行退火，配合鼓风机与风叶，风叶退火室内的空气流动，同时配合鼓风机使退火室内的燃气不断得到补充，进而使得退火过程中退火室内的热量均匀流动，大大提升了退火质量，经扩散退火预处理使晶粒均匀化，进而使生产的铸钢耐磨性均匀，不存在各部位耐磨性不一致问题，避免了铸钢因各部位材质不同而引起的焊接性差、焊接缺陷多、焊接应力高，以及易断裂的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法，其特征在于：包括原材料准备—原材料热熔—TIN按比例加入—铸钢退火—铸钢淬火、回火—铸钢质量检测工艺步骤，具体步骤如下：

（1）原材料准备：将铸钢所需要的原材料按照一定比例准备；

（2）原材料热熔：控制高温熔炉的温度，并将准被好的原材料置于高温熔炉中进行热熔；

（3）TIN按比例加入：在原材料在高温熔炉中热熔时加入一定比例的TIN，热熔后将钢水进行浇注；

（4）铸钢退火步骤如下：

①将铸钢置于置物台上，并将置物台向退火室方向推动；

②配合滑轮，第一电动机转动带动传动链使活动门向下运动，最后使退火炉关闭；

③第二电动机带动风叶转动，同时鼓风机将空气从鼓风管送入退火室内，增加退火室内的热量流动，使退火室内温度均匀；

④加热管加热控制退火室的温度对铸钢进行退火处理；

⑤退火完成后，将铸钢从退火室内取出。

（5）铸钢淬火、回火：将退火完成的铸钢进行恒温淬火，一段时间后，将逐渐进行回火处理，减小或消除淬火铸钢中的内应力；

（6）铸钢质量检测：将初级铸钢制品运送到检测台机进行质量检测，检测合格的即为铸钢成品。

本发明的进一步改进方案在于：步骤（1）中的原材料比例为：C:0.2-0.4wt%，Si:0.5-1.1wt%，Mn:0.6-1.5wt%，Mo:0.2-0.8wt%，Ni:0.4-0.6wt%， V:0.04-0.05%，P≤0.025wt%，S≤0.025wt%，Al:≤0.07wt%，W：0.1-0.2wt%，其余为Fe。

本发明的进一步改进方案在于：步骤（2）中的TIN的加入量为：占原材料的化学质量的0.02-0.04wt%。

本发明的进一步改进方案在于：步骤（4）中的铸钢退火温度为900±3℃，步骤（5）中的铸钢等温淬火的温度为350±3℃，铸钢回火的温度为550±3℃。

本发明的进一步改进方案在于：步骤（4）所述的退火炉包括炉外壳，所述炉外壳的内部设置有退火室，所述炉外壳的一侧外表面设置有滑轨，所述滑轨的内侧外表面设置有活动门，所述滑轨的内侧外表面靠近活动门的上方设置有固定横梁，所述固定横梁的上端外表面设置有支撑架，所述支撑架的内侧外表面设置有滑轮，所述滑轨的前端外表面设置有第一电动机，所述第一电动机与滑轮之间设置有传动链，所述退火室的一侧外表面设置有风叶，所述风叶的一端设置有第二电动机，所述退火室的一侧外表面靠近风叶的下方设置有鼓风管，所述鼓风管的一端设置有鼓风机。

本发明的进一步改进方案在于：所述炉外壳的上端外表面设置有排烟管，所述排烟管贯穿于炉外壳的上端外表面，所述排烟管与炉外壳之间为固定连接，所述炉外壳的内侧的上端外表面设置有加热管，所述加热管的输入端口与炉外壳的输出端口电性连接。

本发明的进一步改进方案在于：所述炉外壳的一侧设置有置物台，所述置物台的下端外表面设置有滚轮，所述置物台与滚轮之间为活动连接，所述置物台与炉外壳之间通过滚轮活动连接，所述滚轮的数量为若干组，所述滚轮呈阵列排布。

本发明的进一步改进方案在于：所述活动门与滑轨以及炉外壳之间均为活动连接，所述传动链的一端与活动门之间为固定连接，所述滑轨与炉外壳之间为固定连接。

本发明的进一步改进方案在于：所述滑轮与支撑架之间为固定连接，所述支撑架与滑轮的数量均为两组，所述传动链与滑轮以及第一电动机之间均为活动连接，所述固定横梁与支撑架以及滑轨之间均为固定连接。

本发明的进一步改进方案在于：所述鼓风管贯穿于退火室与炉外壳的一侧外表面，所述鼓风管与炉外壳之间为固定连接，所述风叶与第二电动机之间为活动连接，所述第二电动机与鼓风机的输入端口与炉外壳的输出端口电性连接。

本发明的有益效果：

（1）通过等温淬火、高温回火等一系列热处理工艺，控制铸钢等温淬火温度为350±3℃，回火温度为550±3℃，减小或消除淬火铸钢中的内应力，得到的铸钢抗拉强度≥1200MPa，具有良好的抗拉性能，在承受外间拉力时，不易变形或者断裂，增加铸钢的使用寿命。

（2）通过TIN在热熔过程中的适量加入，断裂延伸率≥12%；V型冲击功≥45J，洛氏硬度HRC40-45，铸钢具备较高的抗冲击能力，并能在复杂的工况条件下承受一定载荷，防止断裂失效。

（3）通过将原材料按照C:0.2-0.4wt%，Si:0.5-1.1wt%，Mn:0.6-1.5wt%，Mo:0.2-0.8wt%，Ni:0.4-0.6wt%，V:0.04-0.05%，P≤0.025wt%，S≤0.025wt%，Al:≤0.07wt%，W：0.1-0.2wt%，其余为Fe进行熔融，使得铸钢的耐磨性能是NM450耐磨板的1.5倍，具有良好的耐磨性能。

（4）铸钢的耐磨程度均匀，通过在900±3℃的退火炉内进行退火，配合鼓风机与风叶，风叶退火室内的空气流动，同时配合鼓风机使退火室内的燃气不断得到补充，进而使得退火过程中退火室内的热量均匀流动，大大提升了退火质量，经扩散退火预处理使晶粒均匀化，进而使生产的铸钢耐磨性均匀，不存在各部位耐磨性不一致问题，避免了铸钢因各部位材质不同而引起的焊接性差、焊接缺陷多、焊接应力高，以及易断裂的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法流程图。

图2为本发明一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法中退火炉的剖视示意图。

图3为本发明一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法中退火炉的正面示意图。

图4为本发明一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法中退火炉的局部示意图。

图5为本发明一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法中图4中A的放大示意图。

图6为本发明一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法中图4中B的放大示意图。

图2-6附图标注：1、炉外壳；2、排烟管；3、退火室；4、加热管；5、置物台；6、滚轮；7、滑轨；8、活动门；9、固定横梁；10、支撑架；11、滑轮；12、第一电动机；13、传动链；14、风叶；15、第二电动机；16、鼓风管；17、鼓风机。

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。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法，包括原材料准备—原材料热熔—TIN按比例加入—铸钢退火—铸钢淬火、回火—铸钢质量检测工艺步骤，具体步骤如下：

（1）原材料准备：将铸钢所需要的原材料按照一定比例准备；

（2）原材料热熔：控制高温熔炉的温度，并将准被好的原材料置于高温熔炉中进行热熔；

（3）TIN按比例加入：在原材料在高温熔炉中热熔时加入一定比例的TIN，热熔后将钢水进行浇注；

（4）铸钢退火步骤如下：

①将铸钢置于置物台上，并将置物台向退火室方向推动；

②配合滑轮，第一电动机转动带动传动链使活动门向下运动，最后使退火炉关闭；

③第二电动机带动风叶转动，同时鼓风机将空气从鼓风管送入退火室内，增加退火室内的热量流动，使退火室内温度均匀；

④加热管加热控制退火室的温度对铸钢进行退火处理；

⑤退火完成后，将铸钢从退火室内取出。

（5）铸钢淬火、回火：将退火完成的铸钢进行恒温淬火，一段时间后，将逐渐进行回火处理，减小或消除淬火铸钢中的内应力；

（6）铸钢质量检测：将初级铸钢制品运送到检测台机进行质量检测，检测合格的即为铸钢成品。

实施例2

如图2-5所示，步骤（1）中的原材料比例为：C:0.2-0.4wt%，Si:0.5-1.1wt%，Mn:0.6-1.5wt%，Mo:0.2-0.8wt%，Ni:0.4-0.6wt%，V:0.04-0.05%，P≤0.025wt%，S≤0.025wt%，Al:≤0.07wt%，W：0.1-0.2wt%，其余为Fe。

本发明的进一步改进方案在于：步骤（2）中的TIN的加入量为：占原材料的化学质量的0.02-0.04wt%。

本发明的进一步改进方案在于：步骤（4）中的铸钢退火温度为900±3℃，步骤（5）中的铸钢等温淬火的温度为350±3℃，铸钢回火的温度为550±3℃。

本发明的进一步改进方案在于：步骤（4）所述的退火炉包括炉外壳1，所述炉外壳1的内部设置有退火室3，所述炉外壳1的一侧外表面设置有滑轨7，所述滑轨7的内侧外表面设置有活动门8，所述滑轨7的内侧外表面靠近活动门8的上方设置有固定横梁9，所述固定横梁9的上端外表面设置有支撑架10，所述支撑架10的内侧外表面设置有滑轮11，所述滑轨7的前端外表面设置有第一电动机12，所述第一电动机12与滑轮11之间设置有传动链13，所述退火室3的一侧外表面设置有风叶14，所述风叶14的一端设置有第二电动机15，所述退火室3的一侧外表面靠近风叶14的下方设置有鼓风管16，所述鼓风管16的一端设置有鼓风机17。

本发明的进一步改进方案在于：所述炉外壳1的上端外表面设置有排烟管2，所述排烟管2贯穿于炉外壳1的上端外表面，所述排烟管2与炉外壳1之间为固定连接，所述炉外壳1的内侧的上端外表面设置有加热管4，所述加热管4的输入端口与炉外壳1的输出端口电性连接。

本发明的进一步改进方案在于：所述炉外壳1的一侧设置有置物台5，所述置物台5的下端外表面设置有滚轮6，所述置物台5与滚轮6之间为活动连接，所述置物台5与炉外壳1之间通过滚轮6活动连接，所述滚轮6的数量为若干组，所述滚轮6呈阵列排布。

本发明的进一步改进方案在于：所述活动门8与滑轨7以及炉外壳1之间均为活动连接，所述传动链13的一端与活动门8之间为固定连接，所述滑轨7与炉外壳1之间为固定连接。

本发明的进一步改进方案在于：所述滑轮11与支撑架10之间为固定连接，所述支撑架10与滑轮11的数量均为两组，所述传动链13与滑轮11以及第一电动机12之间均为活动连接，所述固定横梁9与支撑架10以及滑轨7之间均为固定连接。

实施例3

如图6所示，所述鼓风管16贯穿于退火室3与炉外壳1的一侧外表面，所述鼓风管16与炉外壳1之间为固定连接，所述风叶14与第二电动机15之间为活动连接，所述第二电动机15与鼓风机17的输入端口与炉外壳1的输出端口电性连接。

本高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法的工作原理：使用者将原材料按照C:0.2-0.4wt%，Si:0.5-1.1wt%，Mn:0.6-1.5wt%，Mo:0.2-0.8wt%，Ni:0.4-0.6wt%，V:0.04-0.05%，P≤0.025wt%，S≤0.025wt%，Al:≤0.07wt%，W：0.1-0.2wt%，其余为Fe进行准备，将原材料置于高温熔炉中使其加热融化，在将TIN按照原材料比例的0.02-0.04wt%加入其中，对混合形成的钢水进行浇注，成型后将铸钢进行退火，将铸钢置于置物台上，置物台在滚轮的配合下，使置物台向退火室的方向运动，进入退火室后启动第一电动机，通过传动链放下活动门，传动链沿滑轮运动，活动门沿滑轨向下运动，使退火室保持封闭，使用者开启加热管，对退火室进行加热并将温度控制在900±3℃，第二电动机带动风叶转动，增强退火室内的热空气流动，配合鼓风机与鼓风管，增加退火室内的燃气，使得铸钢在退火过程中受热更加均匀，提高退火的质量，产生的废气通过排烟口排出，使用者将退火完成的铸钢取出，控制第一电动机转动，拉动传动链沿滑轮表面移动，进而使活动门沿滑轨向上方抬升，使用者通过拉动置物台，将铸钢与置物台从退火室内一并拉出，再取下置物台上的铸钢，之后使用者再对铸钢进行等温淬火处理，温度控制在350±3℃，淬火完成后对铸钢进行回火处理，回火温度为550±3℃，完成后将初级铸钢制品运送到检测台机进行质量检测，检测合格的即为铸钢成品。

本发明通过等温淬火、高温回火等一系列热处理工艺，控制铸钢等温淬火温度为350±3℃，回火温度为550±3℃，减小或消除淬火铸钢中的内应力，得到的铸钢抗拉强度≥1200MPa，具有良好的抗拉性能，在承受外间拉力时，不易变形或者断裂，增加铸钢的使用寿命，通过TIN在热熔过程中的适量加入，断裂延伸率≥12%；V型冲击功≥45J，洛氏硬度HRC40-45，铸钢具备较高的抗冲击能力，并能在复杂的工况条件下承受一定载荷，防止断裂失效，通过将原材料按照C:0.2-0.4wt%，Si:0.5-1.1wt%，Mn:0.6-1.5wt%，Mo:0.2-0.8wt%，Ni:0.4-0.6wt%， V:0.04-0.05%，P≤0.025wt%，S≤0.025wt%，Al:≤0.07wt%，W：0.1-0.2wt%，其余为Fe进行熔融，使得铸钢的耐磨性能是NM450耐磨板的1.5倍，具有良好的耐磨性能，铸钢的耐磨程度均匀，通过在900±3℃的退火炉内进行退火，配合鼓风机与风叶，风叶退火室内的空气流动，同时配合鼓风机使退火室内的燃气不断得到补充，进而使得退火过程中退火室内的热量均匀流动，大大提升了退火质量，经扩散退火预处理使晶粒均匀化，进而使生产的铸钢耐磨性均匀，不存在各部位耐磨性不一致问题，避免了铸钢因各部位材质不同而引起的焊接性差、焊接缺陷多、焊接应力高，以及易断裂的问题。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法，其特征在于：包括原材料准备—原材料热熔—TIN按比例加入—铸钢退火—铸钢淬火、回火—铸钢质量检测工艺步骤，具体步骤如下：

原材料准备：将铸钢所需要的原材料按照一定比例准备；

原材料热熔：控制高温熔炉的温度，并将准被好的原材料置于高温熔炉中进行热熔；

TIN按比例加入：在原材料在高温熔炉中热熔时加入一定比例的TIN，热熔后将钢水进行浇注；

铸钢退火步骤如下：

将铸钢置于置物台上，并将置物台向退火室方向推动；

配合滑轮，第一电动机转动带动传动链使活动门向下运动，最后使退火炉关闭；

第二电动机带动风叶转动，同时鼓风机将空气从鼓风管送入退火室内，增加退火室内的热量流动，使退火室内温度均匀；

加热管加热控制退火室的温度对铸钢进行退火处理；

退火完成后，将铸钢从退火室内取出；

铸钢淬火、回火：将退火完成的铸钢进行恒温淬火，一段时间后，将逐渐进行回火处理，减小或消除淬火铸钢中的内应力；

铸钢质量检测：将初级铸钢制品运送到检测台机进行质量检测，检测合格的即为铸钢成品。

2.根据权利要求1所述的一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法，其特征在于：步骤（1）中的原材料比例为：C:0.2-0.4wt%，Si:0.5-1.1wt%，Mn:0.6-1.5wt%，Mo:0.2-0.8wt%，Ni:0.4-0.6wt%，V:0.04-0.05%，P≤0.025wt%，S≤0.025wt%，Al:≤0.07wt%，W：0.1-0.2wt%，其余为Fe。

3.根据权利要求1所述的一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法，其特征在于：步骤（2）中的TIN的加入量为：占原材料的化学质量的0.02-0.04wt%。

4.根据权利要求1所述的一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法，其特征在于：步骤（4）中的铸钢退火温度为900±3℃，步骤（5）中的铸钢等温淬火的温度为350±3℃，铸钢回火的温度为550±3℃。

5.根据权利要求1所述的一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的退火炉包括炉外壳（1），所述炉外壳（1）的内部设置有退火室（3），所述炉外壳（1）的一侧外表面设置有滑轨（7），所述滑轨（7）的内侧外表面设置有活动门（8），所述滑轨（7）的内侧外表面靠近活动门（8）的上方设置有固定横梁（9），所述固定横梁（9）的上端外表面设置有支撑架（10），所述支撑架（10）的内侧外表面设置有滑轮（11），所述滑轨（7）的前端外表面设置有第一电动机（12），所述第一电动机（12）与滑轮（11）之间设置有传动链（13），所述退火室（3）的一侧外表面设置有风叶（14），所述风叶（14）的一端设置有第二电动机（15），所述退火室（3）的一侧外表面靠近风叶（14）的下方设置有鼓风管（16），所述鼓风管（16）的一端设置有鼓风机（17）。

6.根据权利要求5所述的一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法，其特征在于：所述炉外壳（1）的上端外表面设置有排烟管（2），所述排烟管（2）贯穿于炉外壳（1）的上端外表面，所述排烟管（2）与炉外壳（1）之间为固定连接，所述炉外壳（1）的内侧的上端外表面设置有加热管（4），所述加热管（4）的输入端口与炉外壳（1）的输出端口电性连接。

7.根据权利要求5所述的一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法，其特征在于：所述炉外壳（1）的一侧设置有置物台（5），所述置物台（5）的下端外表面设置有滚轮（6），所述置物台（5）与滚轮（6）之间为活动连接，所述置物台（5）与炉外壳（1）之间通过滚轮（6）活动连接，所述滚轮（6）的数量为若干组，所述滚轮（6）呈阵列排布。

8.根据权利要求5所述的一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法，其特征在于：所述活动门（8）与滑轨（7）以及炉外壳（1）之间均为活动连接，所述传动链（13）的一端与活动门（8）之间为固定连接，所述滑轨（7）与炉外壳（1）之间为固定连接。

9.根据权利要求5所述的一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法，其特征在于：所述滑轮（11）与支撑架（10）之间为固定连接，所述支撑架（10）与滑轮（11）的数量均为两组，所述传动链（13）与滑轮（11）以及第一电动机（12）之间均为活动连接，所述固定横梁（9）与支撑架（10）以及滑轨（7）之间均为固定连接。

10.根据权利要求5所述的一种高韧性高强度铸钢耐磨材料及其制备方法，其特征在于：所述鼓风管（16）贯穿于退火室（3）与炉外壳（1）的一侧外表面，所述鼓风管（16）与炉外壳（1）之间为固定连接，所述风叶（14）与第二电动机（15）之间为活动连接，所述第二电动机（15）与鼓风机（17）的输入端口与炉外壳（1）的输出端口电性连接。