CN1363712A - 一种高强度耐磨损耐冲击的合金铸钢及制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度耐磨损耐冲击的合金铸钢及制造工艺。以C、Si、Mn、Cr为主要元素,辅加少量Mo、V元素,其余为Fe。这种铸钢经实施本发明提供的制造工艺后,其组织为细晶粒均匀奥氏体,晶内和晶界间有少量微小弥漫型碳化物;它表现出极高的强度和抗冲击韧性,比现有高锰钢ZGMn13－4的强度提高24%,抗冲击韧性提高56.5%;工作表面的奥氏体受到剧烈冲击和磨损后转变成高硬度马氏体(^HRC≥69);使用寿命为进口产品的2.8倍以上,价格为进口均价的35%。无疑它具有广泛的实用推广价值。

Description

一种高强度耐磨损耐冲击的合金铸钢及制造工艺

                         技术领域

本发明属金属材料领域，主要涉及矿山、冶金、建材、电力、机械、凿岩、军械等行业，它是一种可广泛用于制造在强烈碰撞性冲击和强烈磨损条件下而工作要求其强度高、韧性好、耐磨损、无断裂、寿命长的零部件之新型合金铸钢。本发明还涉及一种高强度耐磨损耐冲击的合金铸钢的制造工艺。

                         技术背景

在现有技术领域中不论是抗中低冲击强烈磨损还是抗胜似爆炸性剧烈冲击中的强烈磨损的合金铸钢，普遍存在着易断裂、不耐磨、寿命短、更换频繁、成本高的现象。多年来它一直是一项急需解决而始终末能从根本上全面彻底解决的技术经济难题。

造成上述结果的原因多而复杂，由于破碎、研磨工况中的变化过程是一个涉及诸多因素复杂的物理变化过程，它需要力学、运动学、金属材料学、热处理学等多方面的学科知识和丰富的实践经验相结合才有可能解决实际问题。但目前尚缺乏对这些复杂应用工况作全面、科学的具体分析，更缺乏对满足这些特殊工况要求的金属材料、成份的科学配制与合理、经济的热处理工艺相结合的实际性研究及对应用市场的正确指导，这是造成上述结果的重要原因。

例如：在深层钻井凿岩中，不同区域其岩层硬度不一样，即使是同一岩井，不同深度，其岩石硬度也不一样，从而使得凿岩机钻头所受凿岩力和磨损程度随岩井深度变化而变化。所以对不同的井层硬度应采用不同性能的钻头。而水泥磨机衬板所承受的旋转振荡性冲击和磨损是由其所容装的主研磨体钢球及被磨体物料之重量、硬度及磨机转速所共同决定的。对同一工况下，磨机衬板所承受的冲击和磨损在磨机旋转中呈周期性变化。由于衬板和磨机筒体壁为弧形板式固定联接，且同步转速不高，所以对衬板的硬度和耐磨性选择十分重要，主研磨体钢球之硬度比物料硬度要高，而比衬板硬度要低，否则不仅会影响到水泥产量和质量，而且还会大大降低衬板使用寿命。

高速旋转的破碎机锤头特别是进行大规模生产的重型破碎机锤头，它们在破碎过程中由于被破碎物料之大小、形状、重量、硬度都是无规律变化的，致使其所受的冲击和反冲力的大小、方向、作用点及所受磨损程度随时间变化而急剧变化，从而大大地增加了破碎机锤头或板锤能完全满足耐磨、耐冲击、破碎比大、破碎率高、破碎产量高、使用寿命长的技术难度。

目前国内为达到耐磨损耐冲击之目的，根据应用情况不同，有的采用耐磨铸铁；有的采用昂贵的高强度马氏体或奥氏体不锈钢；有的采用45#钢或低合金钢锻件，经整体调质，其工作部位表淬；而更多的则是采用高锰钢。

现将它们的化学成份、机械性能、金相组织及适用工况列表如下：

关于国内目前主要采用的耐磨耐冲击材料有关成份、性能、组织、用途的统计表

                  表(1)-1国内目前主要采用的耐磨、耐冲击材料的化学成份(％)

(标准号)材料牌号	化      学      成      份(％)
										C	Si	Mn	Cr	Mo(V)	Ni	Cu(W)	P	S
	(GB8263-87)KmBCr9Ni5Si2(耐磨铸铁)	2.5-3.6	1.5-2.2	0.3-0.8	8-10	0-1.0	4.5-6.5		≤0.1										≤0.15
(GB8263-87)KmBCr20Mo2Cu1(耐磨铸铁)										2.0-3.0	≤1.0	0.5-1.0	18-22	1.5-2.5	0-1.5	0.8-1.2(Cu)	≤0.06	≤0.1
	(GB6967-86)ZG06Cr13Ni6Mo(高强马氏体不锈钢)	0.06	1.0	1.0	11.5-13.5	0.4-1.00.1(V)	5-6.5	0.5(Cu)0.1(W)	0.03										0.035
(GB2100-80)ZG1Cr18Mn8Ni4N(奥氏体不锈钢)										≤0.1	≤1.5	7.5-10	17-19		3.5-5.5	0.12-0.25(N)	≤0.03	≤0.03
	(GB5680-85)ZGMn13-1(耐磨高锰钢)	1.1-1.5	0.3-1.0	11-14					≤0.05										≤0.09
(GB5680-85)ZGMn13-4(耐冲击高锰钢)										0.9-1.2	0.3-0.8	11-14					≤0.05	≤0.07
	(GB3077-88)20CrMo(铬钼合金钢)	0.17-0.24	0.17-0.37	0.4-0.7	0.8-1.1	0.15-0.25	≤0.3		≤0.025										0.025

                表(1)-2  国内目前主要采用的耐磨、耐冲击材料的性能、组织及用途

(标准号)材料牌号	机械性能				说      明
						Бb	δ	αkv	HB
	(GB8263-87)KmBCr9Ni5Si2(耐磨铸铁)	≥53kg/mm2		25J/cm2(αkv)						≥522HRC＝55	共晶碳化物[(Cr、Fe)7C3+(Fe、Cr)3C]+二次碳化物马氏体+残余奥氏体；硬、耐磨，但强度、抗冲击韧性差。
(GB8263-87)KmBCr20Mo2Cu1(耐磨铸铁)					≥55kg/mm2		19J/cm2(αkv)	≥550HRC＝58	为共晶碳化物(Fe、Cr)7C3+二次碳化物+马氏体+残余奥氏体；虽耐磨性但强度抗冲击韧性差。
	(GB6967-86)ZG06Cr13Ni6Mo(高强马氏体不锈钢)	＞76kg/mm2	15％	59J/cm2(αkv)						221-286	为马氏体，强度尚可，但抗冲击韧体低，适于中低冲耐磨场合。
(GB2100-80)ZG1Cr18Mn8Ni4N(奥氏体不锈钢)					60kg/mm2	40％	147J/cm2	≤207	1100℃-1150℃水淬内部为奥氏体，表面马氏体(HRC≥45)，适中低冲击的耐磨场合。
	(GB5680-85)ZGMn13-1(耐磨高锰钢)	65kg/mm2	20％	147J/cm2						≤229	水韧处理为均匀奥氏体，表面受冲击磨损后转变成马氏体；适中低冲击的耐磨场合；如衬板等。
(GB5680-85)ZGMn13-4(耐冲击高锰钢)					75kg/mm2	35％	147J/cm2	≤229	水韧处理后为均匀奥氏体，工作表面受冲击，耐损后转变成马氏体，其强度韧性中等，可用中等冲击、磨损场合。
	(GB3077-88)20CrMo(铬钼合金钢)	90kg/mm2	12％	98J/cm2						≤197	调质为索氏体，工作面表淬低温回火后HRC＞50，深度4-8mm；可用于中小冲击和磨损工况，如中小锤头等。

从表中标准或实践数据结果显见：耐磨合金白口铸铁虽有很高的硬度而表现出良好的耐磨性，但其抗冲击韧性和抗拉强度很低，显然不能作为强冲击和剧烈磨损场合的选用材料；两种耐磨合金白口铸铁含贵重元素(Cr、Mo、Ni)总量分别高达17.5％、26％；无疑致使其生产成本剧增；为减少耐磨铸件的重量误差，实现高速旋转破碎和磨损的自身动量平衡，这种耐磨件又必须进行加工前的退火软化热处理，待加工后为提高其综合机械性能又必需进行淬火和回火热处理，这样就进一步增加了这种耐磨零件的生产成本。就用途而言，它只能制作负载不大，低微冲击的耐磨件，因其成本高，所以它必将失去使用价值。高强度(马氏体和奥氏体)不锈钢，虽有较高的抗拉强度，但其硬度和抗冲击韧性仍然较低，也不能满足强冲击和剧烈磨损的场合；又因其贵重金属元素(Cr、Mo、Ni、V及Mn等)之含量总和分别高达22.11％，34.75％；再加上热处理费用，无疑用这两种材料制作中等级的耐磨、耐冲击的锤头等确实不合算。

我国对高锰钢制定了GB5680-86之标准，就标准而言并不苛刻，但我国多数企业都不能生产出完全符合标准的高锰钢；还有的企业生产的高锰钢布满了气孔、夹砂甚至裂纹。即使是完全符合要求经水韧处理后金相组织为均匀奥氏体的高锰钢，因其工作表面奥氏体组织只有在足够量的冲击、耐损下方才转变成高硬度的马氏体，达到耐磨的目的。所以在碰撞冲击和磨损较为平缓的工况条件下，高锰钢表现出严重地耐磨性不足；而在大、重、硬物的碰撞性破碎的剧烈冲击和强烈磨损下它却又表现出严重的强度、韧性之不足而经常断裂。

采用低合金钢锻件，经调质后有较好的综合机械性能，对工作面表淬后硬度也尚好；但淬硬层深度较浅，被磨损后需重新退火，预热补焊，回火；再重新加工、表淬并整体低温回火，故其费用很高；另其抗冲击韧性也不高；所以它只能适于中等冲击和磨损的工况场合。

为满足现实生产中耐磨、耐冲击的技术经济要求，有的厂家引进国外的技术和设备，有的直接购买国外的产品部件。现将国内外技术和设备比较先进的企业，用它们最好的耐磨、耐冲击之材料制造的最能代表材料性能的产品——破碎机锤头的主要情况列表如下：

        目前国内外主要厂家所制造锤头的性能、价格统计一栏表表(2)

生产厂家	主要机械性能	产品价(元/吨)	备    注
				唐山水泥机械厂	Бb＝60kg/mm2  αk＝60J/cm2	22000	锤头为高锰钢系列
上海重型机器厂	Бb＝71kg/mm2  αk＝100J/cm2HB＝220-240	16000	自行研制
				北京重型机器厂	Бb＝90kg/mm2  αk＝54J/cm2δ≥12％         ψ≥40％HB＝230-250(调质整体)HB＝410-460(表淬工作部位)	29600	引进丹麦技术
丹麦、日本、澳大利亚	Бb＝78-82kg/mm2αk＝170J-190J/cm2HB＝220-240	含关税、运杂费65000-120000	广西柳州水泥厂采用它们的进口锤头。

从总体情况看来，目前国内采用耐磨、耐冲击材料所制造的破碎机锤头均属于一般轻型锤头，锤头本身重量在8kg～50kg之间；所以仅用于一般小规模生产，所破物料粒度不大且较松软，如：孔雀石、石灰石、玻璃等的低微冲击。其使用寿命总体来说一般在1～3个月，由于使用中陆续断裂时常发生，导致不少厂家一个月需停产高达5～6次去更换断裂锤头。

北京重型机器厂从丹麦引进技术制造的合金钢锤头，不仅价格高，且综合机械性能并不理想，其使用期根据所破物料不同一般亦只有3～5个月。广西柳州水泥厂在引进丹麦破碎设备的同时先后购买了丹麦、澳大利亚、日本的耐磨耐冲击材料产品——锤头。其价格昂贵：6.5万元～12万元(含关税、运费)；其使用期也只不过在8～10个月，周期内碎石产量为90～110万元。其耐磨和抗冲击韧性仍不能完全满足生产要求。

经检索中国专利，发现两个专利，其专利号和专利名分别为：95118510(一种中锰奥氏体耐磨铸钢)；96119545(一种耐磨铸钢)。现将这两者声称的化学成份、性能数据等分别列表如下：表(3)-1

专利名	化        学      成      份(％)
												C	Si	Mn	Cr	Mo	Ti	V	B	Re	P	S
	(95118510)一种中锰奥氏体耐磨铸钢	0.75-1.0	0.4-0.7	7-8.5	1.2-1.5	0.9-1.2				0.02-0.04	≤0.04												≤0.04
(96119545)一种耐磨铸钢												0.15-0.35	≤0.3	≤1.0	1.5-2.0	0.2-0.5	0.05-0.10	0.05-0.10	0.005-0.10	0.1-0.5	≤0.0.4	≤0.04
	0.35-0.50	≤0.50	≤1.0	1.0-1.5	02-0.5	0.02-0.05	0.02-0.05	0.005-0.10	0.05-0.10	≤0.04	≤0.04

表(3)-2

专利名	主要机械性能				热处理方式	金相组织
							Бb	δ	αk	HB
	(95118510)一种中锰奥氏体耐磨铸钢	43-58kg/mm2	7.5％-11.0％	30-40J/cm2							230-260	水韧处理	奥氏体+少量碳化物；工作表面为形变成马氏体。
(96119545)一种耐磨铸钢					127-141kg/mm2	6.3％-10％	82-96J/cm2	HRC＝45-54	880℃-890℃保温2小时，水淬后加热至220℃-230℃保温2-3小时再次水冷。适于强冲击磨损工况。	马氏体+贝氏体+少量残余奥氏体。
	860℃-870℃保温2-3小时油淬后，加热至220℃-230℃保温2-3小时水冷。适于中小冲击磨损工况。

经反复研读95118510发明专利，了解到发明者的意图是解决高锰钢在水韧处理后的单一奥氏体组织在非强烈冲击和磨损下其工作表面之奥氏体不能迅速转变成马氏体组织，其表面硬度和耐磨性呈现出欠佳的状态缺陷；发明者通过降低高锰钢中的C、Mn之含量以提高Ms、Md转变温度，辅加Cr、Mo以提高渗透性；再加少量稀土元素Re以净化钢水减少钢中的P、S之含量，并增加钢水的流动性提高其铸造性能；使得发明者声称的中锰耐磨钢经水韧处理后获得单相不稳定奥氏体组织，在多次非强烈冲击、磨损下因塑变在其表面之不稳定奥氏体诱发大量形变马氏体组织；而形变马氏体之强化远高于高锰钢的堆垛错层和固溶元素交互作用的硬化方式，从而提高在非强冲击磨损状态下的耐磨性，以降低制造成本和使用成本的目的；并声称其两实例比普通高锰钢有提高使用寿命1～1.5倍的效果。

经反复研究95118510发明专利全文，说明该专利发明条件尚不成熟，并缺乏实际使用价值之理由如下：

(1)该中锰钢中显示材料抗冲击性能的重要数据指标：抗拉强度

(Б_b＝45kg/mm²)和抗冲击韧性(α_k＝30～40J/cm²)远远低于国产普通高锰

钢ZGM13-4(Б_b＝75kg/mm²，α_k＝147J/cm²)；而决定材料耐磨性的初始

表面硬度(HB＝230～250)和普通高锰钢硬度(HB＝230)相近。

(2)就元素组配而言，这种锰钢之Mn、Cr、Mo合金元素之最高含量总

   为11.2％；而高锰钢中仅含Mn11～14％，显然在这两种合金总含量相近

   的锰钢中由多种贵重合金元素组配的中锰钢之原料费和冶炼费要高于

   高锰钢，且增加了多元合金在冶炼中对各元素准确含量的检测和控制

   之难度及费用。

(3)其实施结果数据表明：稀土元素Re的加入，并未使P、S含量减少；

   在这里使人们对Re有净化钢水的作用感到困惑；C、Mn之降低；Cr、

   Mo之辅加，不仅没有提高中锰钢之综合机械性能，它和普通高锰钢相

   比却大为逊色。

综上所述，由于这种声称耐磨的奥氏体中锰钢和普通高锰钢相比除工作表面之初始硬度相当外，其它各项机械性能都要低得多，于是使人们对其声称的和普通高锰钢相比有提高使寿命1～1.5倍的效果表示怀疑。

如果该发明专利中所述中锰钢各项性能指标属实，那么它仅可制作破碎磨损粒度不大，转速不高的轻量低冲击之磨机衬板；但其强度、耐磨性会远远低于表(1)中价廉物美的20CrMo。

专利96119545发明者声称是通过一种由Mn、Cr、Mo、Ti、V(C、Si除外)多元且均为低含量元素，辅加微量B、Re元素(合金元素最高总含量为3.7％)，经冶炼、浇铸后再经两次热处理获取的一种高强度、高硬度、金相组织为回火马氏体+贝氏体+少量残余奥氏体的(中)合金钢，以实现在中小能量的碰撞性冲击和磨损下有足够的强度及抗冲击韧性，弥补单一奥氏体组织的高锰钢在中小冲击和磨损条件下表面初始硬度较低的奥氏体不能迅速通过加工硬化转变成高硬度的马氏体而不耐磨，使用寿命短的缺陷。

从该发明中推荐的两种应用状态下的化学成份和三个应用实例的效果数据分析，这种耐磨钢有很高的强度：Б_b(抗拉强度)＝127～141kg/mm²；Б_s(屈服强度)＝122～123kg/mm²，同时硬度也高(HB＝427～513，HRC＝45～54)；但其抗冲击韧性却较差，冲击力A_k仅为65.8～76.5J，相当于α_k＝(82～96J/cm²)，但其硬度较耐磨铸铁硬度(HB＝522～551，HRC＝55～58)要低得多。

所以发明专利96119545(一种耐磨铸钢)根本不可能满足进行大规模生产时大、重、硬物料破碎的高转速，大动量、其作用和反作用力胜似爆炸性变化的剧烈冲击和强烈磨损的工况状态。按金属材料金相组织和机械性能之柔性和刚性的关系，在通过一次回火，两次冷却获取整体高硬度(HB＝427-513)、低伸延率和低收缩率下(δ＝6.3％～9.85％，ψ＝12.4～21.6％)，而抗冲韧性仍有中等值(82～95J/cm²)，其抗拉强度竟高达126kg/mm²以上，确实令人疑惑！

如该专利所述性能数据确实，它无疑可用于制作低微冲击状态下以耐磨性能为主的磨机衬板等。

                            发明内容

本发明的目的是提供一种高强度耐磨损耐冲击的合金铸钢，充分满足了剧烈冲击和强烈磨损的工况使用的要求，使用寿命长，成本低。

本发明的另一个目的是提供一种本发明的高强度耐磨损耐冲击的合金铸钢的制造工艺。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术措施：其技术特征是以C、Mn、Cr为主要元素，辅加少量Mo、V元素；这种铸钢再经实施本发明所提供的制造工艺后，其显微组织为均匀奥氏体，其晶内和晶界间有少量微小弥漫型碳化物；这种钢具有很高的强度和抗冲击韧性；在受剧烈冲击后，其工作表面奥氏体迅速转变成高硬度(HRC＝68～71)的马氏体，因而它又具有良好的耐磨性。在抗剧烈冲击和强烈磨损条件下，所表现出的良好的综合机械性能，到目前为止，国内外还尚未发现有比它更好的材料存在。本发明铸钢的化学成份重量百分比含量见下表：

                            本发明铸钢的化学成份(％)表(4)

化学元素	C	Si	Mn	Cr	Mo	V	P	S	Fe
										含量	0.85-1.25	0.45-0.75	10-12.5	1-2	0.15-0.4	0.035-0.095	≤0.035	≤0.035	82.935-87.515

本发明中的碳(C)一部份是固溶于奥氏体锰合金钢的主要元素之一。另外，C还和固溶于奥氏体中的多余的各合金元素均以晶格复杂的原生碳化物：Fe₃C、VC、Mo₂C、Cr₇C₃、Mn₇C₃等及再生(Fe.Cr)₃C、(Cr.Fe)₇C₃、(Cr.Fe)₂₃C₆、(Mo.Fe)₂₃C₆等多种碳化物形式存在，从而提高了合金钢的强度、硬度及耐磨性；因C溶于γ-Fe形成奥氏体之固溶体之最大含量为2％。为使经水韧处理后的奥氏体其晶粒度最细：晶粒度≤20μm²，其含碳量可定在0.8％～1.3％，若含C量太高，则会使其韧性下降，易于断裂，因冶炼或热处理中有少量脱碳可能，故本发明中含碳量控制在0.85％～1.25％范围内。

锰(Mn)是奥氏体锰合金钢的主要成份，一部份Mn除固溶于奥氏体外并降低了奥氏体向马氏体的转变温度Ms，及形变诱发奥氏体转变成马氏体的温度Md，从而增加了过冷奥氏体的稳定性；使C曲线向右和向下移，降低了临界冷却速度，因而提高了淬透性，可使截面很大的工件获得均匀一致的金相组织，而另一部份存在于(Fe.Mn)₃C、Mn₇C等碳化物中，极大地提高了强度和冲击韧性；另外Mn能和杂质S形成MnS以溶渣形式自除，故Mn有净化钢水和自动除杂的功能。将Mn之含量控制在10％～12.5％，经水韧处理后得到比较稳定的单一奥氏体组织，其工作表面在受到冲击和磨损后会迅速转变成高硬度的马氏体组织，从而大大地提高其硬度和耐磨性。

硅(Si)，硅常以脱氧剂配入，其含量在≤0.8％时，能全部固溶于奥氏体中并显著地提高奥氏体钢的强度。硅对奥氏体晶粒的长大和对奥氏体开始转变成马氏体的温度Ms均无明显影响；Si在奥氏体钢内形成碳化物之能力较Fe为弱，所以，Si不形成碳化物。但Si能显著提高回火稳定性，硅可以提高钢水的流动性，以改善其铸造性，故本发明中硅含量控制在0.45％～0.75％。

合金元素铬(Cr)和钼(Mo)它们一部份溶于奥氏体中，增加过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移，降低了临界冷却速度，从而均能提高钢的淬透性；而Cr、Mo元素的另一部份全部溶于渗碳体(Fe₃C)内，以细微、分散、弥漫、稳定的合金碳化物：(Fe.Cr)₃C、(Fe.Mo)₃C、(Cr.Fe)₂₃C₆、(Mo.Fe)₂₃C₆等状态存在于奥氏体晶界内和晶界间，除阻碍奥氏体晶粒长大之外，并显著地细化奥氏体晶粒并提高钢的强度、硬度和耐磨性；Cr元素含量≤5％时，钢的强度和硬度随含铬量的增加而增大，但钢之韧性在含铬量≤1％时，是随其含量的增加而增大至323J/cm²；当含铬量1％≤x≤3％时，其韧性由323J/cm²下降至269.5J/cm²；当含铬量＞3％其韧性急剧下降。故本发明中含铬量确定为1％～2％；Mo元素含量≤7％时，钢的强度和硬度随含Mo量的增加而增大，但钢的韧性却随含Mo量的增加而由245J/cm²急剧下降至68.6J/cm²，特别是当钢中的含钼(Mo)量＞0.4％时，其韧性下降特别显著；所以Mo之含量应控制在0.15％～0.4％之间。

钒(V)，V在奥氏体合金钢中以分散、细小且硬度极高(HRC＝71-75)的碳化钒(VC)状态存在于过冷奥氏体的晶界内和晶界间强烈地阻碍着奥氏体晶粒的长大；当V含量为0.04％～0.1％、奥氏体温度在912℃～960℃时，其奥氏体晶粒变化甚微。因此，V的配入能显著地改善奥氏体合金钢之工作表面在冲击和磨损下而产生的形变马氏体的金相组织，使透镜片状马氏体更加细密；无疑，它极大地提高钢的强度、硬度和耐磨性；为提高形变马氏体之硬度及耐磨性和过冷奥氏体的强度和耐冲击韧性，V之含量确定为0.035％～0.095％。

磷(P)固溶于奥氏体中后有增大奥氏体晶粒长大之倾向；同时使钢在常温下的塑性和韧性下降，并有促进C、Mn元素产生偏析的倾向，故本发明中P之含量确定为≤0.035％。

硫(S)在奥氏体钢中以FeS和MnS的形式存在。MnS进入溶渣，但FeS和Fe可生存低熔点的共晶体，分布在晶界上，削弱了晶界间结合力，使钢在热态受力时，极易破裂。本发明中S之含量控制在≤0.035％范围内。

本发明所述的一种高强度高硬度耐冲击的合金铸钢，采用电弧炉冶炼；按2∶1的石灰粉和氟化粉造渣；炼钢原料为废钢和铁合金；炉料加入顺序为：废钢、铬铁及回炉料；待熔化后加入锰铁、钼铁；在还原期加入Si，利用Mn、Si进行初脱氧；再加入钒铁；浇铸前按每吨钢水加入两性氧化物铝(Al)1kg进行最终脱氧处理，出钢温度为：1500℃～1510℃，待检测确认其化学成份符合本发明要求，当钢液温度为1460℃～1480℃可进行浇铸。其具体生产工艺如下：

1.毛坯的浇铸：出钢温度为1500℃～1510℃，浇铸温度为1460℃～1480

  ℃，铸件应在270℃～310℃开箱，开箱后应立即进行清砂和切割浇冒口

  工作，切割浇冒口时铸件温度应为250℃～280℃。

2.对铸件缺陷的处理：如：小气孔、浅表裂纹、夹砂等，经带温250℃～300

  ℃打磨清除后，可采用奥107(A107)焊条，直流焊机进行补焊，连同飞

  边、毛刺、焊溅物一并采用高速砂轮打磨机打磨平整，或重新进炉预热

  至280℃～310℃左右，进行上述磨、补工作。

3.退火处理：将清整后的毛坯进炉加热至650℃～680℃，保温6～8小时

  随炉冷却。

4.机械加工：用YW₂刀具，采用每秒小于2.5米之低速铣或车，或刨削之

  方式，按图纸要求进行加工。

5.水韧处理：将加工好的铸钢件半成产品加热至600℃～620℃保温2～3小时，然后

  将炉温续升至870℃～890℃并保温2～4小时，再加热到1040℃～1060℃，保温4～

  6小时；最后快速出炉将铸钢件置于净水量为铸钢重量10～12倍的快速

  环流水池中进行连续快速冷却处理。

本发明所述的一种高强度耐磨耐冲击的合金铸钢经水韧处理后常温下为均匀奥氏体组织，其晶界内和晶界间有少量微小弥漫性碳化物；其常温下的奥氏体机械性能为： Б_b≥93kg/mm²，δ≥45.8％，α_k＝224～238J/cm²，HB＝234～249。在剧烈冲击和磨损下，其工作表面之奥氏体迅速转变成高硬度(HRC＝66～71)的马氏体，从而大大地增加了它的耐磨性。

本发明所述的一种高强度耐磨耐冲击的合金铸钢，经退火处理后大大地改善了其金相组织和加工性能，打破了多年来奥氏体耐磨钢不可加工的传说；同时满足了大动量、高速旋转破碎磨损中主破碎体的自身平衡。

本发明所及一种高强度耐磨耐冲击的合金钢在剧烈冲击和强磨损条件下，和世界发达国家相比，其强度提高16％，抗冲击韧性提高28.3％，耐磨寿命提高2.8倍以上(日本、西德、瑞典为8～9月，本产品为36个月还在继续使用)；而价格仅为进口价格的46％～25％。它和国内技术设备先进的企业制造的产品相比，其冲击韧性较北重提高3.28倍；较上重提高1.31倍；较唐水机提高2.85倍；强度较上重提高30.4％，较唐水机提高54.3％。而产品价格和北重引进技术设备制造的产品价格相当(30000元/吨左右)。它从根本上全面、彻底地解决了矿山、冶金、建材、电力、机械、凿岩、军械等行业在剧烈冲击和强烈磨损条件下长期存在的各种合金铸钢易断裂、强度低、不耐磨、寿命短、更换频繁、制造或使用成本高的经济技术难题。

按广西柳州水泥进口瑞典、比利时马格公司产品价格(120000元/吨，折合：14458美元/T)，使用周期以10个月，全国所及企业为700家计算；那么，10个月可为国家节汇：3542.168万美元；如果出口20000吨，并按现进口最低价下降30％，则每年可为国家创产值9.1亿元人民币；折合美元为：1.0964亿元。

因此，它具有广泛实用价值和推广价值，并可获得显著企业效益和社会经济效益。

                          具体实施方式

为进一步解释本发明，现将按照本发明的成份配方和制造工艺给出三个实例，具体实施工艺如下：

1.按本发明的化学成份配炉熔炼，待钢液温度在1500℃，并经检测成份

合格，待除去熔渣当温度在1480℃时进行浇铸；当铸件冷至290℃时，

   开箱清砂；切割浇冒口温度为270℃。2.对铸件缺陷的检查及处理：经仔细检查铸件92％以上完全合格，只有少量铸件表面有局部的分散稀布3-5个小气孔，再利用高速砂轮打磨干净后，带温(T＝254℃)进行补焊，焊条为A107；焊缝连续、饱满、平整。3.退火处理：将清整后的毛坯进炉加热至660℃，保温6小时随炉冷却。4.机械加工：用YW₂刀具，采用每秒小于2.5米之低速车的方式，按图纸要求进行加工。5.水韧处理：将加工好的铸钢件半成品加热至610℃，保温2小时，然后将炉温续升至880℃，并保温3小时，再加热到1050℃，保温6小时；最后快速出炉将铸钢件置于净水量为铸钢重量10～12倍的快速环流水池中进行连续快速冷却处理。以上为实施例1的具体步骤，例2、3雷同。三例之具体化学成份和机械性能、用途及效果列表如下：

实施例	化      学        成        份(％)									奥氏体机械性能			工作表面马 氏 体硬    度(HRC)	应用范围及效果
															C	Si	Mn	Cr	Mo	V	P	S	Fe	Бb	αk	HB
	％	％	％	％	％	％	％	％	％	Kg/mm2	J/cm2
															1	0.99	0.45	11.38	1.64	0.18	0.037	0.027	0.012	85.284	92.41	224	234-239	66-69	用于时产500吨-600吨大型颚式破碎机锤头(135kg/件)；1998年11月2日至今未断裂。
2	1.05	0.54	12.05	1.85	0.21	0.035	0.032	0.02	84.213	94.86	230	242-245	68-71	用于时产500吨-600吨颚式破碎机锤头(135kg/件)；2000年9月4日至今未断裂。
															3	0.87	0.64	10.87	1.98	0.37	0.065	0.029	0.011	85.165	93.63	238	243-249	68-71	用于时产240吨Φ1250mm×1250mm反击式破碎机板锤(153kg/件)；2000年12月2日至今未坏。

Claims (2)

1.一种高强度耐磨损耐冲击的合金铸钢，其组配元素重量百分比为：

C：0.85～1.25；  Si：0.45～0.75；   Mn：10～12.5；  Cr：1～2；

Mo：0.15～0.4；  V：0.035～0.095；  P：≤0.035；    S：≤0.035；

Fe：82.935～87.515。

2.一种实现权利要求1的高强度耐磨损耐冲击的合金铸钢的制造工艺，它包括下列步骤：

(1)毛坯的浇铸，出钢温度为1500℃～1510℃，浇铸温度为1460℃～

   1480℃，铸件开箱清砂温度在270℃～310℃，切割浇冒口温度为

   250℃～280℃；

(2)对铸件缺陷的处理，经带温250℃～300℃打磨清除后，采用A107

   焊条进行补焊，焊缝应连续、平整、光洁；

(3)退火处理，将清整后的毛坯进炉加热至650℃～680℃，保温6～8

   小时随炉冷却；

(4)机械加工，用YW₂刀具，采用每秒小于2.5米的低速铣或车，或刨

   削之方式加工；

(5)水韧处理，将加工好的铸钢件半成品加热至600℃～620℃，保温2～

   3小时，然后将炉温续升至870℃～890℃并保温2～4小时，再加

   热到1040℃～1060℃保温4～6小时，出炉将铸钢件置于净水量为

   铸钢重量10～12倍的环流水池中进行连续冷却处理。