CN110016619A - 一种矿用高强度耐磨材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种矿用高强度耐磨材料，由包含下述重量百分含量的原料制备而成：C为0.30‑0.50％；Si为0.10‑0.65％；Mn为≤1.0；Cr为1.0‑4.50％；Ni为0.05‑3％；Mo为0.15‑1.5％；V为0.05‑0.5％；Nb为0.010‑0.5％；Al为0.01‑0.5％；P为≤0.025％；S为≤0.015；其余为Fe。采用本发明制作的链轮，各合金元素配比优异、钢质纯净、组织均匀，具有优异的综合性能，链轮齿硬度高并且硬度均匀耐磨性好，同时基体部分具有良好的冲击韧性和强度。解决了我国现在常用链轮综合性能差，过煤量低的缺点。大大提高了链轮的过煤量，降低链轮使用成本，提高经济效益。

Description

一种矿用高强度耐磨材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及冶金领域，尤其涉及一种矿用高强度耐磨材料及其制备方法。
背景技术
链轮是煤机、矿山生产中矿石井下运输的重要部件，要面对矿石粉末进入链轮工作面对其造成的磨粒磨损，同时又要经受不断往复的冲击载荷。因此制作链轮的材料需要有足够的耐磨性、韧性、强度，以保证链轮在恶劣的工作环境下连续作业。
我国现在普遍用于制作链轮的材料有42CrMo和40CrNiMo，但是这两种材料耐磨性低、淬透性差，制作的链轮综合性能差，过煤量低。如果要保证链轮齿的韧性避免在冲击载荷下链轮齿发生断裂，就需要降低表面淬火层的硬度和厚度，但是会降低链轮的使用寿命，减少过煤量；如果提高链轮齿表面淬火层的硬度和厚度，又会导致链轮齿韧性不够，发生断齿现象。
因此，需要研发一种具有优异综合性能，能够应对恶劣的井下作业环境的链轮新材料。这种材料既要有足够的耐磨性应对严重的磨粒磨损，同时需要有较高的韧性、强度应对不断往复的冲击载荷，来增加链轮的使用寿命，提高生产效率。
发明内容
针对上述现有材料中存在的不足之处，本发明提供矿用高强度耐磨材料及其制备方法，采用合理的合金化配比和制作工艺，有效的解决现有材料，耐磨性低、淬透性差、强度和韧性不足等问题。
为了达到上述目的，本发明提供的具体方案如下：
一种矿用高强度耐磨材料，由包含下述重量百分含量的原料制备而成：C为0.30-0.50％；Si为0.10-0.65％；Mn为≤1.0；Cr为1.0-4.50％；Ni为0.05-3％；Mo为0.15-1.5％；V为0.05-0.5％；Nb为0.010-0.5％；Al为0.01-0.5％；P为≤0.025％；S为≤0.015；其余为Fe。
进一步地，所述材料成品心部为均匀的回火索氏体，回火索氏体的体积率为90％以上，在距离材料表面材料整体厚度或直径的1/8位置处的马氏体的体积率为85％以上，贝氏体体积率在5％以上。
进一步地，C为0.30-0.50％；Si为0.15-0.65％；Mn为≤1.0；Cr为1.10-3.10％；Ni为1.0-2.0％；Mo为0.20-1.20％；V为0.05-0.25％；Nb为0.25-0.45％；Al为0.020-0.050％；P为≤0.025％；S为≤0.015；其余为Fe。
进一步地，C为0.30-0.38％；Si为0.10-0.16％；Mn为0.05-0.38％；Cr为1.85-4.10％；Ni为0.05-0.35％；Mo为0.20-0.75％；V为0.35-0.48％；Nb为0.020-0.060％；Al为0.2-0.5％；P为≤0.025％；S为≤0.015；其余为Fe。
进一步地，由包含下述重量百分含量的原料制备而成：C为0.31-0.35％；Si为0.12-0.14％；Mn为0.08-0.21％；Cr为1.92-3.10％；Ni为0.08-0.27％；Mo为0.23-0.54％；V为0.36-0.41％；Nb为0.031-0.053％；Al为0.23-0.44％；P为≤0.025％；S为≤0.015；其余为Fe。
进一步地，由包含下述重量百分含量的原料制备而成：C为0.34-0.37％；Si为0.11-0.15％；Mn为0.19-0.36％；Cr为2.34-3.95％；Ni为0.12-0.33％；Mo为0.34-0.73％；V为0.39-0.45％；Nb为0.028-0.049％；Al为0.41-0.485％；P为≤0.025％；S为≤0.015；其余为Fe。
进一步地，所述材料成品心部为均匀的回火索氏体，回火索氏体的体积率为95％以上，在距离材料表面材料整体厚度或直径的1/8位置处的马氏体的体积率为90％以上，贝氏体体积率在8％以上。
进一步地，所述矿用高强度耐磨材料通过以下步骤制备：电炉冶炼或转炉冶炼、精炼(LF)和真空处理(VD)；电渣重熔；高温扩散热处理、多方向锻造加工；正火处理、高温退火处理；粗加工及调质热处理；半精加工、链窝感应加热淬火处理；淬火后进行低温回火处理；精加工。
进一步地，提供一种上述的高强度耐磨材料的制备方法，包括以下步骤：
S10、冶炼：按权利要求1-5所述的矿用高强度耐磨材料的化学成分及质量百分比进行配料电炉冶炼或转炉冶炼、精炼(LF)和真空处理(VD)，然后进行电渣重熔；
S20、高温扩散热处理：加热温度为1180℃～1300℃，保温5～15小时；
S30、经过高温扩散热处理的钢锭降温至1100℃～1250℃温度范围内进行多方向锻造加工，采用三镦三拔的锻造方式，总锻造压缩比≥6，终锻温度≥900℃；
S40、正火处理：加热温度为880℃～960℃，保温时间为5～15小时，快速冷却至280-380℃装退火炉保温5～10小时；
S50、高温退火处理：退火温度为660～680℃，保温时间50～150小时；
S60、调质热处理：淬火温度为880℃～950℃，保温时间为5～15小时，采用淬火液或油冷至200℃以下；随后进行580～680℃的回火处理，保温时间为10～20小时；
S70、表面感应淬火：表面感应加热至890℃～960℃后进行水冷到室温，随后加热到150-200℃进行回火，保温2-12小时。
进一步地，所述S20步骤中，先将S10步骤处理的材料加热到560℃-700℃，保温30-45min，然后加热到870-900℃，保温30-60min，最后加热到1180℃～1300℃，保温5～15小时。
进一步地，S40、正火处理：加热温度为900℃～945℃，保温时间为6～12小时，快速冷却至300-360℃装退火炉保温7-8小时；
S50、高温退火处理：退火温度为665～670℃，保温时间70～140小时。
进一步地，所述S70、表面感应淬火：表面感应加热至900℃～945℃后进行水冷到室温，随后以3-20℃/min的速度加热到150-200℃进行回火，保温2-12小时。
本发明中各个组成成分作用如下：
1)、碳能够扩大γ相区，随含量的增加，提高钢的硬度和强度；提高钢的淬透性。但是因不能无限固溶，过高的碳量易形成一次渗碳体和网状二次渗碳体；随含量的增加降低其塑性、韧性和降低Ms点。故本发明C为0.30-0.50％，效果更好地为0.30～0.38％。
2)、硅能够提高钢中固溶体的强度。Si是提高回火抗力的有效元素，Si降低碳在铁素体中的扩散速度,使回火析出的碳化物不易聚集,增加了回火稳定性；提高钢的高温抗氧化性能；硅含量过高易使钢呈现带状组织,使钢的横向性能降低。增加钢中的碳偏析和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。故本发明Si为0.10-0.65％，效果更好地为0.10-0.16％
3)、锰能够提高钢的淬透性。锰和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，Mn又可形成碳化物，从而提高钢的强度、硬度和耐磨性。锰对钢的高温瞬时强度有所提高。但是含锰较高时，有较明显的回火脆性现象；锰有促进晶粒长大的作用，因此锰钢对过热较敏感，需加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服。故本发明Mn为≤1.0，效果更好地为0.05-0.38％,并加入一定量的V。
4)、铬能够可提高钢的强度、硬度和淬透性；提高钢的高温机械性能。使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性阻止石墨化。形成碳化物,提高耐磨性，增加回火稳定性。故本发明Cr为1.0-4.50％，效果更好地为1.85-4.10％。
5)、镍能够提高钢的强度、淬透性，且提高其韧性，改善疲劳抗力。降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性。镍可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐蚀。增加树枝晶,提高横向性能、加速碳在奥氏体中的扩散，Ni为非碳化物形成元素,提高碳在奥氏体中的扩散系数,降低了一次碳化物，并使二次碳化物不易长大。但是过高的镍含量会增加淬火钢中的残余奥氏体量,增加变形量。故本发明Ni为0.05-3％，效果更好地为0.05-0.35％。
6)、钼对铁素体有固溶强化作用。提高钢热强性，提高高温强度，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力。细化晶粒，提高钢的高韧性、淬透性。形成碳化物,提高耐麻磨性，增加回火稳定性，可抑制钢的回火脆性。故本发明Mo为0.15-1.5％，效果更好地为0.20-0.75％。
7)、钒能够提高钢热强性，细化晶粒，形成碳化物,提高耐麻磨性。但是钒含量过高会形成大量难溶的一次碳化物，从而降低韧性。故本发明V为0.05-0.5％，效果更好地为0.35-0.48％。
8)、铌和碳、氮、氧有极强的亲和力，与之形成极为稳定的化合物，提高钢的硬度。同时弥散的化合物可以细化晶粒，提高晶粒的粗化温度，降低钢的过热敏感性和回火脆性。故本发明Nb为0.010-0.5％，效果更好地为0.020-0.060％。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明充分考虑了矿用高强度耐磨材料的工作环境和其需要具备的性能，在发挥各合金元素优点的基础上，通过合金间的相互作用，优化合金的组成和含量，有效避免了合金元素的缺点所带来的危害；
通过对Cr、Ni、Mo含量的调整，同时加入了V、Nb以提高材料的淬透性和抗变形能力，细化晶粒，提高回火稳定性，提高了材料的硬度与耐磨性；
2.本发明的组织结构的心部组织使耐磨材料的综合机械性能增强，表层金相组织提高了耐磨材料的耐磨性和抗冲击韧性，使其能够承受较大的冲击力，有助于加强使用的安全性。
3、本发明的制备方法中通过电炉冶炼或转炉冶炼、精炼(LF)、真空处理(VD)、电渣重熔充分去除钢种的有害元素；通过高温扩散热处理和多方向锻造加工消除了产品的各项异性；通过正火处理使晶粒尺寸更加细小、化学成分更加均匀；通过高温退火处理消除锻造和正火产生的应力、降低硬度利于切削加工；通过调质热处理提高基体强度和韧性；通过对链窝感应加热淬火提高使用部位耐磨性；淬火后进行回火保温处理使组织更加稳定。
4、采用本发明制作的链轮，各合金元素配比优异、钢质纯净、组织均匀，具有优异的综合性能，链轮齿硬度高并且硬度均匀耐磨性好，同时基体部分具有良好的冲击韧性和强度。解决了我国现在常用链轮综合性能差，过煤量低的缺点。大大提高了链轮的过煤量，降低链轮使用成本，提高经济效益。
附图说明
图1是本发明的实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5与对比例的末端淬透性对比曲线示意图；
图2是本发明的实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5与对比例的耐磨性对比曲线示意图；
图3是本发明的实施例1的心部组织示意图(X500)；
图4是本发明的实施例2的心部组织示意图(X500)；
图5是本发明的实施例3的心部组织示意图(X500)；
图6是本发明的实施例4的心部组织示意图(X500)；
图7是本发明的实施例5的心部组织示意图(X500)；
图8是对比例的心部组织示意图(X500)；
图9是本发明的实施例1的晶粒度示意图(X100)；
图10是本发明的实施例2的晶粒度示意图(X100)；
图11是本发明的实施例3的晶粒度示意图(X100)；
图12是本发明的实施例4的晶粒度示意图(X100)；
图13是本发明的实施例5的晶粒度示意图(X100)；
图14是对比例的晶粒度示意图(X100)。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例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
本实施例中新型矿用高强度耐磨材料的组成成分及其质量百分比如下：C为0.31％；Si为0.145％；Mn为0.17％；Cr为2.25％；Ni为0.065％；Mo为0.25％；V为0.18％；Nb为0.036％；Al为0.22％；P为0.009％；S为0.002％；其余为Fe。
用上述成分配比生产的新型矿用高强度耐磨材料的工艺过程如下：
(1)电炉冶炼：按上述施例中的组成成分及其质量百分比配料进行电炉冶炼熔炼温度大于1500℃、精炼(LF)和真空处理(VD)，浇铸成Φ360的电极坯料并行退火。
(2)电渣重熔：将电极坯料进行电渣重熔，造渣时间：20min电流3500A，精炼30min电流7000A。重熔电压：73V电流：8000A～13000A。补缩电压：61V电流时间40min模冷时间50分钟，电渣钢锭退火。
(3)高温扩散热处理：将电渣重熔后的电渣锭多级升温加热至1250℃，保温10小时；均匀组织，改善合金成分偏析和消除液析碳化物。
(4)锻造加工：经过高温扩散热处理的钢锭降温至1200℃温度范围内进行多方向锻造加工，采用三镦三拔的锻造方式，总锻造压缩比≥6，终锻温度920℃；
(5)正火处理：加热温度为900℃，保温时间为10小时，快速冷却至280℃～300℃后装退火炉保温7小时；
(6)高温退火处理：退火温度为675℃，保温时间100小时；
(7)调质热处理：淬火温度为900℃，保温时间为10小时，采用淬火液或油冷至100℃；随后进行600℃的回火处理，保温时间为15小时；
(8)表面感应淬火：表面感应淬火：表面感应加热至910℃后进行水冷，随后180℃进行回火。
本实施例中新型矿用高强度耐磨材料经过上述生产工艺后，最终制成φ200*200成品试样，取样进行测试，结果为：
末端淬透性：
表面至距离表面50mm范围内硬度检验如下表、曲线如图1：
距表面距离(mm) 1.5 3 6 9 12 15 20 25 30 35 40 45 50
硬度(HRc) 55 55 55.5 55 55.5 55 55 54.5 55 54.5 54.5 54 54
由图1可见本发明新型矿用高强度耐磨材料的淬透性要优于对比例。
磨损实验：
根据GB12444.2.90金属磨损实验方法，利用MM-200型磨损试验机测定在250N的载荷下测量各个时间条件下的磨损质量损失如下表，曲线如图2：
磨损时间(小时) 2 4 6 8 10 12
磨损质量损失(mg) 10 22 36 49 65 85
由图2可见本发明新型矿用高强度耐磨材料的耐磨性要优于对比例。
显微组织：
成品试样心部组织如图3所示；成品试样心部晶粒度如图9所示；经过以上工艺过程生产出的新型矿用高强度耐磨材料φ200*200成品试样心部为均匀的回火索氏体组织，体积率在90％以上，与对比例相比较，心部组织优势明显，在距离材料表面材料整体厚度或直径的1/8位置处的马氏体的体积率为85％以上，贝氏体体积率在5％以上。
心部硬度及力学性能：
硬度：315HB；屈服强度：980N/㎜2；抗拉强度：1100N/㎜2；室温(20℃)冲击韧性AKV：60J。与对比例相比较，经过以上工艺过程生产出的新型矿用高强度耐磨材料心部性能更加突出。
对比例
对比例40CrNiMo的组成成分及其质量百分比如下：
C为0.41％；Si为0.23％；Mn为0.56％；Cr为0.77％；Ni为1.33％；Mo为0.19％；S为0.010％；P为0.010％；其余为Fe。
采用常规方法制备，最终制成φ200*200成品试样，取样进行测试，结果为：
末端淬透性：
表面至距离表面50mm范围内硬度检验如下表、曲线如图1：
磨损实验：
根据GB12444.2.90金属磨损实验方法，利用MM-200型磨损试验机测定在250N的载荷下测量各个时间条件下的磨损质量损失如下表，曲线如图2：
磨损时间(小时) 2 4 6 8 10 12
磨损质量损失(mg) 25 52 82 115 154 205
显微组织：
成品试样心部组织如图8所示；成品试样心部晶粒度如图14所示；采用常规方法制备40CrNiMoφ200*200成品试样心部，为铁素体、珠光体，索氏体的混合组织，说明在调质热处理的过程中心部没有形成马氏体或贝氏体，心部没有完全淬透，晶粒度细于等于7级。
心部硬度及力学性能：
硬度：203HB；屈服强度：510N/㎜2；抗拉强度：670N/㎜2；室温(20℃)冲击韧性AKV：12J。
实施例2
本实施例中新型矿用高强度耐磨材料的组成成分及其质量百分比如下：C为0.35％；Si为0.13％；Mn为0.20％；Cr为1.10％；Ni为0.33％；Mo为0.65％；V为0.44％；Nb为0.25％；Al为0.4％；P为0.008％；S为0.001％；其余为Fe。
用上述成分配比生产的新型矿用高强度耐磨材料的工艺过程如下：
(1)电炉冶炼：按上述施例中的组成成分及其质量百分比配料进行电炉冶炼熔炼温度大于1500℃、精炼(LF)和真空处理(VD)，浇铸成Φ380的电极坯料并行退火。
(2)电渣重熔：将电极坯料进行电渣重熔，造渣时间：20min电流3500A，精炼30min电流7000A。重熔电压：73V电流：8000A～13000A。补缩电压：61V电流时间40min模冷时间50分钟，电渣钢锭退火。
(3)高温扩散热处理：将电渣重熔后的电渣锭加热到580℃，保温40min，然后加热到880℃，保温45min，最后加热到1250℃，保温10小时；均匀组织，改善合金成分偏析和消除液析碳化物。
(4)锻造加工：经过高温扩散热处理的钢锭降温至1190℃温度范围内进行多方向锻造加工，采用三镦三拔的锻造方式，总锻造压缩比≥6，终锻温度940℃；
(5)正火处理：加热温度为895℃，保温时间为8小时，快速冷却至330℃后装退火炉保温8小时；
(6)高温退火处理：退火温度为675℃，保温时间60小时；
(7)调质热处理：淬火温度为920℃，保温时间为8小时，采用淬火液或油冷至150℃；随后进行600℃的回火处理，保温时间为12小时；
(8)表面感应淬火：表面感应加热至925℃后进行水冷到室温，随后以5℃/min的速度加热到180℃进行回火，保温5小时。
本实施例中新型矿用高强度耐磨材料经过上述生产工艺后，最终制成φ200*200成品试样，取样进行测试，结果为：
末端淬透性：
表面至距离表面50mm范围内硬度检验如下表、曲线如图1：
距表面距离(mm) 1.5 3 6 9 12 15 20 25 30 35 40 45 50
硬度(HRc) 63 63 63 62.5 62.5 62.5 62 62.5 62 61.5 61 61 61.5
由图1可见本发明新型矿用高强度耐磨材料的淬透性要优于对比例。
磨损实验：
根据GB12444.2.90金属磨损实验方法，利用MM-200型磨损试验机测定在250N的载荷下测量各个时间条件下的磨损质量损失如下表，曲线如图2：
磨损时间(小时) 2 4 6 8 10 12
磨损质量损失(mg) 6 14 24 37 50 70
由图2可见本发明新型矿用高强度耐磨材料的耐磨性要优于对比例。
显微组织：
成品试样心部组织如图4所示；成品试样心部晶粒度如图10所示；经过以上工艺过程生产出的新型矿用高强度耐磨材料φ200*200成品试样心部为均匀的回火索氏体组织，体积率在95％以上，与对比例相比较，心部组织优势明显，在距离材料表面材料整体厚度或直径的1/8位置处的马氏体的体积率为85％以上，贝氏体体积率在5％以上。
心部硬度及力学性能：
硬度：336HB；屈服强度：990N/㎜2；抗拉强度：1130N/㎜2；室温(20℃)冲击韧性AKV：35J。与对比例相比较，经过以上工艺过程生产出的新型矿用高强度耐磨材料心部性能更加突出。
实施例3
本实施例中新型矿用高强度耐磨材料的组成成分及其质量百分比如下：C为0.33％；Si为0.24％；Mn为0.08％；Cr为2.05％；Ni为0.12％；Mo为0.90％；V为0.42％；Nb为0.340％；Al为0.30％；P为0.008％；S为0.002％；其余为Fe。
用上述成分配比生产的新型矿用高强度耐磨材料的工艺过程如下：
(1)电炉冶炼：按上述施例中的组成成分及其质量百分比配料进行电炉冶炼熔炼温度大于1500℃、精炼(LF)和真空处理(VD)，浇铸成Φ330的电极坯料并行退火。
(2)电渣重熔：将电极坯料进行电渣重熔，造渣时间：20min电流3500A，精炼30min电流7000A。重熔电压：73V电流：8000A～13000A。补缩电压：61V电流时间40min模冷时间50分钟，电渣钢锭退火。
(3)高温扩散热处理：将电渣重熔后的电渣锭多级升温加热到620℃，保温40min，然后加热到880℃，保温35min，最后加热到1200℃，保温10小时；均匀组织，改善合金成分偏析和消除液析碳化物。
(4)锻造加工：经过高温扩散热处理的钢锭降温至1220℃温度范围内进行多方向锻造加工，采用三镦三拔的锻造方式，总锻造压缩比≥6，终锻温度950℃；
(5)正火处理：加热温度为925℃，保温时间为7小时，快速冷却至340后装退火炉保温6小时；
(6)高温退火处理：退火温度为665℃，保温时间100小时；
(7)调质热处理：淬火温度为900℃，保温时间为8小时，采用淬火液或油冷至100℃；随后进行600℃的回火处理，保温时间为15小时；
(8)表面感应淬火：表面感应加热至930℃后进行水冷到室温，随后以15℃/min的速度加热到170℃进行回火，保温9小时。。
本实施例中新型矿用高强度耐磨材料经过上述生产工艺后，最终制成φ200*200成品试样，取样进行测试，结果为：
末端淬透性：
表面至距离表面50mm范围内硬度检验如下表、曲线如图1：
距表面距离(mm) 1.5 3 6 9 12 15 20 25 30 35 40 45 50
硬度(HRc) 57.5 57 57 56 56 56 56 56 55.5 56 56 55.5 55
由图1可见本发明新型矿用高强度耐磨材料的淬透性要优于对比例。
磨损实验：
根据GB12444.2.90金属磨损实验方法，利用MM-200型磨损试验机测定在250N的载荷下测量各个时间条件下的磨损质量损失如下表，曲线如图2：
磨损时间(小时) 2 4 6 8 10 12
磨损质量损失(mg) 6 13 23 37 51 72
由图2可见本发明新型矿用高强度耐磨材料的耐磨性要优于对比例。
显微组织：
成品试样心部组织如图5所示；成品试样心部晶粒度如图11所示；
经过以上工艺过程生产出的新型矿用高强度耐磨材料φ200*200成品试样心部为均匀的回火索氏体组织，体积率在95％以上，与对比例相比较，心部组织优势明显，在距离材料表面材料整体厚度或直径的1/8位置处的马氏体的体积率为85％以上，贝氏体体积率在5％以上。
心部硬度及力学性能：
硬度：324HB；屈服强度：960N/㎜2；抗拉强度：1100N/㎜2；室温(20℃)冲击韧性AKV：57J。与对比例相比较，经过以上工艺过程生产出的新型矿用高强度耐磨材料心部性能更加突出。
实施例4
本实施例中新型矿用高强度耐磨材料的组成成分及其质量百分比如下：C为0.348％；Si为0.35％；Mn为0.55％；Cr为3.6％；Ni为1.8％；Mo为0.7％；V为0.45％；Nb为0.050％；Al为0.43％；P为0.010％；S为0.003％；其余为Fe。
用上述成分配比生产的新型矿用高强度耐磨材料的工艺过程如下：
(1)电炉冶炼：按上述施例中的组成成分及其质量百分比配料进行电炉冶炼熔炼温度大于1500℃、精炼(LF)和真空处理(VD)，浇铸成Φ350的电极坯料并行退火。
(2)电渣重熔：将电极坯料进行电渣重熔，造渣时间：20min电流3500A，精炼30min电流7000A。重熔电压：73V电流：8000A～13000A。补缩电压：61V电流时间40min模冷时间50分钟，电渣钢锭退火。
(3)高温扩散热处理：将电渣重熔后的电渣锭加热到630℃，保温40min，然后加热到885℃，保温45min，最后加热到1250℃，保温10小时。
(4)锻造加工：经过高温扩散热处理的钢锭降温至1200℃温度范围内进行多方向锻造加工，采用三镦三拔的锻造方式，总锻造压缩比≥6，终锻温度915℃；
(5)正火处理：加热温度为910℃，保温时间为8小时，快速冷却至335℃后装退火炉保温6小时；
(6)高温退火处理：退火温度为665℃，保温时间120小时；
(7)调质热处理：淬火温度为900℃，保温时间为13小时，采用淬火液或油冷至110℃；随后进行600℃的回火处理，保温时间为15小时；
(8)表面感应淬火：表面感应加热至925℃后进行水冷到室温，随后以6℃/min的速度加热到160℃进行回火，保温4小时。
本实施例中新型矿用高强度耐磨材料经过上述生产工艺后，最终制成φ200*200成品试样，取样进行测试，结果为：
末端淬透性：
表面至距离表面50mm范围内硬度检验如下表、曲线如图1：
距表面距离(mm) 1.5 3 6 9 12 15 20 25 30 35 40 45 50
硬度(HRc) 56.5 56 56.5 56 56 56 55.5 55.5 55 55.5 55 54.5 54
由图1可见本发明新型矿用高强度耐磨材料的淬透性要优于对比例。
磨损实验：
根据GB12444.2.90金属磨损实验方法，利用MM-200型磨损试验机测定在250N的载荷下测量各个时间条件下的磨损质量损失如下表，曲线如图2：
磨损时间(小时) 2 4 6 8 10 12
磨损质量损失(mg) 7 15 25 37 53 73
由图2可见本发明新型矿用高强度耐磨材料的耐磨性要优于对比例。
显微组织：
成品试样心部组织如图6所示；成品试样心部晶粒度如图12所示；
经过以上工艺过程生产出的新型矿用高强度耐磨材料φ200*200成品试样心部为均匀的回火索氏体组织，体积率在95％以上，与对比例相比较，心部组织优势明显，在距离材料表面材料整体厚度或直径的1/8位置处的马氏体的体积率为85％以上，贝氏体体积率在5％以上。
心部硬度及力学性能：
硬度：322HB；屈服强度：955N/㎜2；抗拉强度：1110N/㎜2；室温(20℃)冲击韧性AKV：62J。与对比例相比较，经过以上工艺过程生产出的新型矿用高强度耐磨材料心部性能更加突出。
实施例5
本实施例中新型矿用高强度耐磨材料的组成成分及其质量百分比如下：C为0.41％；Si为0.55％；Mn为0.80％；Cr为3.95％；Ni为2.8％；Mo为1.45％；V为0.05％；Nb为0.46％；Al为0.030％；P为0.008％；S为0.002％；其余为Fe。
用上述成分配比生产的新型矿用高强度耐磨材料的工艺过程如下：
(1)电炉冶炼：按上述施例中的组成成分及其质量百分比配料进行电炉冶炼熔炼温度大于1500℃、精炼(LF)和真空处理(VD)，浇铸成Φ330～Φ380的电极坯料并行退火。
(2)电渣重熔：将电极坯料进行电渣重熔，造渣时间：20min电流3500A，精炼30min电流7000A。重熔电压：73V电流：8000A～13000A。补缩电压：61V电流时间40min模冷时间50分钟，电渣钢锭退火。
(3)高温扩散热处理：将电渣重熔后的电渣锭多级升温加热到620℃，保温35min，然后加热到875℃，保温40min，最后加热到1280℃，保温12小时。均匀组织，改善合金成分偏析和消除液析碳化物。
(4)锻造加工：经过高温扩散热处理的钢锭降温至1200℃温度范围内进行多方向锻造加工，采用三镦三拔的锻造方式，总锻造压缩比≥6，终锻温度915℃；
(5)正火处理：加热温度为935℃，保温时间为7小时，快速冷却至340℃后装退火炉保温6小时；
(6)高温退火处理：退火温度为675℃，保温时间600小时；
(7)调质热处理：淬火温度为945℃，保温时间为6小时，采用淬火液或油冷至90℃；随后进行620℃的回火处理，保温时间为15小时；
(8)表面感应淬火：表面感应加热至930℃后进行水冷到室温，随后以7℃/min的速度加热到170℃进行回火，保温5小时。
本实施例中新型矿用高强度耐磨材料经过上述生产工艺后，最终制成φ200*200成品试样，取样进行测试，结果为：
末端淬透性：
表面至距离表面50mm范围内硬度检验如下表、曲线如图1：
距表面距离(mm) 1.5 3 6 9 12 15 20 25 30 35 40 45 50
硬度(HRc) 60 60 59.5 59.5 59.5 59 59.5 59 58.5 58.5 58 58 58
由图1可见本发明新型矿用高强度耐磨材料的淬透性要优于对比例。
磨损实验：
根据GB12444.2.90金属磨损实验方法，利用MM-200型磨损试验机测定在250N的载荷下测量各个时间条件下的磨损质量损失如下表，曲线如图2：
磨损时间(小时) 2 4 6 8 10 12
磨损质量损失(mg) 5 11 20 32 47 67
由图2可见本发明新型矿用高强度耐磨材料的耐磨性要优于对比例。
显微组织：
成品试样心部组织如图7所示；成品试样心部晶粒度如图13所示；
经过以上工艺过程生产出的新型矿用高强度耐磨材料φ200*200成品试样心部为均匀的回火索氏体组织，体积率在95％以上，与对比例相比较，心部组织优势明显，在距离材料表面材料整体厚度或直径的1/8位置处的马氏体的体积率为85％以上，贝氏体体积率在5％以上。
心部硬度及力学性能：
硬度：330HB；屈服强度：975N/㎜2；抗拉强度：1125N/㎜2；室温(20℃)冲击韧性AKV：52J。与对比例相比较，经过以上工艺过程生产出的新型矿用高强度耐磨材料心部性能更加突出。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和发明要求保护的范围的情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (12)

1.一种矿用高强度耐磨材料，其特征在于，由包含下述重量百分含量的原料制备而成：C为0.30-0.50％；Si为0.10-0.65％；Mn为≤1.0；Cr为1.0-4.50％；Ni为0.05-3％；Mo为0.15-1.5％；V为0.05-0.5％；Nb为0.010-0.5％；Al为0.01-0.5％；P为≤0.025％；S为≤0.015；其余为Fe。
2.如权利要求1所述的高强度耐磨材料，其特征在于，所述材料成品心部为均匀的回火索氏体，回火索氏体的体积率为90％以上，在距离材料表面材料整体厚度或直径的1/8位置处的马氏体的体积率为85％以上，贝氏体体积率在5％以上。
3.如权利要求1-2所述的高强度耐磨材料，其特征在于，C为0.30-0.50％；Si为0.15-0.65％；Mn为≤1.0；Cr为1.10-3.10％；Ni为1.0-2.0％；Mo为0.20-1.20％；V为0.05-0.25％；Nb为0.25-0.45％；Al为0.020-0.050％；P为≤0.025％；S为≤0.015；其余为Fe。
4.如权利要求1-2所述的高强度耐磨材料，其特征在于，C为0.30-0.38％；Si为0.10-0.16％；Mn为0.05-0.38％；Cr为1.85-4.10％；Ni为0.05-0.35％；Mo为0.20-0.75％；V为0.35-0.48％；Nb为0.020-0.060％；Al为0.2-0.5％；P为≤0.025％；S为≤0.015；其余为Fe。
5.如权利要求4所述的矿用高强度耐磨材料，其特征在于，由包含下述重量百分含量的原料制备而成：C为0.31-0.35％；Si为0.12-0.14％；Mn为0.08-0.21％；Cr为1.92-3.10％；Ni为0.08-0.27％；Mo为0.23-0.54％；V为0.36-0.41％；Nb为0.031-0.053％；Al为0.23-0.44％；P为≤0.025％；S为≤0.015；其余为Fe。
6.如权利要求4所述的矿用高强度耐磨材料，其特征在于，由包含下述重量百分含量的原料制备而成：C为0.34-0.37％；Si为0.11-0.15％；Mn为0.19-0.36％；Cr为2.34-3.95％；Ni为0.12-0.33％；Mo为0.34-0.73％；V为0.39-0.45％；Nb为0.028-0.049％；Al为0.41-0.485％；P为≤0.025％；S为≤0.015；其余为Fe。
7.如权利要求1-6所述的高强度耐磨材料，其特征在于，所述材料成品心部为均匀的回火索氏体，回火索氏体的体积率为95％以上，在距离材料表面材料整体厚度或直径的1/8位置处的马氏体的体积率为90％以上，贝氏体体积率在8％以上。
8.如权利要求1-7所述的高强度耐磨材料的制备方法，其特征在于,所述矿用高强度耐磨材料通过以下步骤制备：电炉冶炼或转炉冶炼、精炼(LF)和真空处理(VD)；电渣重熔；高温扩散热处理、多方向锻造加工；正火处理、高温退火处理；粗加工及调质热处理；半精加工、链窝感应加热淬火处理；淬火后进行低温回火处理；精加工。
9.如权利要求1-8所述的高强度耐磨材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、冶炼：按权利要求1-5所述的矿用高强度耐磨材料的化学成分及质量百分比进行配料电炉冶炼或转炉冶炼、精炼(LF)和真空处理(VD)，然后进行电渣重熔；
S20、高温扩散热处理：加热温度为1180℃～1300℃，保温5～15小时；
S30、经过高温扩散热处理的钢锭降温至1100℃～1250℃温度范围内进行多方向锻造加工，采用三镦三拔的锻造方式，总锻造压缩比≥6，终锻温度≥900℃；
S40、正火处理：加热温度为880℃～960℃，保温时间为5～15小时，快速冷却至280-380℃装退火炉保温5～10小时；
S50、高温退火处理：退火温度为660～680℃，保温时间50～150小时；
S60、调质热处理：淬火温度为880℃～950℃，保温时间为5～15小时，采用淬火液或油冷至200℃以下；随后进行580～680℃的回火处理，保温时间为10～20小时；
S70、表面感应淬火：表面感应加热至890℃～960℃后进行水冷到室温，随后加热到150-200℃进行回火，保温2-12小时。
10.如权利要求9所述的高强度耐磨材料的制备方法，其特征在于,所述S20步骤中，先将S10步骤处理的材料加热到560℃-700℃，保温30-45min，然后加热到870-900℃，保温30-60min，最后加热到1180℃～1300℃，保温5～15小时。
11.如权利要求9-10所述的高强度耐磨材料的制备方法，其特征在于,
S40、正火处理：加热温度为900℃～945℃，保温时间为6～12小时，快速冷却至300-360℃装退火炉保温7-8小时；
S50、高温退火处理：退火温度为665～670℃，保温时间70～140小时。
12.如权利要求7-8所述的高强度耐磨材料的制备方法，其特征在于,
S70、表面感应淬火：表面感应加热至900℃～945℃后进行水冷到室温，随后以3-20℃/min的速度加热到150-200℃进行回火，保温2-12小时。
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