CN114032438A - 一种低合金耐磨钢的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新材料领域，具体关于一种低合金耐磨钢的制备方法；组成包括：C 0.08%‑0.13%，Si 1.2%‑1.6%，Mn 0.3%‑0.6%，Cr 10%‑13%，Ni 0.6%‑0.8%，Mo 0.2%‑0.4%，Cu 0.2%‑0.4%，S/P<0.035，其余为Fe；本发明通过添加晶粒细化剂和优化奥氏体成型条件，来细化低合金耐磨钢的晶粒，使得形成细小均匀的析出相，在保证硬度的同时，提高钢的冲击韧性。本发明的低合金耐磨钢解决国产低合金高强度耐磨钢因冲击功低，塑韧性较差，而冲击磨损性能差的问题。对于打破国外技术垄断具有重要意义。

Description

一种低合金耐磨钢的制备方法

技术领域

本发明涉及新材料领域，尤其是一种低合金耐磨钢的制备方法。

背景技术

低合金耐磨钢是二十世纪七八十年代发展起来的被广泛应用于矿山机械、工程机械、农业机械、建材、电力机械、铁路运输等部门。

CN103131958A公开了一种低合金耐磨钢，主要是由C，Si，Mn，Cr元素所组成，其耐磨钢化学成分重量百分比为：C0.35~0.45%，Si0.9~1.8%，Mn1.5~2.5%，Cr1.4~2.2%，B0.0008~0.004，Ce0.01~0.03，P≤0.03，S≤0.03%，其余为Fe。该发明生产的产品在各类磨损工况条件下均可获得较好的耐磨性，较高的硬度和足够的韧性。

CN101492793B公开了一种中低合金耐磨钢，其主要化学成份配比按重量百分比计是：碳(C)0.3～0.45％，锰(Mn)2～3.5％，钛(Ti)0.05～0.2％，钇基稀土(Y)0.08～0.15％，硅(Si)1～2.5％，矾(V)0.05～0.2％，硼(B)0.003～0.005％，磷(P)≤0.045％，硫(S)≤0.04％，其余为铁(Fe)。该发明耐磨性好；硬度高，洛氏硬度在45°至55°之间；韧性好，不易断裂；生产成本低。可用于制造钢球、大型球磨机用的研磨体、衬板、板锤等。

CN101984122A提供一种低合金耐磨钢，所述低合金耐磨钢包括下述质量百分比的原料：其中：C0.38-0.48%，Si0.9-2.5%，Mn1.5-2.5%，Cr1.4-2.0%，B0.0008－0.003%，Ce0.01－0.04%，P≤0.04%，S≤0.04%，余量为Fe。该发明的耐磨钢具有较高硬度，足够韧性,较高耐磨性的综合性能优良的低合金耐磨材料，可广泛应用于混砂机的刮板，输送螺旋的耐磨块、抛丸机的衬板，破碎机的锤头，分级机的筒筛挡板等多种工业耐磨场合，用此配方浇注的输送螺旋的耐磨块，使用寿命比原来提高一倍多，此配方钢的合金元素含量较低，而且所加合金元素国内资源丰富，价格低廉。

我国低合金耐磨钢的研究起步较晚，直到上个世纪八十年代，国内以武钢为首的部分钢厂才开始从我国的资源特点出发，并借鉴国外相关钢种的体系特点，以硅，锰系为基础，通过添加铬，钼及其它微量合金元素研制出级别较低的低合金耐磨钢系列。国内生产的低合金耐磨钢与国际先进水平相比，在强度级别和性能的稳定性等方面都还存在着不小的差距。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种低合金耐磨钢的制备方法。

一种低合金耐磨钢的制备方法，按照以下方法制备：

所述的低合金耐磨钢按照质量份数包括以下组分：C 0.08%-0.13%，Si 1.2%-1.6%，Mn 0.3%-0.6%，Cr 10%-13%，Ni 0.6%-0.8%，Mo 0.2%-0.4%，Cu 0.2%-0.4%，S/P<0.035，其余为Fe；

按照配方比例将合金钢的各个组分加入到真空感应炉冶炼，冶炼真空度为10-50Pa，加入0.1%-0.18%的脱氧剂和0.001%-0.008%的晶粒细化剂，捞出上层浮渣，将均匀的钢液浇铸成钢锭，然后将钢锭加热到1100-1200℃，保温2-8h均匀化处理后进行锻造钢板，始锻温度980-1130℃，终锻温度780-850℃，然后将钢板空冷至室温；然后将钢板放入到箱式电阻炉内，以3-8℃/min的加热速度加热到850-950℃奥氏体化温度，并保温45-90min后，投入到加热到300-400℃的等温淬火介质中保温10-90s后，再加入防裂纹淬火剂中水淬，然后获得的钢样在230-280℃回火15min。

进一步的，所述的晶粒细化剂按照以下方法制备：

按照质量份数，将1.0-2.4份的铁粉，0.8-1.6份的铝粉，0.05-0.1份的钛粉，0.01-0.06份的硼粉和0.3-0.6份的镁粉为原料进行配料，将配好的原料置于球磨机中进行第一次研磨、混合，磨好后进行干燥，然后与0.1-0.3份的纳米碳粉混合后二次研磨，将研磨均匀的粉料加入到坩埚中，升温到800-1300℃熔炼5-20min，加入0.01-0.08份的除气精炼剂，静置5-10min后扒渣浇注，将浇注体磨成颗粒。即可得到所述的晶粒细化剂。

进一步的，所述的除气精炼剂为氯化铝或氯化锌。

进一步的，所述的脱氧剂为铝丝或碳粉。

进一步的，所述的等温淬火介质为30-50质量份硝酸钾，40-49质量份亚硝酸钠，

所述的一种防裂纹淬火剂按照以下方法制备：

按照质量份数，在反应釜中加入20-40份的Α,Ω-二巯基聚乙二醇 ，5-10份的乙烯基吡咯硫酮， 0.1-2份的烯丙基苯基硒，2.1-4.3份乙醇钠，100-200份的DMF，60-70℃混合2-5小时，蒸馏除去DMF,再加入100-200份的水，60-80℃搅拌12-15小时，得到防裂纹淬火剂。

进一步的，所述的钢液中的杂质元素按照质量份S≤0.005%，P≤0.01%。

进一步的，所述的钢液中的气体含量按照质量份全氧含量≤20ppm，N≤50ppm。

本发明的低合金耐磨钢在工艺条件下奥氏体化时，所采用的奥氏体化温度较低，钢中仍有大量的晶粒细化剂的碳化物析出相存在，有效的抑制了奥氏体晶粒的长大，因此获得尺寸适中、分布均匀的等轴晶；避免了在现有技术采用的1000℃及以上温度奥氏体化时，碳化物出现大量的溶解，抑制晶粒长大的作用减弱，奥氏体晶粒出现吞并长大，出现混晶的现象。本发明通过添加晶粒细化剂和优化奥氏体成型条件，来细化低合金耐磨钢的晶粒，使得形成细小均匀的析出相，在保证硬度的同时，提高钢的冲击韧性。本发明的低合金耐磨钢解决国产低合金高强度耐磨钢因冲击功低，塑韧性较差，而冲击磨损性能差的问题。对于打破国外技术垄断具有重要意义。

具体实施方式

下面通过具体实施例对该发明作进一步说明：

室温硬度：热处理后获得的试样的布什硬度(室温)在型号为MHB-3000型数显布氏硬度计上进行测定，试验力为750kg，压头直径为5mm，加载时间为15s，每个试样延其一条对角线均匀取5个点测量出它们的布氏硬度值，取这5个值得平均值作为该试样的硬度测试结果。

室温拉伸：将热处理后的实验钢，按照金属拉伸试验试样GB6397-86加工成标准拉伸试样。室温拉伸试验在CMT4105微机电子万能试验机上进行，每组试样测试3次取平均值作为该组试样的最终测试结果。

奥氏体晶粒度测定：将按照设定好的奥氏体晶粒测量参数获得的奥氏体晶粒试样置于80℃恒温水浴的饱和苦味酸+若干滴盐酸+洗涤剂中进行奥氏体晶界的侵蚀，再将出现完整奥氏体晶界的试样在型号为9XB-PC的正置金相显微镜下进行观察。

实施例1

一种低合金耐磨钢的制备方法，按照以下方法制备：

所述的低合金耐磨钢按照质量份数包括以下组分：C 0.08%，Si 1.2%，Mn 0.3%，Cr10%，Ni 0.6%，Mo 0.2%，Cu 0.2%，S/P<0.035，其余为Fe；

按照配方比例将合金钢的各个组分加入到真空感应炉冶炼，冶炼真空度为10Pa，加入0.1%的脱氧剂碳粉和0.001%的晶粒细化剂，捞出上层浮渣，将均匀的钢液浇铸成钢锭，然后将钢锭加热到1100℃，保温2h均匀化处理后进行锻造钢板，始锻温度980℃，终锻温度780℃，然后将钢板空冷至室温；然后将钢板放入到箱式电阻炉内，以3℃/min的加热速度加热到850℃奥氏体化温度，并保温45min后，投入到加热到300℃等温淬火介质的等温淬火介质中保温10s后，再加入防裂纹淬火剂中水淬，然后获得的钢样在230℃回火15min。

所述的晶粒细化剂按照以下方法制备：

将1.0kg铁粉，0.8kg铝粉，0.05kg钛粉，0.01kg硼粉和0.3kg镁粉为原料进行配料，将配好的原料置于球磨机中进行第一次研磨、混合，磨好后进行干燥，然后与0.1kg纳米碳粉混合后二次研磨，将研磨均匀的粉料加入到坩埚中，升温到800℃熔炼5min，加入0.01kg除气精炼剂氯化锌，静置5min后扒渣浇注，将浇注体磨成颗粒。即可得到所述的晶粒细化剂。

进一步的，所述的等温淬火介质为30 kg硝酸钾，40 kg亚硝酸钠，

所述的一种防裂纹淬火剂按照以下方法制备：

在反应釜中加入20kg的Α,Ω-二巯基聚乙二醇 ，5kg的乙烯基吡咯硫酮， 0.1kg的烯丙基苯基硒，2.1kg乙醇钠，100kg的DMF，60℃混合2小时，蒸馏除去DMF,再加入100kg的水，60℃搅拌12小时，得到防裂纹淬火剂。

实施例2

一种低合金耐磨钢的制备方法，按照以下方法制备：

所述的低合金耐磨钢按照质量份数包括以下组分：C 0.11%，Si 1.4%，Mn 0.5%，Cr11%，Ni 0.7%，Mo 0.3%，Cu 0.3%，S/P<0.035，其余为Fe；

按照配方比例将合金钢的各个组分加入到真空感应炉冶炼，冶炼真空度为30Pa，加入0.14%的脱氧剂铝丝和0.005%的晶粒细化剂，捞出上层浮渣，将均匀的钢液浇铸成钢锭，然后将钢锭加热到1150℃，保温5h均匀化处理后进行锻造钢板，始锻温度1100℃，终锻温度800℃，然后将钢板空冷至室温；然后将钢板放入到箱式电阻炉内，以5℃/min的加热速度加热到900℃奥氏体化温度，并保温60min后，投入到加热到350℃50%硝酸钾+50%亚硝酸钠的等温淬火介质中保温50s后，再加入防裂纹淬火剂中水淬，然后获得的钢样在250℃回火15min。

所述的晶粒细化剂按照以下方法制备：

将1.6kg铁粉，1.2kg铝粉，0.08kg钛粉，0.03kg硼粉和0.4kg镁粉为原料进行配料，将配好的原料置于球磨机中进行第一次研磨、混合，磨好后进行干燥，然后与0.2kg纳米碳粉混合后二次研磨，将研磨均匀的粉料加入到坩埚中，升温到1000℃熔炼15min，加入0.04kg除气精炼剂氯化铝，静置8min后扒渣浇注，将浇注体磨成颗粒。即可得到所述的晶粒细化剂。

所述的等温淬火介质为32 kg硝酸钾，44 kg亚硝酸钠，

所述的一种防裂纹淬火剂按照以下方法制备：

在反应釜中加入28kg的Α,Ω-二巯基聚乙二醇 ，7kg的乙烯基吡咯硫酮， 0.5kg的烯丙基苯基硒，2.7kg乙醇钠，130kg的DMF，65℃混合3小时，蒸馏除去DMF,再加入150kg的水，67℃搅拌13小时，得到防裂纹淬火剂。

实施例3

一种低合金耐磨钢的制备方法，按照以下方法制备：

所述的低合金耐磨钢按照质量份数包括以下组分：C 0.13%，Si 1.6%，Mn 0.6%，Cr13%，Ni 0.8%，Mo0.4%，Cu 0.4%，S/P<0.035，其余为Fe；

按照配方比例将合金钢的各个组分加入到真空感应炉冶炼，冶炼真空度为50Pa，加入0.18%的脱氧剂碳粉和0.008%的晶粒细化剂，捞出上层浮渣，将均匀的钢液浇铸成钢锭，然后将钢锭加热到1200℃，保温8h均匀化处理后进行锻造钢板，始锻温度1130℃，终锻温度850℃，然后将钢板空冷至室温；然后将钢板放入到箱式电阻炉内，以8℃/min的加热速度加热到950℃奥氏体化温度，并保温90min后，投入到加热到400℃50%硝酸钾+50%亚硝酸钠的等温淬火介质中保温90s后，再加入防裂纹淬火剂中水淬，然后获得的钢样在280℃回火15min。

所述的晶粒细化剂按照以下方法制备：

将2.4kg铁粉，1.6kg铝粉，0.1kg钛粉，0.06kg硼粉和0.6kg镁粉为原料进行配料，将配好的原料置于球磨机中进行第一次研磨、混合，磨好后进行干燥，然后与0.3kg纳米碳粉混合后二次研磨，将研磨均匀的粉料加入到坩埚中，升温到1300℃熔炼20min，加入0.08kg除气精炼剂氯化铝，静置10min后扒渣浇注，将浇注体磨成颗粒。即可得到所述的晶粒细化剂。

对比例1

一种低合金耐磨钢的制备方法，按照以下方法制备：

所述的低合金耐磨钢按照质量份数包括以下组分：C 0.08%，Si 1.2%，Mn 0.3%，Cr10%，Ni 0.6%，Mo 0.2%，Cu 0.2%，S/P<0.035，其余为Fe；

按照配方比例将合金钢的各个组分加入到真空感应炉冶炼，冶炼真空度为10Pa，加入0.1%的脱氧剂碳粉，捞出上层浮渣，将均匀的钢液浇铸成钢锭，然后将钢锭加热到1100℃，保温2h均匀化处理后进行锻造钢板，始锻温度980℃，终锻温度780℃，然后将钢板空冷至室温；然后将钢板放入到箱式电阻炉内，以3℃/min的加热速度加热到850℃奥氏体化温度，并保温45min后，投入到加热到300℃50%硝酸钾+50%亚硝酸钠的等温淬火介质中保温10s后，再水淬，然后获得的钢样在230℃回火15min。

进一步的，所述的等温淬火介质为30kg硝酸钾，40kg亚硝酸钠，

对比例2

一种低合金耐磨钢的制备方法，按照以下方法制备：

所述的低合金耐磨钢按照质量份数包括以下组分：C 0.08%，Si 1.2%，Mn 0.3%，Cr10%，Ni 0.6%，Mo 0.2%，Cu 0.2%，S/P<0.035，其余为Fe；

按照配方比例将合金钢的各个组分加入到真空感应炉冶炼，冶炼真空度为10Pa，加入0.1%的脱氧剂碳粉和0.001%的晶粒细化剂，捞出上层浮渣，将均匀的钢液浇铸成钢锭，然后将钢锭加热到1100℃，保温2h均匀化处理后进行锻造钢板，始锻温度980℃，终锻温度780℃，然后将钢板空冷至室温；然后将钢板放入到箱式电阻炉内，以3℃/min的加热速度加热到850℃奥氏体化温度，并保温45min后，投入到加热到300℃50%硝酸钾+50%亚硝酸钠的等温淬火介质中保温10s后，再加入防裂纹淬火剂中水淬，然后获得的钢样在230℃回火15min。

所述的晶粒细化剂按照以下方法制备：

将1.0kg铁粉，0.8kg铝粉，0.01kg硼粉和0.3kg镁粉为原料进行配料，将配好的原料置于球磨机中进行第一次研磨、混合，磨好后进行干燥，然后与0.1kg纳米碳粉混合后二次研磨，将研磨均匀的粉料加入到坩埚中，升温到800℃熔炼5min，加入0.01kg除气精炼剂氯化锌，静置5min后扒渣浇注，将浇注体磨成颗粒。即可得到所述的晶粒细化剂。

所述的等温淬火介质为30kg硝酸钾，40kg亚硝酸钠，

所述的等温淬火介质为30kg硝酸钾，40kg亚硝酸钠，

所述的一种防裂纹淬火剂按照以下方法制备：

按在反应釜中加入20kg的Α,Ω-二巯基聚乙二醇 ，5kg的乙烯基吡咯硫酮，2.1kg乙醇钠，100kg的DMF，60℃混合2小时，蒸馏除去DMF,再加入100kg的水，60℃搅拌12小时，得到防裂纹淬火剂。

对比例3

一种低合金耐磨钢的制备方法，按照以下方法制备：

所述的低合金耐磨钢按照质量份数包括以下组分：C 0.08%，Si 1.2%，Mn 0.3%，Cr10%，Ni 0.6%，Mo 0.2%，Cu 0.2%，S/P<0.035，其余为Fe；

按照配方比例将合金钢的各个组分加入到真空感应炉冶炼，冶炼真空度为10Pa，加入0.1%的脱氧剂碳粉和0.001%的晶粒细化剂，捞出上层浮渣，将均匀的钢液浇铸成钢锭，然后将钢锭加热到1100℃，保温2h均匀化处理后进行锻造钢板，始锻温度980℃，终锻温度780℃，然后将钢板空冷至室温；然后将钢板放入到箱式电阻炉内，以3℃/min的加热速度加热到850℃奥氏体化温度，并保温45min后，投入到加热到300℃50%硝酸钾+50%亚硝酸钠的等温淬火介质中保温10s后，再加入防裂纹淬火剂中水淬，然后获得的钢样在230℃回火15min。

所述的晶粒细化剂按照以下方法制备：

将1.0kg铁粉，0.8kg铝粉，0.05kg钛粉，0.01kg硼粉为原料进行配料，将配好的原料置于球磨机中进行第一次研磨、混合，磨好后进行干燥，然后与0.1kg纳米碳粉混合后二次研磨，将研磨均匀的粉料加入到坩埚中，升温到800℃熔炼5min，加入0.01kg除气精炼剂氯化锌，静置5min后扒渣浇注，将浇注体磨成颗粒。即可得到所述的晶粒细化剂。

所述的等温淬火介质为30kg硝酸钾，40kg亚硝酸钠，

所述的一种防裂纹淬火剂按照以下方法制备：

在反应釜中加入20kg的Α,Ω-二巯基聚乙二醇 ，0.1kg的烯丙基苯基硒，2.1kg乙醇钠，100kg的DMF，60℃混合2小时，蒸馏除去DMF,再加入100kg的水，60℃搅拌12小时，得到防裂纹淬火剂。

以上实施例耐磨钢产品性能，其结果统计结果如下：

编号	平均晶粒尺寸（D/μm）	硬度（HB）	抗拉强度（MPa）
				实施例1	9.3	513	1729
实施例2	8.2	519	1752
				实施例3	7.9	531	1746
对比例1	32.4	487	1572
				对比例2	14.9	509	1667
对比例3	17.2	502	1637

Claims (8)

1.一种低合金耐磨钢的制备方法，按照以下方法制备：

所述的低合金耐磨钢按照质量份数包括以下组分：C 0.08%-0.13%，Si 1.2%-1.6%，Mn0.3%-0.6%，Cr 10%-13%，Ni 0.6%-0.8%，Mo 0.2%-0.4%，Cu 0.2%-0.4%，S/P<0.035，其余为Fe；

按照配方比例将合金钢的各个组分加入到真空感应炉冶炼，冶炼真空度为10-50Pa，加入0.1%-0.18%的脱氧剂和0.001%-0.008%的晶粒细化剂，捞出上层浮渣，将均匀的钢液浇铸成钢锭，然后将钢锭加热到1100-1200℃，保温2-8h均匀化处理后进行锻造钢板，始锻温度980-1130℃，终锻温度780-850℃，然后将钢板空冷至室温；然后将钢板放入到箱式电阻炉内，以3-8℃/min的加热速度加热到850-950℃奥氏体化温度，并保温45-90min后，投入到加热到300-400℃的等温淬火介质中保温10-90s后，再加入防裂纹淬火剂中水淬，然后获得的钢样在230-280℃回火15min。

2.根据权利要求1所述的一种低合金耐磨钢的制备方法，其特征在于：进一步的，所述的晶粒细化剂按照以下方法制备：

按照质量份数，将1.0-2.4份的铁粉，0.8-1.6份的铝粉，0.05-0.1份的钛粉，0.01-0.06份的硼粉和0.3-0.6份的镁粉为原料进行配料，将配好的原料置于球磨机中进行第一次研磨、混合，磨好后进行干燥，然后与0.1-0.3份的纳米碳粉混合后二次研磨，将研磨均匀的粉料加入到坩埚中，升温到800-1300℃熔炼5-20min，加入0.01-0.08份的除气精炼剂，静置5-10min后扒渣浇注，将浇注体磨成颗粒；即可得到所述的晶粒细化剂。

3.根据权利要求2所述的一种低合金耐磨钢的制备方法，其特征在于：所述的除气精炼剂为氯化铝或氯化锌。

4.根据权利要求1所述的一种低合金耐磨钢的制备方法，其特征在于：所述的脱氧剂为铝丝或碳粉。

5.根据权利要求1所述的一种低合金耐磨钢的制备方法，其特征在于：所述的所述的等温淬火介质为30-50质量份硝酸钾，40-49质量份亚硝酸钠。

6.根据权利要求1所述的一种低合金耐磨钢的制备方法，其特征在于：所述的钢液中的杂质元素按照质量份S≤0.005%，P≤0.01%。

7.根据权利要求1所述的一种低合金耐磨钢的制备方法，其特征在于：所述的钢液中的气体含量按照质量份全氧含量≤20ppm，N≤50ppm。

8.根据权利要求15所述的一种低合金耐磨钢的制备方法，其特征在于：所述的一种防裂纹淬火剂按照以下方法制备：

按照质量份数，在反应釜中加入20-40份的Α,Ω-二巯基聚乙二醇 ，5-10份的乙烯基吡咯硫酮， 0.1-2份的烯丙基苯基硒，2.1-4.3份乙醇钠，100-200份的DMF，60-70℃混合2-5小时，蒸馏除去DMF,再加入100-200份的水，60-80℃搅拌12-15小时，得到防裂纹淬火剂。