CN116254390A - 一种高性能低碳耐磨钢及提高低碳耐磨钢性能的热处理方法 - Google Patents

一种高性能低碳耐磨钢及提高低碳耐磨钢性能的热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高性能低碳耐磨钢及提高低碳耐磨钢性能的热处理方法，属于耐磨材料制备技术领域。所述提高低碳耐磨钢性能的热处理方法，包括如下步骤：S1：将低碳耐磨钢加热到530‑570℃进行保温，然后进行脉冲处理；S2：将脉冲处理后的低碳耐磨钢加热至900‑940℃进行保温，然后进行脉冲处理，脉冲结束后进行水淬；S3：将水淬处理后的低碳耐磨钢加热保温，然后进行脉冲处理，最后进行水淬处理。本发明在成分设计和热处理工艺上充分考虑了细晶强化、沉淀强化和固溶强化三者协同强化机制的作用，同时还通过施加电脉冲的新热处理方法保证了耐磨钢具有足够的韧性，使低碳耐磨钢具有足够的强度、硬度，能保证较好的耐磨性的同时拥有较高的韧性。

Description

一种高性能低碳耐磨钢及提高低碳耐磨钢性能的热处理方法
技术领域
本发明属于耐磨材料制备技术领域，具体涉及一种高性能低碳耐磨钢及提高低碳耐磨钢性能的热处理方法。
背景技术
耐磨钢板广泛应用于采矿、建筑、农业、水泥生产、港口、电力以及冶金等工作条件特别恶劣的行业；传统耐磨钢主要采用低碳马氏体耐磨钢，通过淬火和低温回火工艺生产，传统热处理生产工艺受淬火/回火设备的能力制约较大，生产效率低，生产难度很大，钢板表面和心部的均匀性较差。
为了改善耐磨钢铸件的性能，中国发明专利CN 104388821A公开了一种TiC粒子增强型复相组织高塑性耐磨钢板及制造方法，此专利公开了一种残余奥氏体体积分数6-12％的TiC强化耐磨钢耐磨性优于HB450；但此耐磨钢的室温冲击功＞20J，随着温度降低，冲击功会降低，低温冲击性能不佳。中国发明专利CN 114369763A公开了一种残余奥氏体增韧耐磨钢及其制造方法，所述残余奥氏体体积百分比为10％～14％，通过提高Ti含量以形成大量弥散分布TiC颗粒提高钢的耐磨性，利用Mn、Ni和Cr元素提高奥氏体稳定性，但该专利中C含量及合金含量较高，焊接性较差。中国发明专利CN 109763072 B公开了一种厚规格高耐磨性钢板及其制造方法，所述的厚规格高耐磨性钢板的组织为马氏体和残余奥氏体；其中残余奥氏体的体积分数为10-20％，利用在线淬火配分工艺生产出厚40-400mm且其心部硬度不低于表面硬度的95％高性能耐磨钢，但是此生产方法要求钢板经轧后冷却到150-250℃后立即进入热处理炉进行配分，而这样的生产衔接在当前生产流程中难以实现或者难以批量生产。
综上所述，针对现有双相耐磨钢热处理技术的不足，因此研发新的热处理方法，提高合金耐磨钢的性能，适应日趋复杂的磨损工况。
发明内容
针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种高性能低碳耐磨钢及提高低碳耐磨钢性能的热处理方法。本发明通过热处理工艺，使合金化耐磨钢析出多尺度碳化物、铁素体和马氏体，减少位错，获得较高表面硬度、屈服强度和保证足够冲击韧性的高性能合金化耐磨钢。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种提高低碳耐磨钢性能的热处理方法，包括如下步骤：
S1：将低碳耐磨钢加热到530-570℃进行保温，然后进行脉冲处理。
S2：将脉冲处理后的低碳耐磨钢加热至900-940℃进行保温，然后进行脉冲处理，脉冲结束后进行水淬。
S3：将水淬处理后的低碳耐磨钢加热保温，然后进行脉冲处理，最后进行水淬处理。
所述低碳耐磨钢中各成分的质量百分比为C:0.05～0.2％、Si：0.2％～0.4％、Mn：0.8％～2.2％、Gr：0.5％～1.5％、Ti：0.05％～0.15％、V：0.1％～0.2％、Ni：0.3％～0.8％、Mo：0.2％～0.6％、Nb：0.05％～0.12％、P<0.03％、S<0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。
作为本发明的优选实施方式，所述脉冲处理中，脉冲宽度为1-20μs，脉冲间隔为10-100μs，脉冲电流密度为50-500A/mm2。
作为本发明的优选实施方式，所述S1中，脉冲处理温度为570℃以上时，停止电脉冲；所述S2中，当脉冲处理温度为940℃以上时，停止电脉冲；所述S3中，当脉冲处理温度为850℃以上时，停止电脉冲。
所述S1、S2、S3中的脉冲处理宽度、间隔和电流密度相同。
作为本发明的优选实施方式，所述S1中，加热升温速率为50-70℃/h，保温时间为20-30分钟。
作为本发明的优选实施方式，所述S2中，加热升温速率为50-70℃/h，保温时间为30-50分钟；水淬过程中水温为20～35℃，低碳耐磨钢和水的质量比为1:8以下，水淬时水冷时间为30分钟以上。
作为本发明的优选实施方式，所述S2中，加热温度为810-850℃，升温速率为50-70℃/h，保温时间为50-70分钟；水温为20～35℃，铸件和水的质量比为1:8以下，水淬时水冷时间不为60分钟以上。
本发明还要求保护所述提高低碳耐磨钢性能的热处理方法制备的高性能低碳耐磨钢。
作为本发明的优选实施方式，所述高性能低碳耐磨钢显微组织包括马氏体、铁素体、多尺度碳化物。
作为本发明的优选实施方式，所述高性能低碳耐磨钢显微组织中铁素体体积百分比为10％-20％。
铁素体具有良好的塑性和韧性，而强度与硬度较低，本发明将铁素体控制在10％-20％内可以有效的提高材料的塑性和韧性，保持材料的硬度和强度。
作为本发明的优选实施方式，所述多尺度碳化物包括微米级析出相、亚微米级析出相、纳米级析出相；所述微米级析出相平均尺寸为2-10μm，亚微米级析出相平均尺寸为200-500nm，纳米级析出相平均尺寸为30-80nm。
本发明的原理：
本发明根据Ti-V-Nb合金的特性，采用新的热处理工艺，使低碳耐磨钢中析出不同尺度的第二相粒子，减少位错。施加脉冲电流对位错结构的改变因各相的特性而异。缺陷位，通常是位错核，是低碳耐磨钢中NbC析出相的形核位。因此，位错密度或位错结构可能是电流诱导沉淀硬化中NbC类的重要因素之一。Ti、V、Nb在奥氏体中的主要存在状态主要与平衡溶度积有关，由于NbC的溶度积最小，最先在奥氏体中析出；此后以NbC为质点析出大量的TiC颗粒并长大，形成微米级和亚微米级的(Ti，Nb)C复合析出相，随后VC在更低的温度期间弥散析出形成纳米级的第二相。
本发明所述新的热处理工艺包括：阶段性固溶、阶段性电脉冲处理以及两次淬火处理。其中，阶段性固溶能够使低碳耐磨钢的组织可变得更加均匀，晶粒尺寸可在一定程度上得到细化并改善第二相的形态、尺寸和分布，并使初生的第二相粒子大部分固溶于奥氏体基体中，方便在后续的热处理过程中以更加均匀的形式析出。再次，第一次淬火的目的在于，水淬后得到细小且均匀的马氏体组织，以保证第二次加热保温时晶粒不会过度长大。第二次淬火的目的在于，前期析出的第二相粒子不会完全固溶进基体中，在后续的淬火过程中会以其为质点析出弥散的微米级析出物，同时由于V的存在会析出纳米级的VC颗粒；而剩下的小尺寸奥氏体会在较大的冷速下形成较硬的马氏体，使得耐磨钢的基体组织形成细小的马氏体组织和其晶界之间分布有细小的铁素体岛，保障了耐磨钢拥有良好的强韧性，同时也会弥散析出微米级、亚微米级和纳米级的沉淀相起到细化晶粒的作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明所述方法在成分设计和热处理工艺上充分考虑了细晶强化、沉淀强化和固溶强化三者协同强化机制的作用，同时还通过施加电脉冲的新热处理方法保证了耐磨钢具有足够的韧性，使低碳耐磨钢具有足够的强度、硬度能保证较好的耐磨性的同时拥有较高的韧性，有效防止耐磨钢由于局部应力集中而导致开裂失效的情况发生。
(2)本发明所述方法通过设定550±20℃等温处理，可以促进奥氏体分解，初生碳化物充分溶解，在920±10℃等温时促使奥氏体发生重结晶，起到细化晶粒的作用，并且生成铁素体增强低碳耐磨钢的韧性和塑性。
(3)通过所述提高低碳耐磨钢性能的热处理制备的高性能低碳耐磨钢，钢中基体组织为氏体和铁素体，组织均匀且晶粒尺寸细小，同时弥散分布着大量纳米级、亚微米级及微米级的沉淀物，因此高性能低碳耐磨钢具有较高的表面硬度和屈服强度，同时还保证了足够的冲击韧性。
附图说明
图1为本发明的热处理工艺流程图。
图2为实施例1中低碳耐磨钢热处理后的金相结构图。
图3为实施例1中低碳耐磨钢热处理后钢中微米级、亚微米级和纳米级析出相的SEM图。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例提高低碳耐磨钢性能的热处理方法，包括如下步骤：
(1)按低碳耐磨钢的化学成分(质量百分比为C:0.12％、Si：0.2～0.4％、Mn：1.84％、Gr：0.87％、Ti：0.98％、V：0.15％、Ni：0.42％、Mo：0.36％、Nb：0.10％、P<0.03％、S<0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质)进行配料，然后进行熔炼，铸件得到尺寸为100mm×50mm×50mm的低碳耐磨钢铸件。
(2)采用开放式加热炉将低碳耐磨钢铸件加热至550℃，升温速率为70℃/h，保温时间为20分钟后通入交流脉冲电流进行脉冲处理，脉冲宽度为1μs，脉冲间隔为10μs，脉冲电流密度为50A/mm2。
(3)将脉冲处理后的耐磨钢加热至920℃，保温30min，升温速率为70℃/h，然后通入交流脉冲电流进行脉冲处理，脉冲宽度为1μs，脉冲间隔为10μs，脉冲电流密度为50A/mm2，结束后进行水淬；水淬前水温为23℃，耐磨钢铸件和水的质量比为1:8，水淬结束后水温为31℃，水冷时间为60min。
(4)将水淬后的低碳耐磨钢铸件以70℃/h的升温速率加热至830℃，保温时间为70min再通入交流脉冲电流，脉冲宽度为1μs，脉冲间隔为10μs，脉冲电流密度为50A/mm2。
(5)将步骤(4)中脉冲结束后的耐磨钢铸件进行水淬，水淬前水温为25℃，耐磨钢铸件和水的质量比为1:8，水淬结束后水温为31℃，水冷时间为60min。
实施例2
本实施例提高低碳耐磨钢性能的热处理方法，包括如下步骤：
(1)按低碳耐磨钢的化学成分(质量百分比为C:0.09％、Si：0.28％、Mn：1.98％、Gr：1.32％、Ti：0.10％、V：0.18％、Ni：0.63％、Mo：0.45％、Nb：0.09％、P<0.03％、S<0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质)进行配料，然后进行熔炼，铸件得到尺寸为150mm×40mm×40mm的耐磨钢铸件。
(2)采用开放式加热炉将低碳耐磨钢铸件加热至530℃，升温速率为70℃/h，保温时间为25分钟后通入交流脉冲电流进行脉冲处理，脉冲宽度为10μs，脉冲间隔为50μs，脉冲电流密度为100A/mm2。
(3)将脉冲处理后的耐磨钢加热至920℃，保温40min，升温速率为70℃/h，然后通入交流脉冲电流进行脉冲处理，脉冲宽度为10μs，脉冲间隔为50μs，脉冲电流密度为100A/mm2，结束后进行水淬；水淬前水温为23℃，耐磨钢铸件和水的质量比为1:9，水淬结束后水温为31℃，水冷时间为60min。
(4)将水淬后的低碳耐磨钢铸件以70℃/h的升温速率加热至810℃，保温时间为70min再通入交流脉冲电流，脉冲宽度为10μs，脉冲间隔为50μs，脉冲电流密度为100A/mm2。
(5)将步骤(4)中脉冲结束后的耐磨钢铸件进行水淬，水淬前水温为23℃，耐磨钢铸件和水的质量比为1:9，水淬结束后水温为31℃，水冷时间为60min。
实施例3
本实施例提高低碳耐磨钢性能的热处理方法，包括如下步骤：
(1)按低碳耐磨钢的化学成分(质量百分比为C:0.16％、Si：0.34％、Mn：0.21％、Gr：1.18％、Ti：0.13％、V：0.14％、Ni：0.52％、Mo：0.39％、Nb：0.10％、P<0.03％、S<0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质)进行配料，然后进行熔炼，铸件得到尺寸为200mm×30mm×30mm的耐磨钢铸件。
(2)采用开放式加热炉将低碳耐磨钢铸件加热至570℃，升温速率为70℃/h，保温时间为30分钟后通入交流脉冲电流进行脉冲处理，脉冲宽度为20μs，脉冲间隔为100μs，脉冲电流密度为500A/mm2。
(3)将脉冲处理后的耐磨钢加热至920℃，保温40min，升温速率为70℃/h，然后通入交流脉冲电流进行脉冲处理，脉冲宽度为20μs，脉冲间隔为100μs，脉冲电流密度为500A/mm2，结束后进行水淬；水淬前水温为24℃，耐磨钢铸件和水的质量比为1:10，水淬结束后水温为30℃，水冷时间为60min。
(4)将水淬后的低碳耐磨钢铸件以70℃/h的升温速率加热至810℃，保温时间为70min再通入交流脉冲电流，脉冲宽度为20μs，脉冲间隔为100μs，脉冲电流密度为500A/mm2。
(5)将步骤(4)中脉冲结束后的耐磨钢铸件进行水淬，水淬前水温为24℃，耐磨钢铸件和水的质量比为1:10，水淬结束后水温为30℃，水冷时间为60min。
对比例1
本对比例提高低碳耐磨钢性能的热处理方法，包括如下步骤：
(1)按低碳耐磨钢的化学成分(质量百分比为C:0.12％、Si：0.2～0.4％、Mn：1.84％、Gr：0.87％、Ti：0.98％、V：0.15％、Ni：0.42％、Mo：0.36％、Nb：0.10％、P<0.03％、S<0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质)进行配料，然后进行熔炼，铸件得到尺寸为100mm×50mm×50mm的耐磨钢铸件。
(2)采用开放式加热炉将低碳耐磨钢铸件加热至920℃，升温速率为70℃/h，保温时间为70分钟后进行水淬；水淬前水温为25℃，耐磨钢铸件和水的质量比为1:8，水淬结束后水温为34℃，水冷时间为60min。
(3)将水淬后的低碳耐磨钢铸件以70℃/h的升温速率加热至830℃，保温时间为70min再进行水淬，水淬前水温为25℃，耐磨钢铸件和水的质量比为1:8，水淬结束后水温为32℃，水冷时间为60min。
对比例2
本对比例提高低碳耐磨钢性能的热处理方法，包括如下步骤：
(1)按低碳耐磨钢的化学成分(质量百分比为C:0.12％、Si：0.2～0.4％、Mn：1.84％、Gr：0.87％、Ti：0.98％、V：0.15％、Ni：0.42％、Mo：0.36％、Nb：0.10％、P<0.03％、S<0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质)进行配料，然后进行熔炼，铸件得到尺寸为100mm×50mm×50mm的低碳耐磨钢铸件。
(2)采用开放式加热炉将低碳耐磨钢铸件加热至550℃，升温速率为70℃/h，保温时间为70分钟。
(3)将保温后的耐磨钢加热至920℃，保温70min，升温速率为70℃/h，结束后进行水淬；水淬前水温为25℃，耐磨钢铸件和水的质量比为1:8，水淬结束后水温为34℃，水冷时间为60min。
对比例3
本对比例提高低碳耐磨钢性能的热处理方法，包括如下步骤：
(1)按低碳耐磨钢的化学成分(质量百分比为C:0.12％、Si：0.2～0.4％、Mn：1.84％、Gr：0.87％、Ti：0.98％、V：0.15％、Ni：0.42％、Mo：0.36％、Nb：0.10％、P<0.03％、S<0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质)进行配料，然后进行熔炼，铸件得到尺寸为100mm×50mm×50mm的低碳耐磨钢铸件。
(2)采用开放式加热炉将低碳耐磨钢铸件加热至550℃，升温速率为70℃/h，保温时间为20分钟。
(3)将保温后的耐磨钢加热至920℃，保温30min，升温速率为70℃/h，然后进行水淬；水淬前水温为23℃，耐磨钢铸件和水的质量比为1:8，水淬结束后水温为31℃，水冷时间为60min。
(4)将水淬后的低碳耐磨钢铸件以70℃/h的升温速率加热至830℃，保温时间为70min；然后进行水淬，水淬前水温为25℃，耐磨钢铸件和水的质量比为1:8，水淬结束后水温为31℃，水冷时间为60min。
对比例4
本对比例提高低碳耐磨钢性能的热处理方法，包括如下步骤：
(1)按低碳耐磨钢的化学成分(质量百分比为C:0.12％、Si：0.2～0.4％、Mn：1.84％、Gr：0.87％、Ti：0.98％、V：0.15％、Ni：0.42％、Mo：0.36％、Nb：0.10％、P<0.03％、S<0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质)进行配料，然后进行熔炼，铸件得到尺寸为100mm×50mm×50mm的低碳耐磨钢铸件。
(2)采用开放式加热炉将低碳耐磨钢铸件加热至550℃，升温速率为70℃/h，保温时间为20分钟。
(3)将保温后的耐磨钢加热至920℃，保温30min，升温速率为70℃/h，然后通入交流脉冲电流进行脉冲处理，脉冲宽度为1μs，脉冲间隔为10μs，脉冲电流密度为50A/mm2，结束后进行水淬；水淬前水温为23℃，耐磨钢铸件和水的质量比为1:8，水淬结束后水温为31℃，水冷时间为60min。
(4)将水淬后的低碳耐磨钢铸件以70℃/h的升温速率加热至830℃，保温时间为70min再通入交流脉冲电流，脉冲宽度为1μs，脉冲间隔为10μs，脉冲电流密度为50A/mm2。
(5)将步骤(4)中脉冲结束后的耐磨钢铸件进行水淬，水淬前水温为25℃，耐磨钢铸件和水的质量比为1:8，水淬结束后水温为31℃，水冷时间为60min。
对比例5
本对比例提高低碳耐磨钢性能的热处理方法，包括如下步骤：
(1)按低碳耐磨钢的化学成分(质量百分比为C:0.12％、Si：0.2～0.4％、Mn：1.84％、Gr：0.87％、Ti：0.98％、V：0.15％、Ni：0.42％、Mo：0.36％、Nb：0.10％、P<0.03％、S<0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质)进行配料，然后进行熔炼，铸件得到尺寸为100mm×50mm×50mm的低碳耐磨钢铸件。
(2)采用开放式加热炉将低碳耐磨钢铸件加热至550℃，升温速率为70℃/h，保温时间为20分钟后通入交流脉冲电流进行脉冲处理，脉冲宽度为1μs，脉冲间隔为10μs，脉冲电流密度为50A/mm2。
(3)将脉冲处理后的耐磨钢加热至920℃，保温30min，升温速率为70℃/h，然后进行水淬；水淬前水温为23℃，耐磨钢铸件和水的质量比为1:8，水淬结束后水温为31℃，水冷时间为60min。
(4)将水淬后的低碳耐磨钢铸件以70℃/h的升温速率加热至830℃，保温时间为70min再通入交流脉冲电流，脉冲宽度为1μs，脉冲间隔为10μs，脉冲电流密度为50A/mm2。
(5)将步骤(4)中脉冲结束后的耐磨钢铸件进行水淬，水淬前水温为25℃，耐磨钢铸件和水的质量比为1:8，水淬结束后水温为31℃，水冷时间为60min。
对比例6
本对比例提高低碳耐磨钢性能的热处理方法，包括如下步骤：
(1)按低碳耐磨钢的化学成分(质量百分比为C:0.12％、Si：0.2～0.4％、Mn：1.84％、Gr：0.87％、Ti：0.98％、V：0.15％、Ni：0.42％、Mo：0.36％、Nb：0.10％、P<0.03％、S<0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质)进行配料，然后进行熔炼，铸件得到尺寸为100mm×50mm×50mm的低碳耐磨钢铸件。
(2)采用开放式加热炉将低碳耐磨钢铸件加热至550℃，升温速率为70℃/h，保温时间为20分钟后通入交流脉冲电流进行脉冲处理，脉冲宽度为1μs，脉冲间隔为10μs，脉冲电流密度为50A/mm2。
(3)将脉冲处理后的耐磨钢加热至920℃，保温30min，升温速率为70℃/h，然后通入交流脉冲电流进行脉冲处理，脉冲宽度为1μs，脉冲间隔为10μs，脉冲电流密度为50A/mm2，结束后进行水淬；水淬前水温为23℃，耐磨钢铸件和水的质量比为1:8，水淬结束后水温为31℃，水冷时间为60min。
(4)将水淬后的低碳耐磨钢铸件以70℃/h的升温速率加热至830℃，保温时间为70min后进行水淬，水淬前水温为25℃，耐磨钢铸件和水的质量比为1:8，水淬结束后水温为31℃，水冷时间为60min。
对比例7
本对比例提高低碳耐磨钢性能的热处理方法，包括如下步骤：
(1)按低碳耐磨钢的化学成分(质量百分比为C:0.12％、Si：0.2～0.4％、Mn：1.84％、Gr：0.87％、Ti：0.98％、V：0.15％、Ni：0.42％、Mo：0.36％、Nb：0.10％、P<0.03％、S<0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质)进行配料，然后进行熔炼，铸件得到尺寸为100mm×50mm×50mm的低碳耐磨钢铸件。
(2)采用开放式加热炉将低碳耐磨钢铸件加热至550℃，升温速率为70℃/h，保温时间为20分钟后通入交流脉冲电流进行脉冲处理，脉冲宽度为1μs，脉冲间隔为10μs，脉冲电流密度为50A/mm2。
(3)将脉冲处理后的耐磨钢加热至920℃，保温30min，升温速率为70℃/h，然后通入交流脉冲电流进行脉冲处理，脉冲宽度为1μs，脉冲间隔为10μs，脉冲电流密度为50A/mm2，空气冷却至31℃。
(4)将水淬后的低碳耐磨钢铸件以70℃/h的升温速率加热至830℃，保温时间为70min再通入交流脉冲电流，脉冲宽度为1μs，脉冲间隔为10μs，脉冲电流密度为50A/mm2。
(5)将步骤(4)中脉冲结束后的耐磨钢铸件进行水淬，水淬前水温为25℃，耐磨钢铸件和水的质量比为1:8，水淬结束后水温为31℃，水冷时间为60min。
对比例8
本对比例提高低碳耐磨钢性能的热处理方法，包括如下步骤：
(1)按低碳耐磨钢的化学成分(质量百分比为C:0.12％、Si：0.2～0.4％、Mn：1.84％、Gr：0.87％、Ti：0.98％、V：0.15％、Ni：0.42％、Mo：0.36％、Nb：0.10％、P<0.03％、S<0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质)进行配料，然后进行熔炼，铸件得到尺寸为100mm×50mm×50mm的低碳耐磨钢铸件。
(2)采用开放式加热炉将低碳耐磨钢铸件加热至550℃，升温速率为70℃/h，保温时间为20分钟后通入交流脉冲电流进行脉冲处理，脉冲宽度为1μs，脉冲间隔为10μs，脉冲电流密度为50A/mm2。
(3)将脉冲处理后的耐磨钢加热至920℃，保温30min，升温速率为70℃/h，然后通入交流脉冲电流进行脉冲处理，脉冲宽度为1μs，脉冲间隔为10μs，脉冲电流密度为50A/mm2，结束后进行水淬；水淬前水温为23℃，耐磨钢铸件和水的质量比为1:8，水淬结束后水温为31℃，水冷时间为60min。
(4)将水淬后的低碳耐磨钢铸件以70℃/h的升温速率加热至830℃，保温时间为70min再通入交流脉冲电流，脉冲宽度为1μs，脉冲间隔为10μs，脉冲电流密度为50A/mm2。
(5)将步骤(4)中脉冲结束后的耐磨钢铸件在空气中冷却。
效果例
图2为实施例1中低碳耐磨钢热处理后的金相结构图，从图中可以看出，所述高性能低碳耐磨钢的基体组织由铁素体和马氏体组成，其中铁素体体积百分比约为16％；其组织比较细小且均匀，晶粒大小约为10μm，从细小的晶粒可以推断出细晶强化为屈服强度的提升做出了重大贡献。并且从图2中还可以看出，基体组织中存在许多非连续分布的微米级沉淀相，沉淀相的形状主要为长方形或方形，尺寸在2～10μm。微米级沉淀相的结构主要为TiC包覆NbC，其作为硬质颗粒点分布与基体表面可以显著提高耐磨钢的表面硬度。
图3为实施例1中低碳耐磨钢热处理后钢中微米级、亚微米级和纳米级析出相的SEM图。从图中可以看出，钢中存在有微米级、亚微米级和纳米级多尺度范围的析出物，微米级沉淀相数量较少，尺寸在几微米到十微米之间；纳米级和亚微米级沉淀相数量较多，尺寸在几十到几百纳米之间；微米级沉淀相形状为方形，分布不均匀，而纳米级沉淀相弥散分布于整个基体表面，形状多为不规则的球状、椭球状及棒状等。微米级的沉淀相可以提升耐磨钢的表面硬度，而纳米级和亚微米级的沉淀相可以通过阻碍位错运动提升耐磨钢的强度。
表1实施例1-3与对比例1-8所制备的低碳耐磨钢的微观组织及力学性能
Figure BDA0004138957740000121
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Figure BDA0004138957740000131
根据表1的微观组织数据可知，在同等强度级别下实施例1～3的延伸率均高于对比例1～8，实施例的强度、延伸率、室温冲击功和表面硬度都较对比例有较大的提升，室温下的冲击功都不小于30J，对比可知，本发明实施例1-3的综合力学性能优良。实施例1-3的微观组织为马氏体和铁素体，铁素体的体积分数为10-20％，对比例1的微观组织也为马氏体和铁素体而对比例2的组织为纯马氏体组织。实施案例1～3中铁素体所占的体积分数和平均晶粒尺寸不同的主要原因是第二次淬火的加热温度不同而导致的，加热温度越高，钢块获得的能量越高，晶粒越容易长大，获得的铁素体组织越少；对比例1的微观组织与实施例1相似，但平均晶粒尺寸更大，主要原因是对比例1所实施的热处理没有分级保温，因此对比例1的力学性能比实施例1～3的都低主要是因为对比例1没有分级加热保温导致其组织均匀性不如实施例1～3。而对比例2中得到了纯马氏体组织，是因为没有进行第二次淬火，得不到马氏体和铁素体的双相组织。虽然对比例2的屈服强度、抗拉强度及表面硬度都比实施例1～3的高，但其冲击韧性严重下降，这将导致耐磨钢在有较大冲击功的工况下过早地开裂失效，原因是对比例2中为单一的马氏体组织，强韧性较差。根据实施例1和对比例3-6可知，对比例3未进行脉冲处理，其微观组织为马氏体96％+铁素体4％，粒径为15μm，说明脉冲处理的作用原理是使得位错减少，增加碳化物析出，得到耐磨复相钢具有较高的表面硬度和屈服强度，但对比例3未进行脉冲处理得到的材料的延伸率和室温冲击功明显下降。对比例4-6分别缺失第一次、第二次、第三次脉冲处理，所制备的高性能低碳耐磨钢的微观结构均包括马氏体、铁素体和多尺度碳化物，且平均粒径在13-14μm，延伸率和室温冲击功明显下降，说明第一次、第二次、第三次脉冲处理分别对材料性能的原理是脉冲处理将组织中产生的一部分位错消除增加材料的韧性，增加碳化物的析出，改善材料的延伸率和室温冲击功。根据实施例1和对比例7-8，对比例7-8分别将第一次水淬和第二次水淬替换为空气冷却，能够产生珠光体组织，使得材料的屈服强度有一些提高，但是材料的延伸率显著降低，材料的硬度和冲击韧性有所减低。
表2实施例1-3与对比例1-8所制备的低碳耐磨钢的不同磨损时间后的磨损重量损失
Figure BDA0004138957740000141
表2为在2J冲击功下实施例1-3与对比例1-8所制备的低碳耐磨钢在不同磨损时间后的磨损重量损失结果，由表2可以看出，实施例1～3的磨损性能较对比例1～8由很大的提升，具有良好的耐磨性。对比例1中由于组织不均匀和表面硬度低导致其耐磨性能较差；而对比例2由于其组织中不含铁素体，在有冲击工况的磨损条件下容易产生应力集中而提前断裂失效。对比例3-6与实施例性相比，缺少脉冲处理所制备的材料的耐磨性能较差，主要是因为脉冲处理有利于碳化物析出，减少位错，能够改善室温冲击功，增强耐磨性。根据实施例1和对比例7-8，对比例7-8分别将第一次水淬和第二次水淬替换为空气冷却，能够产生珠光体组织，虽然使得材料的屈服强度有一些提高，但是材料的延伸率显著降低，材料的硬度和冲击韧性有所减低，导致材料的耐磨性能降低。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种提高低碳耐磨钢性能的热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将低碳耐磨钢加热到530-570℃进行保温，然后进行脉冲处理；
S2：将脉冲处理后的低碳耐磨钢加热至900-940℃进行保温，然后进行脉冲处理，脉冲结束后进行水淬；
S3：将水淬处理后的低碳耐磨钢加热保温，然后进行脉冲处理，最后进行水淬处理。
所述低碳耐磨钢中各成分的质量百分比为C:0.05～0.2％、Si：0.2％～0.4％、Mn：0.8％～2.2％、Gr：0.5％～1.5％、Ti：0.05％～0.15％、V：0.1％～0.2％、Ni：0.3％～0.8％、Mo：0.2％～0.6％、Nb：0.05％～0.12％、P<0.03％、S<0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述提高低碳耐磨钢性能的热处理方法，其特征在于，所述脉冲处理中，脉冲宽度为1-20μs，脉冲间隔为10-100μs，脉冲电流密度为50-500A/mm2。
3.如权利要求1所述提高低碳耐磨钢性能的热处理方法，其特征在于，所述S1中，脉冲处理温度为570℃以上时，停止电脉冲；所述S2中，当脉冲处理温度为940℃以上时，停止电脉冲；所述S3中，当脉冲处理温度为850℃以上时，停止电脉冲。
4.如权利要求1所述提高低碳耐磨钢性能的热处理方法，其特征在于，所述S1中，加热升温速率为50-70℃/h，保温时间为20-30分钟。
5.如权利要求1所述提高低碳耐磨钢性能的热处理方法，其特征在于，所述S2中，加热升温速率为50-70℃/h，保温时间为30-50分钟；水淬过程中水温为20～35℃，低碳耐磨钢和水的质量比为1:8以下，水淬时水冷时间为30分钟以上。
6.如权利要求1-5任一项所述所述提高低碳耐磨钢性能的热处理方法制备的高性能低碳耐磨钢。
7.如权利要求6所述高性能低碳耐磨钢，其特征在于，所述高性能低碳耐磨钢显微组织包括马氏体、铁素体、多尺度碳化物。
8.如权利要求7所述高性能低碳耐磨钢，其特征在于，所述高性能低碳耐磨钢显微组织中铁素体体积百分比为10％-20％。
9.如权利要求7所述高性能低碳耐磨钢，其特征在于，所述多尺度碳化物包括微米级析出相、亚微米级析出相、纳米级析出相；所述微米级析出相平均尺寸为2-10μm，亚微米级析出相平均尺寸为200-500nm，纳米级析出相平均尺寸为30-80nm。
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