CN110592482B - 一种超耐磨高铬合金钢及其生产工艺 - Google Patents

一种超耐磨高铬合金钢及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供超耐磨高铬合金钢及其生产工艺，涉及合金钢技术领域，该合金钢中铬组分及百分比含量如下：C 1.26‑1.89％、Cr 19‑25％、Si 0.42‑0.85％、Nb 0.005‑0.009％、Al 0.34‑0.47％、Re 0.002‑0.008％、B 0.006‑0.008％、Ti 0.007‑0.016％、Ta 0.012‑0.022％、S≤0.015、P≤0.015，余量为Fe，其制备工艺包括原料熔炼、脱氧处理、变质处理、浇注、热处理，本发明制备的高铬合金钢在具有优异的力学性能同时，同时还具有较高的强度以及超强的耐磨性能。

Description

一种超耐磨高铬合金钢及其生产工艺
技术领域
本发明涉及合金钢技术领域，具体涉及一种超耐磨高铬合金钢及其生产工艺。
背景技术
目前，各种金属价格较贵，材料性能存在不足，对于一些关键易损的零件，需要具有特殊性功能的材料来制备零件，所以各种新型材料被研制并投入生产，尤其是合金的应用已经越来越广泛。由于合金材料可以根据需要制备出实际需要的独特性能么，各国都投入了巨大的人力和物力进行相关理论的基础研究，也取得了大量可贵的研究成果。国内外已研制出多种类型的抗磨金属材料，如高中低碳耐磨钢、高锰钢、抗磨白口铸铁以及镍铬系耐磨铸铁来满足实际生产的需要。在众多的合金材料中，有一种新型的高铬合金，铬含量远超普通合金钢且合金中含有较多的铬碳化合物，使得它的材料性能有其独到之处，它既有耐高温、极强的耐腐蚀性能，又具有很高的硬度，这些优良的性质是普通合金钢材料无法比拟的，高铬合金可以在受到长时间磨损、冲击以及腐蚀等特别恶劣的场合下工作。
专利CN201410357834.8公开了一种高铬合金钢及其制造方法，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.023-0.045％、硅0.8-0.85％、锰0.01-0.012％、镍0.75-0.8％、铬0.2-0.3％、钛0.05-0.06％、钒0.1-0.2％、钨0.08-0.15％、锡0.02-0.04％、锑0.0005-0.0008％、锆0.01-0.03％、硫≤0.08％、磷≤0.05％、余量为铁，上述高铬合金钢具有较好的抗拉强度、屈服强度和低温冲击韧性，但其硬度和耐磨性能并不突出。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种超耐磨高铬合金钢及其生产工艺，该高铬合金钢在具有优异的力学性能外，同时还具有较高的强度以及超强的耐磨性能。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种超耐磨高铬合金钢，该合金钢中铬组分及百分比含量如下：C 1.26-1.89％、Cr 19-25％、Si 0.42-0.85％、Nb 0.005-0.009％、Al 0.34-0.47％、Re 0.002-0.008％、B0.006-0.008％、Ti 0.007-0.016％、Ta 0.012-0.022％、S≤0.015、P≤0.015，余量为Fe。
优选的，该合金钢中铬组分及百分比含量如下：C 1.44-1.67％、Cr 20-23％、Si0.57-0.71％、Nb 0.006-0.008％、Al 0.41-0.45％、Re 0.004-0.006％、B 0.006-0.007％、Ti 0.011-0.014％、Ta 0.018-0.021％、S≤0.015、P≤0.015，余量为Fe。
优选的，该合金钢中各组分及百分比含量如下：：C 1.52％、Cr 22％、Si 0.63％、Nb 0.007％、Al 0.44％、Re 0.005％、B 0.007％、Ti 0.013％、Ta 0.02％、S≤0.015、P≤0.015，余量为Fe。
上述超耐磨高铬合金钢的生产工艺，包括如下步骤：
1)熔炼：按比例计算好各原料加入到熔炼炉中，升温到1480-1550℃，带炉料完全熔化后，加入扒渣剂进行扒渣处理后加入熔液质量的0.4％复合脱氧剂脱氧、脱硫、脱磷，得到钢液；
2)变质处理：采用冲熔法将Y基重稀土多元复合变质剂，按占钢液重0.2％加入钢包底部，对钢液进行孕育变质处理；
3)浇注：变质处理后将钢液温度降到1460-1490℃后进行浇注得合金钢初成品；
4)热处理：将合金钢初成品缓慢冷却至室温后，回炉升温至1000-1100℃后在水溶性介质中淬火5-15分钟，淬火2-3次，淬火完成后将温度降为280-320℃，回火6-12h，得合金钢成品。
进一步的，步骤1)中复合脱氧剂中各组分及百分比含量如下：Si 20-35％、Al 15-20％、Ba 5-10％、Ca 12-18％、S<0.01、P<0.01、C<0.01，余量为铁。
进一步的，步骤2)中变质处理时的温度为1590-1610℃。
进一步的，步骤4)中淬火处理时升温速率为100-120℃/h，水溶性介质为羟乙基纤维素、氯化钠和水按照质量比1：10：80的比例配制而成。
(三)有益效果
本发明提供了一种超耐磨高铬合金钢及其生产工艺，配方中的金属元素在发挥各自作用的同时，还具有协同增效的作用，本发明超耐磨高铬合金钢在其生产过程中，加入的复合脱氧剂除了可以脱氧外，还可以去除硫、磷等杂质，同时也是钙钡的添加剂，可有效净化钢液；加入的Y基重稀土多元复合变质剂可以使得钢的晶粒细化、夹杂物均匀弥散分布，形貌以球形为主，减弱夹杂物对钢基体的割裂作用；在羟乙基纤维素、氯化钠和水配制而成的水溶性介质中淬火可最大程度的减小因淬火而导致的合金钢微变形等问题，经过本发明中热处理过程后的合金钢在具有优异的力学性能同时，同时还具有较高的强度以及超强的耐磨性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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：
一种超耐磨高铬合金钢，该合金钢中铬组分及百分比含量如下：C 1.26％、Cr23％、Si 0.42％、Nb 0.008％、Al 0.34％、Re 0.006％、B 0.006％、Ti 0.014％、Ta0.012％、S≤0.015、P≤0.015，余量为Fe。
上述超耐磨高铬合金钢的生产工艺，包括如下步骤：
1)熔炼：按比例计算好各原料加入到熔炼炉中，升温到1540℃，带炉料完全熔化后，加入扒渣剂进行扒渣处理后加入熔液质量的0.4％复合脱氧剂脱氧、脱硫、脱磷，得到钢液，其中，复合脱氧剂中各组分及百分比含量如下：Si 20％、Al 19％、Ba 5％、Ca 17％、S<0.01、P<0.01、C<0.01，余量为铁；
2)变质处理：采用冲熔法将Y基重稀土多元复合变质剂，按占钢液重0.2％加入钢包底部，对钢液进行孕育变质处理，变质处理温度为1610℃；
3)浇注：变质处理后将钢液温度降到1475℃后进行浇注得合金钢初成品；
4)热处理：将合金钢初成品缓慢冷却至室温后，回炉升温至1020℃后在水溶性介质中淬火12分钟，淬火2次，淬火完成后将温度降为320℃，回火10h，得合金钢成品，其中，淬火处理时升温速率为100℃/h，水溶性介质为羟乙基纤维素、氯化钠和水按照质量比1：10：80的比例配制而成。
实施例2：
一种超耐磨高铬合金钢，该合金钢中铬组分及百分比含量如下：C 1.89％、Cr20％、Si 0.85％、Nb 0.006％、Al 0.47％、Re 0.004％、B 0.008％、Ti 0.011％、Ta0.022％、S≤0.015、P≤0.015，余量为Fe。
上述超耐磨高铬合金钢的生产工艺，包括如下步骤：
1)熔炼：按比例计算好各原料加入到熔炼炉中，升温到1550℃，带炉料完全熔化后，加入扒渣剂进行扒渣处理后加入熔液质量的0.4％复合脱氧剂脱氧、脱硫、脱磷，得到钢液，其中，复合脱氧剂中各组分及百分比含量如下：Si 35％、Al 17％、Ba 10％、Ca 15％、S<0.01、P<0.01、C<0.01，余量为铁；
2)变质处理：采用冲熔法将Y基重稀土多元复合变质剂，按占钢液重0.2％加入钢包底部，对钢液进行孕育变质处理，变质处理温度为1605℃；
3)浇注：变质处理后将钢液温度降到1490℃后进行浇注得合金钢初成品；
4)热处理：将合金钢初成品缓慢冷却至室温后，回炉升温至1000℃后在水溶性介质中淬火15分钟，淬火3次，淬火完成后将温度降为300℃，回火8h，得合金钢成品，其中，淬火处理时升温速率为100℃/h，水溶性介质为羟乙基纤维素、氯化钠和水按照质量比1：10：80的比例配制而成。
实施例3：
一种超耐磨高铬合金钢，该合金钢中铬组分及百分比含量如下：C 1.44％、Cr25％、Si 0.57％、Nb 0.009％、Al 0.41％、Re 0.008％、B 0.006％、Ti 0.016％、Ta0.018％、S≤0.015、P≤0.015，余量为Fe。
上述超耐磨高铬合金钢的生产工艺，包括如下步骤：
1)熔炼：按比例计算好各原料加入到熔炼炉中，升温到1530℃，带炉料完全熔化后，加入扒渣剂进行扒渣处理后加入熔液质量的0.4％复合脱氧剂脱氧、脱硫、脱磷，得到钢液，其中，复合脱氧剂中各组分及百分比含量如下：Si 25％、Al 20％、Ba 6％、Ca 18％、S<0.01、P<0.01、C<0.01，余量为铁；
2)变质处理：采用冲熔法将Y基重稀土多元复合变质剂，按占钢液重0.2％加入钢包底部，对钢液进行孕育变质处理，变质处理温度为1595℃；
3)浇注：变质处理后将钢液温度降到1460℃后进行浇注得合金钢初成品；
4)热处理：将合金钢初成品缓慢冷却至室温后，回炉升温至1100℃后在水溶性介质中淬火5分钟，淬火3次，淬火完成后将温度降为280℃，回火6h，得合金钢成品，其中，淬火处理时升温速率为120℃/h，水溶性介质为羟乙基纤维素、氯化钠和水按照质量比1：10：80的比例配制而成。
实施例4：
一种超耐磨高铬合金钢，该合金钢中铬组分及百分比含量如下：C 1.67％、Cr19％、Si 0.71％、Nb 0.005％、Al 0.45％、Re 0.002％、B 0.007％、Ti 0.007％、Ta0.021％、S≤0.015、P≤0.015，余量为Fe。
上述超耐磨高铬合金钢的生产工艺，包括如下步骤：
1)熔炼：按比例计算好各原料加入到熔炼炉中，升温到1490℃，带炉料完全熔化后，加入扒渣剂进行扒渣处理后加入熔液质量的0.4％复合脱氧剂脱氧、脱硫、脱磷，得到钢液，其中，复合脱氧剂中各组分及百分比含量如下：Si 30％、Al 15％、Ba 8％、Ca 12％、S<0.01、P<0.01、C<0.01，余量为铁；
2)变质处理：采用冲熔法将Y基重稀土多元复合变质剂，按占钢液重0.2％加入钢包底部，对钢液进行孕育变质处理，变质处理温度为1590℃；
3)浇注：变质处理后将钢液温度降到1480℃后进行浇注得合金钢初成品；
4)热处理：将合金钢初成品缓慢冷却至室温后，回炉升温至1080℃后在水溶性介质中淬火10分钟，淬火2次，淬火完成后将温度降为310℃，回火12h，得合金钢成品，其中，淬火处理时升温速率为120℃/h，水溶性介质为羟乙基纤维素、氯化钠和水按照质量比1：10：80的比例配制而成。
实施例5：
一种超耐磨高铬合金钢，该合金钢中各组分及百分比含量如下：：C 1.52％、Cr22％、Si 0.63％、Nb 0.007％、Al 0.44％、Re 0.005％、B 0.007％、Ti 0.013％、Ta0.02％、S≤0.015、P≤0.015，余量为Fe。
上述超耐磨高铬合金钢的生产工艺，包括如下步骤：
1)熔炼：按比例计算好各原料加入到熔炼炉中，升温到1510℃，带炉料完全熔化后，加入扒渣剂进行扒渣处理后加入熔液质量的0.4％复合脱氧剂脱氧、脱硫、脱磷，得到钢液，其中，复合脱氧剂中各组分及百分比含量如下：Si 28％、Al 18％、Ba 7％、Ca 16％、S<0.01、P<0.01、C<0.01，余量为铁；
2)变质处理：采用冲熔法将Y基重稀土多元复合变质剂，按占钢液重0.2％加入钢包底部，对钢液进行孕育变质处理，变质处理温度为1600℃；
3)浇注：变质处理后将钢液温度降到1470℃后进行浇注得合金钢初成品；
4)热处理：将合金钢初成品缓慢冷却至室温后，回炉升温至1050℃后在水溶性介质中淬火8分钟，淬火3次，淬火完成后将温度降为290℃，回火11h，得合金钢成品，其中，淬火处理时升温速率为110℃/h，水溶性介质为羟乙基纤维素、氯化钠和水按照质量比1：10：80的比例配制而成。
对本发明实施例1-5制备的高铬合金钢进行性能检测，其结果如表1所示。
表1：
组别 耐冲击次数(次) 硬度(HRC) 冲击值(J/cm<sup>2</sup>)
实施例1 20065 63 5.2
实施例2 19987 62 5.3
实施例3 19996 62 4.9
实施例4 20024 64 5.1
实施例5 20088 65 5.3
综上，本发明实施例具有如下有益效果：本发明实施例1-5制备的高铬合金钢耐耐冲击次数最小可达19987次，冲击值最小为4.9J/cm2，硬度最小为HRC，说明本发明制备的高铬合金钢在具有优异的力学性能同时，同时还具有较高的强度以及超强的耐磨性能。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种超耐磨高铬合金钢，其特征在于，该合金钢中铬组分及百分比含量如下：C1.26-1.89％、Cr 19-25％、Si 0.42-0.85％、Nb 0.005-0.009％、Al 0.34-0.47％、Re0.002-0.008％、B 0.006-0.008％、Ti 0.007-0.016％、Ta 0.012-0.022％、S≤0.015、P≤0.015，余量为Fe；
所述合金钢的生产工艺包括如下步骤：
1)熔炼：按比例计算好各原料加入到熔炼炉中，升温到1480-1550℃，带炉料完全熔化后，加入扒渣剂进行扒渣处理后加入熔液质量的0.4％复合脱氧剂脱氧、脱硫、脱磷，得到钢液；
2)变质处理：采用冲熔法将Y基重稀土多元复合变质剂，按占钢液重0.2％加入钢包底部，对钢液进行孕育变质处理；
3)浇注：变质处理后将钢液温度降到1460-1490℃后进行浇注得合金钢初成品；
4)热处理：将合金钢初成品缓慢冷却至室温后，回炉升温至1000-1100℃后在水溶性介质中淬火5-15分钟，淬火处理时升温速率为100-120℃/h，所述水溶性介质为羟乙基纤维素、氯化钠和水按照质量比1：10：80的比例配制而成；淬火2-3次，淬火完成后将温度降为280-320℃，回火6-12h，得合金钢成品。
2.如权利要求1所述的超耐磨高铬合金钢，其特征在于，该合金钢中铬组分及百分比含量如下：C 1.44-1.67％、Cr 20-23％、Si 0.57-0.71％、Nb 0.006-0.008％、Al 0.41-0.45％、Re 0.004-0.006％、B 0.006-0.007％、Ti 0.011-0.014％、Ta 0.018-0.021％、S≤0.015、P≤0.015，余量为Fe。
3.如权利要求2所述的超耐磨高铬合金钢，其特征在于，该合金钢中各组分及百分比含量如下：C 1.52％、Cr 22％、Si 0.63％、Nb 0.007％、Al 0.44％、Re 0.005％、B 0.007％、Ti 0.013％、Ta 0.02％、S≤0.015、P≤0.015，余量为Fe。
4.如权利要求1所述的超耐磨高铬合金钢，其特征在于，步骤1) 中所述复合脱氧剂中各组分及百分比含量如下：Si 20-35％、Al 15-20％、Ba 5-10％、Ca 12-18％、S<0.01、P<0.01、C<0.01，余量为铁。
5.如权利要求1所述的超耐磨高铬合金钢，其特征在于，步骤2)中变质处理时的温度为1590-1610℃。
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