CN113832385A - 一种农耕机磨损件专用钢及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种农耕机磨损件专用钢及其生产工艺，具体涉及合金钢技术领域，按质量百分数计，包括C 0.30‑0.50％，Si 0.20‑0.40％，Mn 1.0‑1.5％，P≤0.035％，S≤0.035％，Cr 0.30‑0.70％，Cu≤0.20％，Ni≤0.015％，Ti≤0.080％，Al 0.040‑0.12％，B≤0.050％，Co 0.10‑0.60％的主加元素和Mo≤0.050％，V≤0.0030％，Nb≤0.01％，W 0.02‑0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质；生产时经预成型、退火、渗碳处理、淬火及最终定型制得成品。本发明通过在磨损件制备原料中辅以加入Mo、V、Nb和W，可大大提高磨损件的韧性、塑性、抗冲击性、抗弯、抗断及耐磨性，能够满足实际生产的需要。

Description

一种农耕机磨损件专用钢及其生产工艺
技术领域
本发明涉及合金钢技术领域，更具体地说，本发明涉及一种农耕机磨损件专用钢及其生产工艺。
背景技术
农耕机磨损件比如旋耕刀、秸秆还田刀、犁、铧、铲、耙盘、耙片等多采用优质碳素钢和弹簧钢为制造原料，弹簧钢以其优良的综合性能得到广泛使用。现有技术中的农耕机磨损件专用钢的强度、硬度虽高，但塑性、韧性较低，耐磨性较差，且加热时容易出现脱碳及晶粒粗大的问题，无法满足实际生产的需要。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种农耕机磨损件专用钢及其生产工艺，通过在磨损件制备原料中辅以加入Mo、V、Nb和W，可大大提高磨损件的韧性、塑性、抗冲击性、抗弯、抗断及耐磨性，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种农耕机磨损件专用钢，包括主加元素和辅加元素，按质量百分数计，主加元素包括有C 0.30-0.50％， Si 0.20-0.40％，Mn1.0-1.5％，P≤0.035％，S≤0.035％，Cr 0.30-0.70％，Cu ≤0.20％，Ni≤0.015％，Ti≤0.080％，Al 0.040-0.12％，B≤0.050％，Co 0.10-0.60％，辅加元素包括有Mo≤0.050％，V≤0.0030％，Nb≤0.01％，W 0.02-0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质。
在一个优选地实施方式中，按质量百分数计，主加元素包括有C 0.42-0.48％，Si0.25-0.35％，Mn 1.0-1.5％，P 0.035％，S 0.035％，Cr 0.58-0.65％， Cu 0.20％，Ni0.015％，Ti 0.080％，Al 0.040-0.12％，B 0.050％，Co 0.20-0.60％，辅加元素包括有Mo0.050％，V 0.0030％，Nb 0.01％，W 0.04-0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质。
在一个优选地实施方式中，本发明还提供了一种农耕机磨损件专用钢的生产工艺，具体包括如下操作步骤：
步骤一：预成型：按配方比将生产农耕机磨损件的主原料以及辅助原料同时投入到熔炼炉中，待完全熔融后，将熔融后的原料混合物进行浇注，预成型为农耕机磨损件；
步骤二：退火：将步骤二中成型后的农耕机磨损件冷却至850-870℃，然后经保温、降温处理；
步骤三：渗碳处理：将步骤二中退火处理后的农耕机磨损件放入至渗碳剂中加热，以改变农耕机磨损件表面的化学成分和组织；
步骤四：淬火：将步骤三中渗碳处理后的农耕机磨损件加热至850-870℃后保温处理一段时间，然后放入自来水中快速冷却；
步骤五：最终成型：将淬火完成后的农耕机磨损件进行精加工处理，得到成品农耕机磨损件。
在一个优选地实施方式中，上述步骤一中，农耕机磨损件为旋耕刀、秸秆还田刀、犁、铧、铲、耙盘以及耙片中的任意一种。
在一个优选地实施方式中，上述步骤二中，采用完全退火工艺，在保温处理210-230min后，自然冷却至室温状态。
在一个优选地实施方式中，上述步骤三中，表层热处理为渗碳处理，将退火后的农耕机磨损件渗碳剂中，加热至880-930℃，持续8-12h，以使农耕机磨损件的表面渗碳。
在一个优选地实施方式中，上述步骤三中，渗碳剂为由苏打粉、亚铁氰化钾以及木屑配制而成的固体渗碳剂或液状渗碳滴剂中的任意一种。
在一个优选地实施方式中，上述步骤四中，淬火操作采用的是分级淬火法，将步骤三中处理后的农耕机磨损件先淬入温度为360-370℃的碱浴炉中保温15min，工件内外温度均匀后，从碱浴炉中取出，快速放至自来水中进行二次淬火。
本发明的技术效果和优点：
本发明通过在原料中辅以加入Mo、V、Nb和W，其中，Mo能够细化晶粒，提高强度与韧性，降低回火脆性，其形成的硬质相不仅熔点高，而且弥散分布，有利于提高产品的耐磨性；V是强碳化物生成元素，可以与C生成细小、弥散的MC型碳化物，极大地提高合金钢的硬度和强度，进而提高产品的耐磨性；Nb可以在不影响钢的韧性与塑性的条件下，细化钢中铁素体晶粒，提高钢的屈服强度，还可以部分固化于奥氏体中提高钢的淬透性；W一方面具有固溶强化的作用，另一方面还形成了WC、W2C硬质相，可进一步提高产品的相对耐磨性。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
本发明提供了一种农耕机磨损件专用钢，包括主加元素和辅加元素，按质量百分数计，主加元素包括有C 0.30-0.50％，Si 0.20-0.40％，Mn 1.0-1.5％， P≤0.035％，S≤0.035％，Cr 0.30-0.70％，Cu≤0.20％，Ni≤0.015％，Ti≤0.080％， Al 0.040-0.12％，B≤0.050％，Co 0.10-0.60％，辅加元素包括有Mo≤0.050％， V≤0.0030％，Nb≤0.01％，W0.02-0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质；
现有技术中，C的含量为0.50-0.70％，为了解决加热时出现的脱碳问题，本发明适当降低了C的含量；
Si可提高钢的强度与硬度，但是含量过高，会在加热时助长脱碳及晶粒粗化倾向，所以本发明降低了Si的含量，增大了Cr的含量；
Cr是碳化物形成元素，可形成Cr7C3、Cr23C6硬质相，Cr含量的增大既有助于提高钢的韧性与塑性，又可以提高钢中碳扩散的激活能，减轻钢的脱碳倾向及晶粒粗化倾向，而且Cr还可以显著提高钢的淬透性和抗腐蚀性；
Al、Ti、V、Nb、Co是强氮化物生成元素，可以与钢中的氮、氧、硫快速、彻底化合，形成可以细化晶粒，提高韧性、耐磨性及抗腐蚀性的氮化物或碳氮化物，极大地改善了制成件的低温韧性，即使在极恶劣条件下使用，也不容易出现脆断的问题；Al溶于合金钢的基体中，还可以起到提高Ms点、减少淬火钢中残余奥氏体的含量的作用，还可以对-αFe产生固溶强化作用，显著改善钢的耐磨性；V还是强碳化物生成元素，可以与C生成细小、弥散的MC 型碳化物，极大地提高合金钢的硬度和强度；微量的Nb可以在不影响钢的韧性与塑性的条件下，细化钢中铁素体晶粒，提高钢的屈服强度，还可以部分固化于奥氏体中提高钢的淬透性；
B、Mo可以强烈提高淬透性，由于本发明降低了C的含量，并添加了合适量的碳化物形成元素Cr与V，使得钢中的C含量显著减少，C含量的显著减少使得B的淬透性效应越发突出；
W的使用可进一步提高产品的相对耐磨性，其因为一方面W具有固溶强化的作用，另一方面还形成了WC、W2C硬质相。
经过上述组分配比的合理调整后，各个组分协同作用，使得本发明所得的合金钢无论在韧性、塑性、抗冲击性，还是抗弯、抗断及耐磨性上都得到了大幅度的提高，而且淬透性特别好、应力小，极大地简化了后续热处理工艺的操作流程，降低了热处理工艺的操作难度，不仅节省成本，而且还提高了工作效率。
优选的，按质量百分数计，主加元素可以为包括有C 0.42-0.48％，Si 0.25-0.35％，Mn 1.0-1.5％，P 0.035％，S 0.035％，Cr 0.58-0.65％，Cu 0.20％， Ni 0.015％，Ti 0.080％，Al 0.040-0.12％，B 0.050％，Co 0.20-0.60％，辅加元素可以包括有Mo0.050％，V 0.0030％，Nb 0.01％，W 0.04-0.08％，余量为 Fe和不可避免的杂质；
本发明还提供了一种农耕机磨损件专用钢的生产工艺，具体包括如下操作步骤：
步骤一：预成型：按配方比将生产农耕机磨损件的主原料以及辅助原料同时投入到熔炼炉中，待完全熔融后，将熔融后的原料混合物进行浇注，预成型为旋耕刀、秸秆还田刀、犁、铧、铲、耙盘以及耙片中的任意一种农耕机磨损件；
步骤二：退火：将步骤二中成型后的农耕机磨损件冷却至850-870℃，在保温处理210-230min后，自然冷却至室温状态；
步骤三：渗碳处理：将步骤二中退火处理后的农耕机磨损件放入至渗碳剂中加热至880-930℃，持续8-12h，以使农耕机磨损件的表面渗碳，以改变农耕机磨损件表面的化学成分和组织，其中，渗碳剂为由苏打粉(Na2CO3)、亚铁氰化钾以及木屑配制而成的固体渗碳剂或液状渗碳滴剂中的任意一种；
步骤四：淬火：采用分级淬火法将步骤三中渗碳处理后的农耕机磨损件加热至850-870℃后，先淬入温度为360-370℃的碱浴炉中保温15min，工件内外温度均匀后，从碱浴炉中取出，快速放至自来水中进行二次淬火；
步骤五：最终成型：将淬火完成后的农耕机磨损件进行精加工处理，得到成品农耕机磨损件。
基于上述技术方案，结合以下实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
本发明提供了一种农耕机磨损件专用钢，包括主加元素和辅加元素，按质量百分数计，主加元素包括有C 0.42％，Si 0.25％，Mn 1.0％，P 0.035％，S 0.035％，Cr 0.58％，Cu 0.20％，Ni 0.015％，Ti 0.080％，Al 0.040％，B 0.050％， Co 0.20％，辅加元素包括有Mo 0.050％，V 0.0030％，Nb 0.01％，W 0.04％，余量为Fe和不可避免的杂质；
本发明还提供了一种农耕机磨损件专用钢的生产工艺，具体包括如下操作步骤：
步骤一：预成型：按配方比将生产农耕机磨损件的主原料以及辅助原料同时投入到熔炼炉中，待完全熔融后，将熔融后的原料混合物进行浇注，预成型为旋耕刀、秸秆还田刀、犁、铧、铲、耙盘以及耙片中的任意一种农耕机磨损件；
步骤二：退火：将步骤二中成型后的农耕机磨损件冷却至850-870℃，在保温处理210-230min后，自然冷却至室温状态；
步骤三：渗碳处理：将步骤二中退火处理后的农耕机磨损件放入至渗碳剂中加热至880-930℃，持续8-12h，以使农耕机磨损件的表面渗碳，以改变农耕机磨损件表面的化学成分和组织，其中，渗碳剂为由苏打粉(Na2CO3)、亚铁氰化钾以及木屑配制而成的固体渗碳剂或液状渗碳滴剂中的任意一种；
步骤四：淬火：采用分级淬火法将步骤三中渗碳处理后的农耕机磨损件加热至850-870℃后，先淬入温度为360-370℃的碱浴炉中保温15min，工件内外温度均匀后，从碱浴炉中取出，快速放至自来水中进行二次淬火；
步骤五：最终成型：将淬火完成后的农耕机磨损件进行精加工处理，得到成品农耕机磨损件。
实施例2
本发明提供了一种农耕机磨损件专用钢，包括主加元素和辅加元素，按质量百分数计，主加元素包括有C 0.45％，Si 0.30％，Mn 1.2％，P 0.035％，S 0.035％，Cr 0.62％，Cu 0.20％，Ni 0.015％，Ti 0.080％，Al 0.080％，B 0.050％， Co 0.40％，辅加元素包括有Mo 0.050％，V 0.0030％，Nb 0.01％，W 0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质；
本发明还提供了一种农耕机磨损件专用钢的生产工艺，具体包括如下操作步骤：
步骤一：预成型：按配方比将生产农耕机磨损件的主原料以及辅助原料同时投入到熔炼炉中，待完全熔融后，将熔融后的原料混合物进行浇注，预成型为旋耕刀、秸秆还田刀、犁、铧、铲、耙盘以及耙片中的任意一种农耕机磨损件；
步骤二：退火：将步骤二中成型后的农耕机磨损件冷却至850-870℃，在保温处理210-230min后，自然冷却至室温状态；
步骤三：渗碳处理：将步骤二中退火处理后的农耕机磨损件放入至渗碳剂中加热至880-930℃，持续8-12h，以使农耕机磨损件的表面渗碳，以改变农耕机磨损件表面的化学成分和组织，其中，渗碳剂为由苏打粉(Na2CO3)、亚铁氰化钾以及木屑配制而成的固体渗碳剂或液状渗碳滴剂中的任意一种；
步骤四：淬火：采用分级淬火法将步骤三中渗碳处理后的农耕机磨损件加热至850-870℃后，先淬入温度为360-370℃的碱浴炉中保温15min，工件内外温度均匀后，从碱浴炉中取出，快速放至自来水中进行二次淬火；
步骤五：最终成型：将淬火完成后的农耕机磨损件进行精加工处理，得到成品农耕机磨损件。
实施例3
本发明提供了一种农耕机磨损件专用钢，包括主加元素和辅加元素，按质量百分数计，主加元素包括有C 0.48％，Si 0.35％，Mn 1.5％，P 0.035％，S 0.035％，Cr 0.65％，Cu 0.20％，Ni 0.015％，Ti 0.080％，Al 0.12％，B 0.050％， Co 0.60％，辅加元素包括有Mo 0.050％，V 0.0030％，Nb 0.01％，W 0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质；
本发明还提供了一种农耕机磨损件专用钢的生产工艺，具体包括如下操作步骤：
步骤一：预成型：按配方比将生产农耕机磨损件的主原料以及辅助原料同时投入到熔炼炉中，待完全熔融后，将熔融后的原料混合物进行浇注，预成型为旋耕刀、秸秆还田刀、犁、铧、铲、耙盘以及耙片中的任意一种农耕机磨损件；
步骤二：退火：将步骤二中成型后的农耕机磨损件冷却至850-870℃，在保温处理210-230min后，自然冷却至室温状态；
步骤三：渗碳处理：将步骤二中退火处理后的农耕机磨损件放入至渗碳剂中加热至880-930℃，持续8-12h，以使农耕机磨损件的表面渗碳，以改变农耕机磨损件表面的化学成分和组织，其中，渗碳剂为由苏打粉(Na2CO3)、亚铁氰化钾以及木屑配制而成的固体渗碳剂或液状渗碳滴剂中的任意一种；
步骤四：淬火：采用分级淬火法将步骤三中渗碳处理后的农耕机磨损件加热至850-870℃后，先淬入温度为360-370℃的碱浴炉中保温15min，工件内外温度均匀后，从碱浴炉中取出，快速放至自来水中进行二次淬火；
步骤五：最终成型：将淬火完成后的农耕机磨损件进行精加工处理，得到成品农耕机磨损件。
实施例1-3中各个组分的配比如表一所示，测试表征如表二所示。
将实施例1-3得到的产品加工成测试试样10*10*40mm，加热至1050℃，保温20分钟，按照国标GBT224-2008脱碳金相法进行脱碳实验；
表一：实施例1-3各组分含量
Figure BDA0002529218100000081
Figure BDA0002529218100000091
表二：测试表征结果
Figure BDA0002529218100000092
Figure BDA0002529218100000101
将在各个实施例所得的最终产品取样进行金相检测，同时，将实施例1-3 得到的产品加工成测试试样，之后按照国标GBT229-2007中的金属材料夏比摆锤冲击试验方法进行力学性能检测，金相检测及力学性能检测结果如表二所示，各个实施例的测试结果较现有技术，无论在脱碳层的厚度，还是硬度，再或者是力学性能上，都有了非常显著的有益改进。当且仅当专用钢中各个组分含量按质量百分数计，主加元素包括有C 0.45％，Si0.30％，Mn 1.2％，P 0.035％，S 0.035％，Cr 0.62％，Cu 0.20％，Ni 0.015％，Ti0.080％，Al 0.080％， B 0.050％，Co 0.40％，辅加元素包括有Mo 0.050％，V 0.0030％，Nb 0.01％，W 0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质时，其脱碳及力学性能试验的测试效果最好，不易脱碳、晶粒细、韧性、塑性、抗冲击性等性能非常好，完全可以满足农耕机磨损件的制造要求；产品本身为精细规整的板条状马氏体，不仅强度高，而且具有良好的塑性与韧性以及低的脆性转变温度。
经多次试验，实施例2所制得的农耕机磨损件，连续使用150h后，整体尺寸与刀刃尺寸仍然在GB/T 5669-2008规定的范围内。
最后应说明的是：虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明的基础上，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (8)

1.一种农耕机磨损件专用钢，其特征在于：包括主加元素和辅加元素，按质量百分数计，主加元素包括有C 0.30-0.50％，Si 0.20-0.40％，Mn 1.0-1.5％，P≤0.035％，S≤0.035％，Cr 0.30-0.70％，Cu≤0.20％，Ni≤0.015％，Ti≤0.080％，Al 0.040-0.12％，B≤0.050％，Co 0.10-0.60％，辅加元素包括有Mo≤0.050％，V≤0.0030％，Nb≤0.01％，W0.02-0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种农耕机磨损件专用钢，其特征在于：按质量百分数计，主加元素包括有C 0.42-0.48％，Si 0.25-0.35％，Mn 1.0-1.5％，P 0.035％，S 0.035％，Cr0.58-0.65％，Cu 0.20％，Ni 0.015％，Ti 0.080％，Al 0.040-0.12％，B 0.050％，Co0.20-0.60％，辅加元素包括有Mo 0.050％，V0.0030％，Nb 0.01％，W 0.04-0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.一种如权利要求1-2任一项农耕机磨损件专用钢的生产工艺，其特征在于：具体包括如下操作步骤：
步骤一：预成型：按配方比将生产农耕机磨损件的主原料以及辅助原料同时投入到熔炼炉中，待完全熔融后，将熔融后的原料混合物进行浇注，预成型为农耕机磨损件；
步骤二：退火：将步骤二中成型后的农耕机磨损件冷却至850-870℃，然后经保温、降温处理；
步骤三：渗碳处理：将步骤二中退火处理后的农耕机磨损件放入至渗碳剂中加热，以改变农耕机磨损件表面的化学成分和组织；
步骤四：淬火：将步骤三中渗碳处理后的农耕机磨损件加热至850-870℃后保温处理一段时间，然后放入自来水中快速冷却；
步骤五：最终成型：将淬火完成后的农耕机磨损件进行精加工处理，得到成品农耕机磨损件。
4.根据权利要求3所述的一种农耕机磨损件专用钢的生产工艺，其特征在于：上述步骤一中，农耕机磨损件为旋耕刀、秸秆还田刀、犁、铧、铲、耙盘以及耙片中的任意一种。
5.根据权利要求3所述的一种农耕机磨损件专用钢的生产工艺，其特征在于：上述步骤二中，采用完全退火工艺，在保温处理210-230min后，自然冷却至室温状态。
6.根据权利要求3所述的一种农耕机磨损件专用钢的生产工艺，其特征在于：上述步骤三中，表层热处理为渗碳处理，将退火后的农耕机磨损件渗碳剂中，加热至880-930℃，持续8-12h，以使农耕机磨损件的表面渗碳。
7.根据权利要求3所述的一种农耕机磨损件专用钢的生产工艺，其特征在于：上述步骤三中，渗碳剂为由苏打粉、亚铁氰化钾以及木屑配制而成的固体渗碳剂或液状渗碳滴剂中的任意一种。
8.根据权利要求3所述的一种农耕机磨损件专用钢的生产工艺，其特征在于：上述步骤四中，淬火操作采用的是分级淬火法，将步骤三中处理后的农耕机磨损件先淬入温度为360-370℃的碱浴炉中保温15min，工件内外温度均匀后，从碱浴炉中取出，快速放至自来水中进行二次淬火。
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