CN109825774A - 一种贝马奥复相耐磨蚀钢的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种贝马奥复相耐磨蚀钢的制备方法,该方法采用多合金元素少添加量相互制约，即启用上贝氏体组织加宽获取组织范围，热处理方式奥氏体到BS点采用快冷，中温采用慢冷变温获取上下贝氏体组织，低温范围内等温获马氏体残奥组织，整个工艺连贯起来连续生产，获取上下贝氏体马氏体奥氏体多项复合组织组成的耐磨钢，即抗击多种环境下的冲击和切削磨损又抗击腐蚀。生产工艺简化控制冷速的工艺，便于大生产简单的控制、质量好、耐磨性高的贝马奥复相耐磨蚀钢的制备方法。

Description

一种贝马奥复相耐磨蚀钢的制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料加工技术领域，具体涉及一种贝马奥复相耐磨蚀钢的制备方法。

背景技术

金属耐磨衬板、钢球主要广泛应用于火电、钢铁、冶炼、机械、煤炭、矿山、化工、水泥、港口码头等企业的输料系统、制粉系统、破碎系统等一切磨损大的机械设备上；

磨损机理—磨损形式主要分：划痕摩擦为主、冲击磨损为主、化学腐蚀、电化学腐蚀几种同时出现，影响金属耐磨产品质量因素取决于组织和力学性能。目前金属耐磨衬板、钢球基本上分3大类，第一类高锰钢奥氏体组织铸造衬板、钢球，优点塑性好耐冲击较好，耐划痕偏弱，碳含量高耐腐蚀性差；第二类属于中低合金钢淬火后马氏体或贝氏体组织为主，优点强度高耐划痕好，韧性不理想耐冲击偏弱；第三类耐磨铸铁以高合金形成碳化物以主，优点强度高耐划痕好，耐冲击偏弱，碳含高耐腐蚀性差。在一种复相锻造耐磨衬板制备方法(CN107201480A)、一种大规格高均匀性耐磨钢及其制造方法(NC108149156A)等在大生产过程中获取组织相对比较单一，磨损机理中同时出现各种复杂磨损因素，只靠单一为主的组织和性能的耐磨钢无法应对多种复杂磨损环境。

现场应用耐磨钢需要多项组织和性能，硬度不是抗击磨损最佳方式，上贝氏体羽毛状渗碳体析出硬度低，下贝氏体组织性能好中温等温获取温度范围较小难获取控，马氏体韧性低强度高低温变温获取温度范围大便于控制，空冷贝氏体获取大部分是马氏体组织。现场生产中尤其大截面产品热处理冷却中，内部温度和外部温度冷速不同，中温等温产品里外截面温度难控制，低温获取马氏体量太多，大生产产品截面冷速控制很难，马氏体量多很难解应对多种复杂磨损问题。

发明内容

为克服上述存在之不足，本发明的发明人通过长期的探索尝试以及多次的实验和努力，不断改革与创新，提出一种采用多合金元素少添加相互制约，热处理采用中温变温获取上下贝氏体奥氏体组织，低温范围内等温获少量的马氏体组织，整个工艺连贯起来连续生产，对节点有要求，对快冷慢冷没有严格要求，能获取多项复合组织的耐磨蚀钢，即抗击磨损又抗击腐蚀。生产成分多种量少、工艺简单，对BS点以下冷速没有任何要求，大生产便于控制产品截面的冷却和组织、质量好、耐磨性高的贝马奥复相耐磨蚀钢的制备方法。

本发明中一种贝马奥复相耐磨蚀钢制备方法的技术方案是：

其包括以下四个步骤：采用常规合金，冶炼成型，热处理，回火处理；

步骤一：主要合金元素

1)、按以下主要元素质量百分比选择合金：C 0.2-0.6wt％、Mn 1.5-5.0wt％、Cr0.1-3.0wt％、Al 0.1-3.0wt％、Si 0.1-3.0wt％、Mo 0.1-1.0wt％、Ni 0.1-2.0wt％、Cu0.1-1.0wt％、P 0-0.2wt％、S 0-0.03wt％、余量为Fe,辅助元素可以选择一种或几种合金元素B 0-0.3wt％、V 0-1.0wt％、W 0-1.0wt％、Ti 0-0.3wt％、Nb 0-0.3wt％、Re 0-0.3wt％、Ca 0-0.3wt％、Sn 0-0.3wt％、W 0-1.0wt％等；

步骤二：冶炼和成型

根据得到的钢材种类，冶炼工艺可采用其中一种方式：

(1)将步骤一由以上合金熔炼奥氏体化后进行在线控制轧制，控制相应的变形量和终轧温度，制备板材或棒材，再进行冷却(空冷、快冷、慢冷)到600度-100度，再升温200-750度保温2-24小时后冷却室温，完成整个工艺过程；

(2)将步骤一由以上合金熔炼成铸坯或钢锭后再加热后进行在线控制锻造，控制相应的变形量和锻造温度，制备板材或棒材，再进行冷却(空冷、慢冷、快冷)到600度-100度，或再升温200-750度保温2-24小时后冷却室温，完成整个工艺过程；

(3)将步骤一由以上合金熔炼化奥氏体化后进行浇注成型，冷却到100度左右；

步骤三：热处理(加热及冷却)

1、根据步骤二将上述铸件或已经过离线轧制、锻造的钢制品做成所需产品，也包括毛坯再冷成型或热成型所需制品，将钢制品加热到550度等温后再加热到奥氏体化保温；

2、通过将钢制品从奥氏体保温状态后，选定快冷介质到BS点，BS点后的冷却速度可以选择慢冷、快冷+等温方式到100度以上。(根据产品所需求的上贝氏体、下贝氏体、马氏体、残余奥氏体量的比例确定100度以上到Ms点某个温度来停止或等温。

所述由奥氏体区快冷过程所用介质包括的水、水溶液、淬火液、空冷，慢冷包括炉冷、堆冷、空冷，等温包括100度沸腾水、炉温和等温介质。

步骤四：回火

(1)将得到的钢制品再加热回火到200-650度某一温度后，选择在一定温度保温2-36小时，直接空冷到室温完成整个工艺过程全部结束。

本发明提供的一种贝马奥复相耐磨蚀钢制备方法的技术方案其本质四个步骤原理是：

1、合金多种合金元素少添加量的的思路

采用添加多种合金元素少添加量的模式：采用中、低C提高强度和提韧性。Mn、B、V、W提高与添加提高大截面产品的淬透性。Al、Si提高控制碳化物析出。Ni、Al、Cu、Cr、P添加提高抗腐蚀(铜加入耐大气腐蚀和电化学腐蚀)。Mo、Cr主要让珠光体和贝氏体分离珠光体向右推移，贝氏体左推移。添加W添加可以代替Mo、Ai、Si作用。Mn含量加大压低Bs、Ms点。添加少量的Ti、Nb、Re、Zr元素粒等合金元素起到辅助作用。关键采用合金控制珠光体与贝氏体分离，启用上贝氏体组织，加宽组织获取范围。

1、冶炼成型的思虑

通过冶炼后产品成型工艺可铸造、锻造、轧制后工艺，主要解决产品遗留钢中的有害元素的稳定性或析出及降低应力断裂机理，为后期热处理做前期铺垫，产品包括耐磨腐蚀板、球、管、耐磨蚀钢件等，对大截面耐磨蚀产品最佳。

2、热处理思路

通过产品成型后再加热到奥氏体区保温后保温一定时间，高温区快冷，奥氏体区到到BS点冷速越快越好，快冷的冷速不限，关键避开珠光体出现。中温区慢冷，BS点到100度冷速越慢越好，快冷必须等温、冷却速度不限定。目的获取上下贝氏体和奥氏体更多量。低温区Ms点-100度截止或等温，是减少马氏体含量增加残余奥氏体的含量和产品截面里外温度统一，性能组织的稳定性。

4、回火四路

低温回火后解除上下贝氏体马氏体残余奥氏体复相组织在冷却过程中的内应力，稳定残余奥氏体，获取良好的强、韧、塑性的匹配，能抵抗多种磨损和腐蚀的磨损机理，此技术生产成分、工艺简便，便于大生产冷却方式好控制。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，大家通常认为上贝氏体强度低韧性差，等温获取下贝氏体组织，连续冷却获取马氏体组织，单一组织很难解决抗击大冲击和切削磨损，(高锰钢奥氏体组织耐冲击最佳，合金钢基本上以马氏体组织为主抗切削最佳，下贝氏体组织强度高韧性好获取温度很窄)。

此专利采用主要合金的基础上添加多种合金元素少添加量相互制约，珠光体右移，贝氏体左移。热处理工艺采用奥氏体快冷进入BS点后再采用慢冷到100度，100度以上等温。获得上贝氏体和下贝氏体和马氏体和残余奥氏体复相组织的耐磨蚀钢。采用贝氏体区连续冷却马氏体区等温的模式，获取上贝氏体转变时铁素体条间的奥氏体保留下来与残余奥氏体组织联合来抗击大冲击磨损，下贝氏体和马氏体组织联合抗击切削磨损，铜铝镍的加入及耐大气腐蚀又解决了电化学腐蚀，此专利采用合金相互制约，从珠光体以下全部采用慢冷变温获取贝氏体组织，等温获取马氏体，根据产品应对不同的磨损环境，需要碳锰等元素降低Bs、Ms点，借助水的沸点温度来停止或等温，获取想要的理想产品奥氏体耐冲击磨损，贝氏体马氏体耐切削组织的比例，来提高耐多方面磨损和腐蚀能力，延长更换周期，降低生产成本。

磨损机理中同时出现各种复杂磨损因素，单一组织和性能的耐磨钢无法应对多种复杂磨损环境。所以专利集成技术集结后上下贝氏体马氏体奥氏体残奥复相组织每个优缺点相互互补，应对磨损机理中同时出现各种复杂磨损因素表现出良好效果。

附图说明

图1为本发明热处理温度范围示意图

图2为冷速与组织的关系示意图。

图3为冷速与组织的关系示意图。

图4为100度停止或恒温等待产品截面温度统一示意图。

图中：AC1-AC3为奥氏体的温度；P为珠光体；B为贝氏体；M为马氏体；Bs为贝氏体转变温度开始点；Ms为马氏体转变的起始温度；100度为水的沸点温度；室温为常规气候温度；Mf为马氏体转变完成温度。

具体实施方式

为使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

如图1-4所示：本发明中的贝马奥复相耐磨蚀钢的整体工艺是：

1)、按以下主要元素质量百分比选择合金：C 0.2-0.6wt％、Mn 1.5-5.0wt％、Cr0.1-3.0wt％、Al 0.1-3.0wt％、Si 0.1-3.0wt％、Mo 0.1-1.0wt％、Ni 0.1-2.0wt％、Cu0.1-1.0wt％、P 0-0.2wt％、S 0-0.03wt％、余量为Fe,辅助元素可以选择一种或几种合金元素B 0-0.3wt％、V 0-1.0wt％、W 0-1.0wt％、Ti 0-0.3wt％、Nb 0-0.3wt％、Re 0-0.3wt％、Ca 0-0.3wt％、Sn 0-0.3wt％、W 0-1.0wt％等；

2)、冶炼和轧制、锻造成型的：将步骤1)中的合金进行冶炼，然后采用锻造或轧制工艺成型后，再进行冷却到700-100度等温保温2-12小时后冷却室温，或成型后冷却到室温后再升温到200-700度保温2-12小时后冷却室温；

冶炼和铸造成型的：将步骤1)中的合金熔炼化奥氏体化后进行铸造成型后冷却到100度开箱；

3)、热处理及冷却:将步骤2)中的产品通过加热到奥氏体区后保温或产品通过加热到550±100度等温1-6小时后再加热到奥氏体区后保温，利用冷却介质快速冷却到Bs点，然后改变冷却方式，慢冷却至100度停止,或奥氏体区快冷到100度等温(100度等温包括Ms点-100度范围内某个点等温)；

4)、回火：将步骤3)得到的钢制品再加热回火到200-650度，保温2-36小时，然后空冷到室温得到贝马奥复相耐磨蚀钢。

其中所述多相混合组织为上贝氏体、下贝氏体、马氏体、奥氏体和残余奥氏体复相组织。冷却介质为水或水溶液或淬火液或空冷；慢冷包括炉冷或堆冷或空冷和等温，100度以上等温或停止是借用介质的沸点或炉子来调整产品不同截面冷速统一、组织均匀，减少马氏体含量，增加残奥含量，又便于大生产易控制。

下面给出8组具体的元素质量百分比合金中合金成分，

实施例1

一种贝马奥复相耐磨蚀钢制备过程如下：

1、按照表1中实施例1的合金元素质量百分比合金，

2、将上述合金熔炼后进行在线控制轧制比和温度轧制200mm方坯后再进行快冷到200度，再升温600度保温2小时后冷却室温，

3、将上述离线轧制制品再加热1200度采用磨具热压制成所需产品钢管或钢轨再进行冷却到650度保温4小时后冷却室温，

4、将上述热成型的钢制品从室温加热到完全奥氏体化保温5小时后；

5、将上述钢制品从奥氏体状态直接用淬火液冷却到350度后堆冷到室温；

6、将上述再加热350度保温4小时后，直接空冷到室温全部完成。

获取效果：上述工艺适合锻造和轧制耐磨蚀钢，获取马氏体组织组织较多，下贝氏体上贝氏体残余奥氏体组织较少，适合大切削、冲击、腐蚀电化学/化学的磨损环境下使用。

实施例2

一种贝马奥复相耐磨蚀钢制备过程如下：

1、按照表1中实施例2的合金元素质量百分比合金，

2、将上述合金熔炼后进行在线控制轧制比和温度轧制成300mm厚板材后再进行堆冷到室度，再升温650度保温4小时后冷却室温，

3、将上述离线轧制制品采用机械设备冷加工做成所需产品如车轮和衬板，

4、将上述冷成型的钢制品加热到完全奥氏体化保温6小时后；

5、将上述钢制品从奥氏体状态直接用淬火液快冷却到300度炉冷到100度；

6、将上述再加热300度保温3小时后，直接空冷到室温全部完成。

获取效果：上述工艺适合大截面轧制、锻造、铸造耐磨蚀钢，获取上贝氏体下贝氏体残余奥氏体较多，马氏体较少，适合物料大冲击、大切削、电化学/化学腐蚀的磨损环境下使用。

实施例3

一种贝马奥复相耐磨蚀钢制备过程如下：

1、按照表1中实施例3的合金元素质量百分比合金，

2、用常规炼钢工艺冶炼后，用砂型铸造或精密铸造工艺铸造成型；

3、将上述铸钢成型的铸件冷却到100度；

4、将上述铸件产品再加热到500±50度保证4小时再升温到880℃保温后，采用水直接冷却到100℃等温4小时。

5、将上述再加热350度保温6小时后，直接空冷到室温全部完成。

获取效果：上述工艺适合大截面铸造耐磨蚀钢，获取上贝氏体下贝氏体马氏体较多，残余奥氏体较多，适合物料大切削、弱冲击、腐蚀电化学/化学腐蚀的磨损环境下使用。

实施例4

一种贝马奥复相耐磨蚀钢制备过程如下：

1、按照表1中实施例4的合金元素质量百分比合金，

2、用常规炼钢工艺冶炼后，用砂型铸造或精密铸造工艺铸造成型；

3、将上述铸钢成型的铸件冷却到100度；

4、将上述铸件再加热到880℃保温后，采用空冷到100℃等温24小时；

5、再加热350度保温6小时后，直接空冷到室温全部完成。

获取效果：上述工艺适合大截面铸造耐磨蚀钢，适获取上贝氏体残余奥氏体下贝氏体较多，马氏体较少，合物料大冲击、大切削、化学腐蚀磨损环境下使用。

实施例5

一种贝马奥复相耐磨蚀钢制备过程如下：

1、按照表1中实施例5的合金元素质量百分比合金，

2、将上述合金熔炼后进行在线控制轧制比和温度轧制150mm圆坯后再进行堆冷到室温度，再升温300度保温4小时后冷却室温，

3、将上述离线轧制制品再加热采用磨具热成型所需产品钢球或斗齿、锤头再进行冷却到200度保温2小时后冷却室温，

4、将上述热成型的钢制品从室温加热到完全奥氏体化保温4小时后；

5、将上述钢制品从奥氏体状态直接用水快冷却到水沸点100度等温6小时；

6、将上述再加热250度保温6小时后，直接空冷到室温全部完成。

获取效果：上述工艺适合大截面轧制、锻造、铸造耐磨蚀钢，获取上贝氏体下贝氏体马氏体较多，残余奥氏体较少，适合物料大切削、大冲击、化学腐蚀的磨损环境下使用。

实施例6

一种贝马奥复相耐磨蚀钢制备过程如下：

1、按照表1中实施例6的合金元素质量百分比合金，

2、用常规炼钢工艺冶炼后，用砂型铸造或精密铸造工艺铸造成型；

3、将上述铸钢成型的铸件冷却到100度；

4、将上述铸件再加热到880℃保温120分钟后，采用直接空冷到200℃等温2小时；

5、将上述再加热250度保温14小时后，直接空冷到室温全部完成。

获取效果：上述工艺适合大截面铸造耐磨蚀钢，获取下贝氏体上贝氏体残余奥氏体较多，马氏体较少，适合物料大切削、大冲击、腐蚀电化学/化学腐蚀的磨损环境下使用。

实施例7

一种贝马奥复相耐磨蚀钢制备过程如下：

1、按照表1中实施例7的合金元素质量百分比合金，

2、用常规炼钢工艺冶炼后，用砂型铸造或精密铸造工艺铸造钢锭或钢坯成型；

3、将上述离线钢坯或钢锭再采用锻造成型做成所需产品或毛坯再进行冷却到600度保温10小时后冷却室温，

4、将上述成型的钢制品采用冷成型后再加热到完全奥氏体化保温4小时后；

5、将上述钢制品从奥氏体状态直接用淬火液快冷却到300度到炉内缓冷到室温；

6、将上述再加热300度保温6小时后，直接空冷到室温全部完成。

获取效果：上述工艺适合大截面轧制、锻造、铸造耐磨蚀钢，获取下贝氏体马氏体最多，上贝氏体残余奥氏体较少，适合物料大冲击、切削、化学腐蚀的磨损环境下使用。

实施例8

一种贝马奥复相耐磨蚀钢制备过程如下：

1、按照表1中实施例8的合金元素质量百分比合金，

2、将上述合金熔炼后进行在线控制轧制比和温度轧制250mm厚板材后再进行冷却到100度，再升温200度保温120分钟后冷却室温，

3、将上述离线轧制制品采用机械设备冷加工做成所需产品如车轮和衬板，

4、将上述冷成型的钢制品加热到完全奥氏体化保温240分钟后；

5、将上述钢制品从奥氏体状态直接用淬火液冷却冷到100度保温2小时；

6、将上述再加热300度保温5小时后，直接空冷到室温全部完成。

获取效果：上述工艺适合大截面轧制、锻造、铸造耐磨蚀钢，获取下贝氏体马氏体较多，上贝氏体残余奥氏体较少，适合物料大切削、冲击的磨损环境下使用。

Claims (4)

1.一种贝马奥复相耐磨蚀钢的制备方法，其特征在于，包括以下操作：

1)、按以下主要元素质量百分比选择合金：C0.2-0.6wt％、Mn1.5-5.0wt％、Cr0.1-3.0wt％、Al0.1-3.0wt％、Si0.1-3.0wt％、Mo0.1-1.0wt％、Ni0.1-2.0wt％、Cu0.1-1.0wt％、P0-0.2wt％、S0-0.03wt％、余量为Fe,辅助元素可以选择一种或几种合金元素B0-0.3wt％、V0-1.0wt％、W0-1.0wt％、Ti0-0.3wt％、Nb0-0.3wt％、Re0-0.3wt％、Ca0-0.3wt％、Sn0-0.3wt％、W0-1.0wt％等；

2)、冶炼和轧制、锻造成型：将步骤1)中的合金进行冶炼，然后采用锻造或轧制工艺成型后，再进行冷却到700-100度等温保温2-12小时后冷却室温，或成型后冷却到室温后再升温到200-700度保温2-12小时后冷却室温；

或冶炼和铸造成型：将步骤1)中的合金熔炼化奥氏体化后进行铸造成型后冷却到100度左右开箱；

3)、热处理及冷却:将步骤2)中的产品通过加热到奥氏体区后保温或产品通过加热到550±100度等温1-6小时后再加热到奥氏体区后保温，利用冷却介质快速冷却到Bs点，然后改变冷却方式，慢冷却至100度停止,或奥氏体区快冷到100度等温(100度等温包括Ms点-100度范围内某个点等温)；

4)、回火：将步骤3)得到的钢制品再加热回火到200-650度，保温2-36小时，然后空冷到室温得到贝马奥复相耐磨蚀钢。

2.根据权利要求1所述的一种贝马奥复相耐磨蚀钢的制备方法，其特征在于由奥氏体区到100度的冷却，所用快冷介质包括水、水溶液、淬火液、空冷。慢冷包括炉冷、堆冷、空冷。马氏体区等温包括100度沸腾水、炉温和等温介质。

3.根据权利要求1所述的一种贝马奥复相耐磨蚀钢的制备方法，其特征在于成型的产品包括耐磨腐蚀板、耐磨蚀球、耐磨蚀管、耐磨蚀钢件。

4.根据权利要求1所述的一种贝马奥复相耐磨蚀钢的制备方法，其特征在于所述的贝马奥复相耐磨蚀钢的为多项混合复项组织，具体为上贝氏体、下贝氏体、马氏体和残余奥氏体多种复相组织。