CN110819894B - 一种耐磨合金钢及其热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型耐磨合金钢，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：碳0.45％～0.6％，硅0.8％～1.8％，锰1.0％～2.2％，铬1.0％～2.2％，钼0.25％～0.8％，钒0.15％～0.6％，硫0～0.03％，磷0～0.03％，余量为铁。本发明还公开了一种新型耐磨合金钢的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)将耐磨合金钢胚料加热至500℃～530℃，保温2～3小时。(2)继续将耐磨合金钢胚料加热至980℃～1050℃，保温2～3小时。本发明的耐磨合金钢的性能更好，其硬度能≥57HRC，冲击韧性ak≥70J/cm2，其能兼顾强度的同时还能确保有很好的韧性。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，具体提供一种新型耐磨合金钢及其热处理工艺。
背景技术
耐磨合金钢材料如高锰钢主要用于锤式破碎机、辊式破碎机、挖掘机斗齿等矿物破碎设备，由于其材料耐磨性能较好，铸造成型后安装于设备中可以提高设备的使用寿命。随着城市化建设的加速，目前对于破碎机、挖掘机等设备的要求也越来越高，这也给耐磨合金钢材料的性能提出了更高的要求。目前高锰钢的性能已经无法满足社会的发展需求，但是提高耐磨合金钢材料性能的难度较大，因为金属材料一般硬度越高，耐磨性能越好，但是冲击韧性越小，即容易脆裂；因此，如何使耐磨合金钢材料同时具有较高的硬度和良好的冲击韧性则是目前金属材料技术领域的当务之急。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种能够很好的兼顾强度和韧性的新型耐磨合金钢及其热处理工艺。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种新型耐磨合金钢，包括以下重量百分比的组分：碳0.45%～0.6%，硅0.8% ～1.8%，锰1.0% ～2.2%，铬1.0%～2.2%，钼0.25%～0.8%，钒0.15%～0.6%，硫0～0.03%，磷0～0.03%，余量为铁。
进一步的，该新型耐磨合金钢，包括以下重量百分比的组分：碳0.5%～0.55%，硅1.2% ～1.6%，锰1.3% ～1.8%，铬1.45%～1.85%，钼0.45%～0.6%，钒0.22%～0.45%，硫0.015～0.02%，磷0.015～0.02%，余量为铁。
一种根据权利要求1所述的新型耐磨合金钢的热处理工艺，包括以下步骤：
（1）将耐磨合金钢胚料加热至500℃～530℃ ，保温2～3小时；
（2）继续将耐磨合金钢胚料加热至980℃～1050℃ ，保温2～3小时；
（3）采用雾风的方式在2小时内将耐磨合金钢胚料冷却至320℃～350℃后停止雾风冷却，将耐磨合金钢胚料进行自然空冷至150℃～175℃；
（4）将耐磨合金钢胚料再次加热至420℃～500℃，保温1～2小时；
（3）将耐磨合金钢胚料在空气中冷却至室温。
进一步的，步骤（1）中采用阶梯式加热；其中，400℃以下时为每小时升温150℃，400℃以上时则每小时升温30℃。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：本发明的耐磨合金钢的性能更好，其硬度能≥57HRC，冲击韧性ak≥70J/cm2，其能兼顾强度的同时还能确保有很好的韧性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例1
本实施例的新型耐磨合金钢，包括以下重量百分比的组分：碳0.45%，硅0.8%，锰1.0%，铬1.0%，钼0.25%，钒0.15%，余量为铁和不可避免的杂质。
本实施例的新型耐磨合金钢的生产方法为：将上述的重量百分比的组分添加到铸造炉中进行铸造，得到耐磨合金钢胚料。为了改善耐磨合金钢胚料的内部结构，释放应力，形成以奥氏体和贝氏体为主的金相组织，提升其冲击韧性，需要对耐磨合金钢胚料进行热处理工艺，热处理工艺包括以下步骤：
（1）将耐磨合金钢胚料加热至500℃，保温2或3小时；具体的，采用阶梯式对耐磨合金钢胚料进行加热，其中，400℃以下时为每小时升温150℃，400℃以上时则每小时升温30℃。通过阶梯式加热可以使耐磨合金钢胚料内部均匀受热。
（2）继续将耐磨合金钢胚料加热至980℃，保温2～3小时。消除磨合金钢胚料中的块状碳化物，同时尽可能使奥氏体中的碳及合金元素均匀分布，提高奥氏体在后续冷却过程中的稳定性。
（3）采用雾风冷却的方式在2个小时之内将耐磨合金钢胚料冷却至350℃；在这个冷却速度之下可以使耐磨合金钢胚料的整个截面上保持较小的温差，又能防止在冷却过程中耐磨合金钢胚料在心部发生珠光体转变。当耐磨合金钢胚料冷却至350℃时，停止雾风冷却，将耐磨合金钢胚料进行自然空冷至150℃；耐磨合金钢胚料冷却至350℃后进行空冷，可以降低耐磨合金钢胚料的冷却速度，使耐磨合金钢胚料的整个截面温度进一步均匀化，确保后续耐磨合金钢胚料从奥氏体向贝氏体转变过程均匀同步。
（4）当耐磨合金钢胚料冷却至150℃后，将耐磨合金钢胚料再次加热至420℃，保温1～2小时。耐磨合金钢胚料在420℃环境下发生奥氏体向贝氏体转变。
（3）将耐磨合金钢胚料在空气中冷却至室温，完成热处理。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，其不同点在于，本实施例中的新型耐磨合金钢，包括以下重量百分比的组分：碳0.5%，硅1.2%，锰1.3%，铬1.45%，钼0.45%，钒0.22%，硫0.015%，磷0.015%，余量为铁和不可避免的杂质。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，其不同点在于，本实施例的新型耐磨合金钢，包括以下重量百分比的组分：碳0.55%，硅1.6%，锰1.8%，铬1.85%，钼0.6%，钒0.45%，硫0.02%，磷0.02%，余量为铁和不可避免的杂质。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，其不同点在于，本实施例的新型耐磨合金钢，包括以下重量百分比的组分：碳0.6%，硅1.8%，锰2.2%，铬2.2%，钼0.8%，钒0.6%，硫0.03%，磷0.03%，余量为铁和不可避免的杂质。
对实施例1~4中的新型耐磨合金钢进行显微组织观察，实施例1~4中的新型耐磨合金钢的显微组织均为贝氏体加残留奥氏体的组合，其中贝氏体由含碳过饱和的铁素体及分布于其间的奥氏体膜组成。表1为实施例1~4中的新型耐磨合金钢中残留奥氏体的占比：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 残留奥氏体占比 | 24.6% | 25% | 25% | 25.5% |
表1
实施例1~4的新型耐磨合金钢中的奥氏体以膜状形式存在于铁素体，通过控制奥氏体的残留量，以实现新型耐磨合金钢韧性和耐磨性的合理配置。
以下将实施例1~4的新型耐磨合金钢以及传统的高锰钢在相同的环境下进行冲击韧性试验，冲击韧性如表2所示：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 高锰钢 | |
| 冲击韧性（J/cm<sup>2</sup>） | 73 | 78 | 81 | 73 | 52 |
由表2可以看出，实施例1~4的新型耐磨合金钢均有较好的冲击韧性，4种新型耐磨合金钢的冲击韧性均达到70 J/cm2以上，远高于传统的高锰钢的冲击韧性。
以下将实施例1~4的新型耐磨合金钢以及传统的高锰钢在相同的环境下进行硬度测试，以测试其耐磨性能，硬度如表3所示：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 高锰钢 | |
| 硬度 | 58HRC | 60HRC | 58HRC | 62HRC | 58HRC |
由表3可以看出，实施例1~4的新型耐磨合金钢均具有较好的硬度，其硬度均能达到57 HRC以上，但传统的高锰钢的硬度更高，达到了82HRC。
综上试验可以看出，实施例1~4中的新型耐磨合金钢的冲击韧性均达到70 J/cm2以上，硬度也均能达到57 HRC以上，实施例1~4中的新型耐磨合金钢能够很好的兼顾冲击韧性和耐磨性能。反观传统的高锰钢，其硬度能达到58HRC，与实施例1~4中的新型耐磨合金钢的硬度相当，但是传统的高锰钢的冲击韧性只有52 J/cm2，远低于实施例1~4中的新型耐磨合金钢的冲击韧性，其在确保硬度的同时无法兼顾冲击韧性。
如上所述，便可很好的实施本发明。
Claims (1)
1.一种耐磨合金钢，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：碳0.55%，硅1.6%，锰1.8%，铬1.85%，钼0.6%，钒0.45%，硫0.02%，磷0.02%，余量为铁；
所述耐磨合金钢的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将耐磨合金钢胚料加热至500℃，保温2～3小时；
（2）继续将耐磨合金钢胚料加热至980℃，保温2～3小时；
（3）采用雾风的方式在2小时内将耐磨合金钢胚料冷却至350℃后停止雾风冷却，将耐磨合金钢胚料进行自然空冷至150℃；
（4）将耐磨合金钢胚料再次加热至420℃，保温1～2小时；
（3）将耐磨合金钢胚料在空气中冷却至室温；
所述步骤（1）中采用阶梯式加热；其中，400℃以下时为每小时升温150℃，400℃以上时则每小时升温30℃。
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