CN110157983A - 一种颗粒均匀原位自生TiC耐磨钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种颗粒均匀原位自生TiC耐磨钢及其制备方法,属于合金钢技术领域。该钢板的化学组成按重量百分含量为:C 0.12~0.50%、Si 0.2~0.5%、Mn 1.50~5.00%、P 0.007~0.01%、Ti 0.20~0.80%、S 0.0015~0.003%、Ni 0.25~0.75%、Mo 0.15~0.50%、Nb 0.01~0.05%、Al 0.01~0.50%、Cr 0.10~0.65%、RE 0.01~0.35%,余量为Fe及不可避免的夹杂。制备方法是:冶炼‑钢锭‑加热‑轧制‑热处理。最终得到的组织为板条马氏体与均匀弥散自生相TiC的复相组织。钢板硬度能达到423~425HV,70%数目以上的自生相TiC粒径尺寸为2~3μm,原位自生相TiC在钢板内分布均匀,韧性和耐磨性优于同级别颗粒型耐磨钢。
Description
技术领域
本发明涉及一种颗粒均匀原位自生TiC耐磨钢及其制备方法,属于合金钢领域。
背景技术
颗粒增强型耐磨钢,是在基体组织为马氏体、贝氏体或奥氏体的基础上增加硬度较高的增强相颗粒,以提高材料的耐磨性,采用合适的体积分数及尺寸的增强相(例如硬度3200HV的TiC),其耐磨性一般可提高到原来的1.5倍及以上。目前已有不少TiC颗粒增强型耐磨钢的研究关注了耐磨钢的制备工艺,例如“TiC粒子增强型复相组织高塑性耐磨钢板”“一种TiC高耐磨钢结硬质合金的制备方法”“一种超高强度耐磨钢板及其制造方法”等。也有研究关注了增强颗粒相的尺寸问题,例如“用于细化TiC颗粒增强型耐磨钢中TiC的方法”、“低成本高韧性超级耐磨钢及其制备方法”。但还未见研究关注原位自生TiC型耐磨钢的颗粒均匀分布问题。颗粒增强相TiC自生于耐磨钢基体中,从而提高其耐磨性,但如果颗粒粒径及分布不均匀,会减弱颗粒增强相用于提高耐磨性的作用,同时不均匀的尺寸及分布也会引起钢基体内应力分布的不均,导致残余应力的出现或增大,影响材料的韧性和耐磨性。
发明内容
本发明提供一种颗粒均匀原位自生TiC耐磨钢及其制备方法,目的在于解决耐磨材料中颗粒增强相的均匀分布问题,同时提高颗粒型耐磨钢的韧性和耐磨性。本发明设计了合适的成分和工艺路径,得到了基础相为强韧兼备的板条马氏体、增强相为均匀分布的原位自生TiC颗粒的耐磨钢材料。
为达到上述目的,本发明采用了如下的技术方案:
一种颗粒均匀原位自生TiC耐磨钢,所述耐磨钢的化学成分按重量百分比设计为:C 0.12~0.50%、Si 0.2~0.5%、Mn 1.50~5.00%、P 0.007~0.01%、Ti 0.20~0.80%、S 0.0015~0.003%、Ni 0.25~0.75%、Mo 0.15~0.50%、Nb 0.01~0.05%、Al 0.01~0.50%、Cr 0.10~0.65%、RE 0.01~0.35%,余量为Fe及不可避免的夹杂。
本发明还提供了上述颗粒均匀原位自生TiC耐磨钢的制备方法,所述制备方法依次包括下述步骤:冶炼、浇铸、加热、控制轧制、热处理;
其中:
1)加热工艺:加热温度控制在1200~1250℃,加热时间1~3h;
3)轧制工艺:粗轧开轧温度为1050~1120℃,道次压下率不小于30%,累计压下率不小于60%;精轧开轧温度不小于950℃,道次压下率10~15%;轧制后钢板空冷至室温;
3)热处理工艺:淬火加热温度Ac3以上30~50℃,加热时间20~50min,水淬到室温;回火加热温度180~400℃,加热时间30~70min,回火后空冷到室温;
通过上述处理,钢板的基体组织为板条马氏体,基体中均匀弥散分布着自生TiC相,70%数目以上的自生相TiC粒径尺寸为2~3μm,如图1-图4所示。
本发明的优点在于:
1)合理的Ti、C、Ni、RE等成分设计。碳一方面提供Ti形成TiC所需要的C含量,另一方面额外的C则固溶于过饱和的α-Fe形成板条马氏体,保证材料基体强度及足够的韧性;钛生成纳米尺度及微米尺度相,分布起到细化晶粒和与碳结合形成自生TiC相的双重作用,合理控制马氏体板条尺寸的同时,以微米相析出的TiC则用于提高钢的耐磨损性能;合理的RE及适当的Ni成分设计,结合适当的均质化加热、塑性变形及淬+回热处理工艺使自生TiC相的分布均匀、自生相粒径分布区间集中。
2)自生相TiC尺寸范围集中且分布均匀。采用合理的成分设计、轧制及热处理工艺对TiC颗粒增强相颗粒尺寸及分布进行合理控制,70%数目以上的TiC颗粒尺寸为2~3μm,钢中增强相分布均匀。
3)较好的韧性和耐磨性。钢板表面硬度能达到423~425HV,耐磨性优于普通颗粒型耐磨钢,-20℃冲击功优于普通颗粒型耐磨钢。
附图说明
图1为实施例1颗粒均匀原位自生TiC耐磨钢的基体与增强相分布SEM图;
图2为实施例1颗粒均匀原位自生TiC耐磨钢的增强相尺寸分布图;
图3为实施例2颗粒均匀原位自生TiC耐磨钢的基体与增强相分布SEM图;
图4为实施例2颗粒均匀原位自生TiC耐磨钢的增强相尺寸分布图。
具体实施方式
本说明书中公开得任一特征,除非特别叙述,均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述,每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅是为了帮助理解本发明,不应该视为对本发明的具体限制。
下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
颗粒均匀原位自生TiC耐磨钢化学成分按重量百分数计,C 0.22%、Si 0.24%、Mn1.85%、Ni 0.30%、Ti 0.27%、Al 0.17%、Cr 0.37%、Mo 0.18%、P 0.008%、Nb0.015%、S 0.002%、RE 0.07%,余量为Fe及不可避免夹杂,钢锭尺寸80*100*300mm3。把钢锭在1220℃加热,加热时间2h,进行两阶段控制轧制。粗轧开轧温度是1088℃,道次压下率31%,2道次变形量为62%,中间坯厚度控制在30mm。精轧开轧温度为955℃,道次压下率11%,经2道次轧制后,达到最终产品厚度12mm。终轧后进行空冷至室温。对冷却至室温的钢板进行900℃淬火处理,加热时间30min,然后水淬到室温。对淬火后的钢板进行200℃回火热处理,加热时间50min。
普通颗粒增强型耐磨钢化学成分按重量百分数计,C 0.31%、Si 0.24%、Mn1.03%、Ti 0.22%、Cr 0.42%,余量为Fe及不可避免夹杂,钢锭尺寸80*100*300mm3。把钢锭在1220℃加热,加热时间2h,进行两阶段控制轧制。粗轧开轧温度是1089℃,道次压下率31%,2道次变形量为62%,中间坯厚度控制在30mm。精轧开轧温度为953℃,道次压下率11%,经2道次轧制后,达到最终产品厚度12mm。终轧后进行空冷至室温。对冷却至室温的钢板进行900℃淬火处理,加热时间30min,然后水淬到室温。对淬火后的钢板进行230℃回火热处理,加热时间50min。
图1为颗粒均匀原位自生TiC耐磨钢的基体与增强相分布SEM图;图2为颗粒均匀原位自生TiC耐磨钢的增强相尺寸分布图。从图1-图2可以看出,钢板的基体组织为板条马氏体,基体中均匀弥散分布着自生TiC相,70.38%数目的自生相TiC粒径尺寸为2~3μm。
实施例2
颗粒均匀原位自生TiC耐磨钢化学成分按重量百分数计,C 0.23%、Si 0.25%、Mn1.93%、Ni 0.27%、Ti 0.28%、Cr 0.35%、Al 0.19%、Mo 0.19%、P 0.008%、Nb0.014%、S 0.002%、RE 0.06%,余量为Fe及不可避免夹杂,钢锭尺寸80*100*300mm3。把钢锭在1220℃加热,加热时间2h,进行两阶段控制轧制。粗轧开轧温度是1087℃,道次压下率31%,2道次变形量为62%,中间坯厚度控制在30mm。精轧开轧温度为954℃,道次压下量11%,经2道次轧制后,达到最终产品厚度12mm。终轧后进行空冷至室温。对冷却至室温的钢板进行900℃淬火处理,加热时间30min,然后水淬到室温。对淬火后的钢板进行200℃回火热处理,加热时间50min。
普通颗粒增强型耐磨钢化学成分按重量百分数计,C 0.31%、Si 0.24%、Mn1.03%、Ti 0.22%、Cr 0.40%,余量为Fe及不可避免夹杂,钢锭尺寸80*100*300mm3。把钢锭在1220℃加热,加热时间2h,进行两阶段控制轧制。粗轧开轧温度是1089℃,道次压下量31%,2道次变形量为62%,中间坯厚度控制在30mm。精轧开轧温度为953℃,道次压下量11%,经2道次轧制后,达到最终产品厚度12mm。终轧后进行空冷至室温。对冷却至室温的钢板进行900℃淬火处理,加热时间30min,然后水淬到室温。对淬火后的钢板进行230℃回火热处理,加热时间50min。
图3为颗粒均匀原位自生TiC耐磨钢的基体与增强相分布SEM图;图4为颗粒均匀原位自生TiC耐磨钢的增强相尺寸分布图。从图3-图4可以看出,钢板的基体组织为板条马氏体,基体中均匀弥散分布着自生TiC相,70.49%数目的自生相TiC粒径尺寸为2~3μm。
实施例1与实施例2耐磨钢力学性能及磨损试验结果如表1所示,其中磨损试验采用20-100目干砂/橡皮轮磨损试验机,试验参数为载荷130N、转速200r/min、2000转。
表1耐磨钢力学性能及磨损试验结果
从上述实施例可知,本发明颗粒均匀原位自生TiC耐磨钢的制造方法,通过合理的成分设计,采用轧制、淬火+回火工艺,可以生产出颗粒均匀且具有高硬度、较好韧性和耐磨性的颗粒增强型耐磨钢。
本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法,在此不一一列举实施例。
本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。
最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应该理解,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种颗粒均匀原位自生TiC耐磨钢,其特征在于,所述耐磨钢的化学组成按重量百分含量为:C 0.12~0.50%、Si 0.2~0.5%、Mn 1.50~5.00%、P 0.007~0.01%、Ti 0.20~0.80%、S 0.0015~0.003%、Ni 0.25~0.75%、Mo 0.15~0.50%、Nb 0.01~0.05%、Al0.01~0.50%、Cr 0.10~0.65%、RE 0.01~0.35%,余量为Fe及不可避免的夹杂。
2.一种权利要求1所述的颗粒均匀原位自生TiC耐磨钢的制备方法,所述制备方法依次包括:冶炼、浇铸、加热、控制轧制、热处理;
其中:
1)加热:
钢锭在加热炉中加热,加热温度1200~1250℃,加热时间1~3h;
2)轧制:
两阶段轧制:粗轧2~5道次,精轧2~5道次;轧制后钢板空冷至室温;
3)热处理:
淬火加热温度为Ac3以上30~50℃,加热时间20~50min,加热后水淬到室温;回火加热温度180~400℃,加热时间30~70min,加热后空冷到室温。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述耐磨钢为板条马氏体与均匀弥散自生相TiC粒子的复相组织,70%数目以上的自生相TiC粒径尺寸为2~3μm,钢板硬度范围为423~425HV,原位自生相TiC在钢板内分布均匀。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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