CN1417366A - 稀土硼中铬耐磨合金钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种稀土硼中铬耐磨合金钢，主要用于制造在中等冲击、强磨损工况条件下工作的耐磨部件。其化学成份(重量百分比)为：C 0.7～1.0％，Cr 6.0～9.0％，Si 0.4～1.0％，Mn 0.8～1.0％，Mo 0.5～1.0％，B 0.05～0.1％，Re 0.02～0.04％，V 0～0.1％，Ti 0～0.1％，其余为Fe和不可避免的微量杂质。本发明耐磨合金钢具有优异的耐磨性和综合强韧性，用于制造水泥熟料破碎机衬板，其使用寿命是高锰钢衬板的3～5倍。

Description

稀土硼中铬耐磨合金钢及其制备方法

本发明属于金属材料领域，特别涉及矿山、建材、电力等行业用于制造在一定冲击、强磨损工况条件下工作的耐磨铸钢部件。

在矿山、建材、电力等行业的细碎、粉磨设备中，许多耐磨备件仍采用传统的高锰钢材料制造。研制表明，在中小能量冲击磨料磨损条件下，高锰钢并不耐磨，其原因是高锰钢为奥氏体钢，初始硬度低，HB＝179～229，在没有受到强烈冲击的情况下，其表层不能产生有效的加工硬化，致使高锰钢的耐磨特性得不到充分发挥，因而磨损快，使用寿命短，如球磨机衬板、水泥熟料破碎机衬板等，使用寿命一直不理想。用抗磨白口铸铁材料制造，耐磨性可成倍数增加，但由于组织中含有大量的碳化物，甚至呈网状分布，因而其冲击韧性(一般为3～7J/cm²)低，不能安全使用。

多年来，人们对低合金耐磨钢进行了大量的研究开发工作，以期获得耐磨性较高锰钢更高、综合性能更优异的新材料。公开号为CN1182142A文献中公开了一种耐磨铸钢材料，其化学材料成份如表一。

                                                           表一

化学元素	C	Si	Mn	Cr	Mo	V	Ti	B	S、P
										百分含量	0.15-0.50	≤0.50	≤1.00	1.00-200	0.20-0 50	0.02-1.10	0.02-0.10	0.005-0.10	≤0.04

该材料的金相组织为马氏体+贝氏体，具有较高的冲击韧性和一定得耐磨性，可用于制造电铲铲齿、齿座、球磨机衬板。但由于其组织中碳化物含量少，在强磨损工况下，特别是用于制造水泥熟料破碎机衬板，使用寿命很不理想。且该材料需经水淬处理，对衬板类铸件来说极易变形和开裂，其推广应用受到极大限制。

本发明的目的之一在于提供一种可在中等冲击、强磨损工况条件下使用的稀土硼中铬耐磨合金钢的化学组成成份：

本发明的目的之二在于提供一种稀土硼中铬耐磨合金钢的制造方法。

本发明的目的通过如下方案来实现：

本发明稀土硼中铬耐磨合金钢材质的化学成份(重量百分比)为：

      C： 0.7～1.0％       Cr：6.0～9.0％         Ti：0～0.1％

      Si：0.4～1.0％       Mn：0.8～1.0％

      Mo：0.5～1.0％       B： 0.05～0.1％

      Re：0.02～0.05％     V： 0～0.1％

其余为Fe和不可避免的微量杂质。

优选的稀土硼中铬耐磨合金钢材质的化学成份(重量百分比)为：

      C： 0.9％            Cr：8.0％              Ti：0.06％

      Si：0.6％            Mn：0.9％

      Mo：0.8％            B： 0.06％

      Re：0.035％          V： 0.08％

其余为Fe和不可避免的微量杂质。

所述耐磨合金钢的Cr/C比值为6～8。

本发明的稀土硼中铬耐磨合金钢材质的制造方法是：用电炉即可生产，其工艺步骤是：

(1)将生铁、废钢、铬铁、钼铁放入熔炼炉内加热熔化，硅铁、锰铁出炉前10min内加入，稀土、硼铁、钒铁、钛铁采用包内冲入法加入；

(2)温度升至1530～1560℃后出炉，同时进行变质处理；

(3)用砂型铸造，浇注温度1490～1520℃；

(4)铸件冷却后，打掉浇冒口，清理飞边、毛刺；

(5)将铸件升温至1000～1020℃，出炉空淬，200℃左右回火处理。

本发明稀土硼中铬耐磨合金钢材质化学成份设计依据如下：

研究表明：当硬的马氏体基体上分布着硬质点的(Fe，Cr)₇C₃型碳化物时，钢具有最优异的耐磨性。而碳化物类型主要取决于C、Cr含量。当Cr/C值为4～11时，易于形成呈孤立断网状分布的M₇C₃型碳化物，硬度高、韧性好，耐磨性优异；当Cr/C值小于4时，易于形成呈网状分布的M₃C型碳化物；当Cr/C值大于11时，易于形成M₂₃C₆型碳化物；这两种类型的碳化物的耐磨性、强韧性较M₇C₃型碳化物差得多。

本发明稀土硼中铬耐磨合金钢材质的化学成份限定含量范围理由如下：

碳(C)：C是影响稀土硼中铬耐磨合金钢硬度和韧性的主要元素。碳量过高，不仅碳化物数量多，且存在大量粗大的先共析渗碳体，脆性大，使用中易破碎；而碳量过低，虽韧性较高，但碳化物数量减少，硬度降低，不利于耐磨损。因而碳的含量控制在0.7～1.0％比较适宜。

铬(Cr)：Cr是主要合金元素。为使碳化物类型为M₇C₃，Cr/C值取6～8，含Cr量控制在6～9％比较适宜。

硅(Si)：Si起固溶强化作用，同时促进碳化物的形成，但含量过高脆性大。因此硅量控制在0.4～0.8％。

锰(Mn)：Mn能提高淬透性，显著降低Ms点温度，因而淬火后残余奥氏体较多，冲击时易于疲劳剥落，加速磨损。锰含量控制在0.8～1.0％即可。

钼(Mo)：Mo能显著提高淬透性、细化晶粒，改善碳化物形态。但加入量多成本高，对衬板类铸件，钼含量控制在0.5～1.0％即可。

稀土(Re)：稀土是为了对钢水进行变质处理，它能细化晶粒、净化晶界、改善碳化物形态和分布，促使碳化物呈孤立状均匀分布，对韧性、抗弯强度、硬度的提高均有益处。当加入量少时效果不明显，加入量过多反而恶化性能。合适的稀土的残留量为0.02～0.04％。

钒、钛(V、Ti)：起变质作用，能细化晶粒、提高晶粒粗化温度。钒、钛与碳有很强的亲和力，可形成呈高度弥散分布的VC、TiC硬质化合物，增加晶核数量、细化晶粒，在提高耐磨性同时，显著提高材质强韧性。但钒、钛含量过高，一方面增加成本，另一方面降低韧性。钒、钛含量在0.1％以内即可达到目的。

硼(B)；硼是强碳化物形成元素，既增加碳化物含量又提高碳化物硬度，对提高材质的耐磨性有显著作用。但含硼量过高，材质脆性增大。一般硼含量控制在0.1％以内。

下面结合实施例对本发明作进一步详述：

实施例1：

按本发明的化学成份要求在中频感应炉内熔炼稀土硼中铬耐磨合金钢。出炉温度1550℃，其中稀土、钒铁、钛铁、硼铁采用取包内冲入法加入。浇注10×10×55mm试样一组，浇注温度1500℃。试样磨削加工后经1000℃空淬、200℃回火处理，并进行化学成份、机械性能检测分析，结果如表二：

                                     表二

化学成分(重量百分数)									机械性能
												C	Cr	Si	Mn	Mo	RE	B	Ti	V	硬度(HRC)	αK(J/cm2)	αbb(MPa)
0.9	8.0	0.6	0.9	0.8	0.035	0.06	0.06	0.08	54.0	23.0	1420

实施例2、实施例3的工艺如实施例1所述，只是实施例2未采用稀土、钒、钛变质处理工艺。其化学成份(重量百分数)及机械性能如表三：

                                   表三

化学成分(重量百分数)										机械性能
														C	Cr	Si	Mn	Mo	RE	B	Ti	V	硬度(HRC)	αK(J/cm2)	αbb(MPa)
实施例2	0.9	8.0	0.6	0.9	0.8		0.06			51.0	17.3	1150
													实施例3	0.75	6.8	0.9	1.0	0.9	0.04	0.08	0.1	0.06	52.0	24.0	1350

本发明稀土硼中铬耐磨合金钢的金相组织为：马氏体+碳化物+残余奥氏体。其碳化物均是高硬度的M₇C₃型结构，呈孤立状均匀分布，材质硬度范围HRC48～58。从检测结果看，通过变质处理后，组织更为细化，硬度、强度更高，冲击韧性值可稳定在20J/cm²以上。

本发明材质与高锰钢及表一所述耐磨合金钢的对比磨损试验结果如表四：

                                     表四

材质种类	硬度	磨耗(mg)	相对耐磨性
				高锰钢	HB192	260.0	1.0
耐磨合金钢	HRC46	123.8	2.1
				稀土硼中铬耐磨合金钢	HRC54	64.0	4.06

由此可见，本发明稀土硼中铬耐磨合金钢质，综合强韧性能好，耐磨性优异，特别适用于中等冲击、强磨损工况下使用。

用本发明材质制造LPF1500型立轴式水泥熟料破碎机衬板，使用寿命可达1.5年，而用高锰钢衬板，使用寿命仅3～5个月。

本发明与现有技术相比有如下优点：

本发明稀土硼中铬耐磨合金钢由于C、Cr含量适当，其金相组织为马氏体+M₇C₃型碳化物+残余奥氏体。与高锰钢及低合金钢相比具有更为优异的耐磨性：与高铬铸铁相比，由于M₇C₃型碳化物含量相对较低，各相成份中的碳和合金元素含量也少，因而本发明材质的冲击韧性值要高得多。同时稀土等变质元素的加入，明显细化了材质的晶粒，净化了钢液，改善了硬质相碳化物的形态，使其分布更为细小均匀，提高了材质的强度、硬度等综合性能。硼的加入，可在较低碳含量下获得较多的碳化物，并显著提高碳化物硬度，使本发明材质综合强韧性能好，耐磨性优异，是制造在中等冲击、强磨损工况下使用的耐磨铸件的理想材料。

Claims (4)

1、一种稀土硼中铬耐磨合金钢，其特征在于稀土硼中铬耐磨合金钢的化学成分为：

    C： 0.7～1.0％            Cr：6.0～9.0％      Ti：0～0.1％

    Si：0.4～1.0％            Mn：0.8～1.0％

    Mo：0.5～1.0％            B：0.05～0.1％

    Re：0.0 2～0.05％         V：0～0.1％

其余为Fe和不可避免的微量杂质。

2、根据权利要求1所述的稀土硼中铬耐磨合金钢，其特征在于上述耐磨合金钢的Cr/C比值为6～8；

3、根据权利要求1和2所述的稀土硼中铬耐磨合金钢，其特征在于上述耐磨合金钢的优选化学成份为：

     C： 0.90％          Cr：8.0％         Ti：0.06％

     Si：0.60％          Mn：0.90％

     Mo：0.80％          B： 0.06％

     Re：0.035％         V： 0.08％

其余为Fe和不可避免的微量杂质。

4、根据权利要求3所述的稀土硼中铬耐磨合金钢的制备方法，其特征在于用电炉即可生产，其工艺步骤是：

(1)将生铁、废钢、铬铁、钼铁放入熔炼炉内加热熔化，硅铁、锰铁出炉前10min内加入，稀土、硼铁、钒铁、钛铁采用包内冲入法加入；

(2)温度升至1530～1560℃后出炉，同时进行变质处理；

(3)用砂型铸造，浇注温度1490～1520℃；

(4)铸件冷却后，打掉浇冒口，清理飞边、毛刺；

(5)将铸件升温至1000～1020℃，出炉空淬，200℃左右回火处理。