專利名稱：一種用于煤機工況的低合金耐磨鑄鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于煤機工況的低合金耐磨鑄鋼材料，屬于鑄鋼材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在礦山、煤炭行業(yè)中，鑄鋼件常被用作設(shè)備的關(guān)鍵部件。顎板、錘頭及襯板等耐受沖擊磨損的零件一般為高錳鋼鑄件，機架則多為碳鋼或低合金鋼鑄件。但煤機行業(yè)鑄鋼件同時表現(xiàn)出使用壽命短、設(shè)備更新頻繁的弱點。研究表明性能不足或磨損失效是其中重要原因。因此，必須從合金成分和熱處理工藝等方面尋找提高其綜合性能的途徑。對鑄件中合金元素含量進(jìn)行控制和優(yōu)化，是一種重要手段。鑄鋼件的性能除了取決于其化學(xué)成分、工藝質(zhì)量要求外，還可以借助相應(yīng)的熱處理方法來獲得優(yōu)良的綜合性能，如正火、調(diào)質(zhì)處理等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于煤機工況的低合金耐磨鑄鋼，增加鑄鋼件的綜合力學(xué)性能，提高其使用壽命。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為通過開發(fā)一種含微合金化元素的改良型鑄鋼，來克服實際應(yīng)用中ZG25MnM牌號鑄鋼綜合性能不足的缺點。改良鑄鋼通過合金強化作用以及細(xì)晶強化作用強化基體，實現(xiàn)綜合性能提高。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。本發(fā)明一種用于煤機工況的低合金耐磨鑄鋼，其特征在于具有以下化學(xué)元素組成及其重量百分比
C 0. 25 0. 40% ； Si 0. 30 0. 90% ； Mn 1. 20 1. 70% ； P 彡 0. 05% ； S 彡 0. 05% ； Mo 0. 01 0. 30% ； Ni ^ 0. 1% ； Nb 0. 01 0. 04% ； Fe 余量。本發(fā)明一種制備上述的用于煤機工況的低合金耐磨鑄鋼的方法，其特征在于具有以下的制備過程和步驟將各配合料放入于工業(yè)電弧爐中進(jìn)行熔煉，并澆注成鑄件，澆注溫度為1580-1600°C ；然后進(jìn)行鑄件的后續(xù)熱處理，后續(xù)熱處理為900-950°C正火；最終得到低合金耐磨鑄鋼。該改良型鋼種中各主要成分的作用和功能如下所述
C元素是提高鋼的硬度和強度最為有效的元素，其固溶強化作用顯著，是保證鑄鋼達(dá)到所需硬度而必不可少的元素，但C含量過高會造成鋼中碳化物數(shù)量的增多，降低韌性。
Si元素也具有固溶強化作用，并且具有較好的脫氧作用，但Si含量過高則會降低鋼的韌性。Mn元素可以固溶于鐵素體中，也可以形成含Mn的合金滲碳體。同時Mn元素是擴大奧氏體相區(qū)、降低共析點C含量的元素。Mn的固溶強化作用可以提高鑄鋼的強度和硬度， 但Mn含量過高會對鑄件的鑄造性能和焊接性能產(chǎn)生不利影響。Mo元素有助于改善耐磨性，但Mo含量過高易形成硬質(zhì)碳化物Mo2C而影響加工性能。Nb的主要作用是通過沉淀強化控制奧氏體晶粒尺寸而在一定程度上細(xì)化組織，改善鋼的韌性和抗疲勞性能，除此之外添加Nb元素會在鋼中形成高硬度的碳化物NbC，從而提高鋼的耐磨性。本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和積極效果
本發(fā)明通過對合金化元素的優(yōu)化和對合金元素含量的控制有效地提高了鑄鋼件的強度和硬度，并創(chuàng)新性地添加Nb元素，通過細(xì)晶強化作用和析出強化作用強化基體，從而獲得了高硬度鑄鋼，其硬度高達(dá)202466HBS。實驗試驗了改良型鑄鋼耐磨性明顯提高。本發(fā)明與傳統(tǒng)ZG25MnM相比，在貴金屬元素M用量減少的同時，在鋼綜合性能方面卻得到了明顯的優(yōu)化，非常適合用作煤機工況鑄鋼結(jié)構(gòu)件材料。


圖1為本發(fā)明實施例一中改良型鑄鋼成分范圍內(nèi)隨溫度變化的相組成模擬計算圖。其成分為
，圖中各符號的含義為
圖2為為本發(fā)明中實施例二所得改良型鑄鋼成分范圍內(nèi)隨溫度變化的相組成模擬計算圖。其成分為
，圖中個符號的含義為圖3為比較鑄鋼即ZG25MnNi的使用態(tài)金相顯微組織。圖4為本發(fā)明中改良型鑄鋼成分范圍內(nèi)兩實施例顯微組織。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。實施例1
實施例1和比較例鑄件的化學(xué)成分質(zhì)量百分比組成見表1 (表1中未列出的元素均作為非人為添加的殘余元素，其含量小于0. 09%)。將冶煉原料用工業(yè)電弧爐熔煉澆注成鑄件， 澆注溫度為1580°C。鑄件的后續(xù)熱處理為900°C正火。熱處理工藝參考JMatPro模擬軟件計算的實施例鑄件隨溫度變化的相組成結(jié)果如圖1所示。實施例1和比較例的力學(xué)性能見表2。表1.本發(fā)明實施例1改良型鑄鋼和比較例ZG25MnNi鋼化學(xué)元素組分
權(quán)利要求
1.一種用于煤機工況的低合金耐磨鑄鋼，其特征在于具有以下化學(xué)元素組成及其重量百分比C 0. 25 0. 40% ； Si 0. 30 0. 90% ； Mn 1. 20 1. 70% ； P 彡 0. 05% ； S 彡 0. 05% ； Mo 0. 01 0. 30% ； Ni ^ 0. 1% ； Nb 0. 01 0. 04% ； Fe 余量。
2.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煤機工況的低合金耐磨鑄鋼的方法，其特征在于該方法的具體步驟為將各配合料放入于工業(yè)電弧爐中進(jìn)行熔煉，并澆注成鑄件，澆注溫度為1580-1600°C ；然后進(jìn)行鑄件的后續(xù)熱處理，后續(xù)熱處理為900-950°C正火；最終得到低合金耐磨鑄鋼。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于煤機工況的低合金耐磨鑄鋼，其化學(xué)元素質(zhì)量百分比組成為C0.25～0.40％，Si0.30～0.90％，Mn1.20～1.70％，P≤0.05％，S≤0.05％，Mo0.01～0.30％,Ni≤0.1％，Nb0.01～0.04%，余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明通過對合金化元素的優(yōu)化和對合金元素含量的控制，在確保一定韌塑性的前提下，可顯著提高鑄鋼件的強度、硬度及耐磨性，并通過適量添加Nb元素，取得細(xì)晶強化和析出強化效果，從而強化了基體，獲得綜合力學(xué)性能優(yōu)異的鑄鋼件材料。
文檔編號C22C38/12GK102154595SQ201110073118
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者戚飛鵬, 方靜, 楊弋濤, 馬志英 申請人:上海大學(xué)