專利名稱：一種中低合金耐磨鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐磨金屬材料，具體說是涉及一種中低合金耐磨鋼及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，關(guān)于耐磨鋼鐵材料的研究已經(jīng)相當(dāng)廣泛，特別是近二十年來，國內(nèi)外根據(jù)用途和資源狀況開發(fā)了一系列耐磨鋼鐵品種，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于冶金、礦山、交通、電力、煤炭、建材等各個工業(yè)門中，許多工件及設(shè)備由于磨損而迅速失效，從而造成了大量的經(jīng)濟(jì)損失。因此，高壽命鋼鐵耐磨材料的研制和使用，一直是企業(yè)和科研單位共同關(guān)注的重要課題。常用的耐磨鋼鐵材料主要包括高錳鋼、鉻系白口鑄鐵、奧-貝球墨耐磨鑄鐵以及含稀土的中低合金耐磨鋼，中低合金耐磨鋼的合金元素含量較低，綜合性能好，生產(chǎn)靈活方便，價(jià)格低廉，可以在較大范圍內(nèi)控制硬度和韌性的匹配，在多種磨損工況條件下均可獲得較好的耐磨性，已成為多種耐磨工件的使用材質(zhì)，有著非常廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種硬度高，耐磨性好，韌性佳，綜合性能優(yōu)良的中低合金耐磨鋼及其制備方法，該耐磨鋼可廣泛應(yīng)用于錘頭、襯板、刮板、導(dǎo)向板等耐磨工件。為此，本發(fā)明提供了一種中低合金耐磨鋼，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為碳 (C)為 0. 41 % -0. 50 %，硅(Si)為 0. 85 % -0. 95 %，猛(Mn)為 1. 1 % -1. 4 %，鉻(Cr) 為 1. 5 % -2. 3 %，鉬(Mo)為 0. 31 % -0. 45 %，銅(Cu)為 1. 25 % -1. 35 %, Ι (Ce)為 0. 30% -0. 45%, | (B)為 0.001%-0.003%，磷(P)彡 0.04%，硫(S)彡 0.04%，余量為鐵飾)。該中低合金耐磨鋼的化學(xué)成分質(zhì)量百分比可進(jìn)一步為C :0. 45-0. 48%，Si: 0.88-0.9 %，Mn :1. 2-1. 3 %, Cr 1. 7-1. 9 %, Mo 0. 35-0. 40 %, Cu 1. 28-1. 3 %, Ce 0. 35-0. 40%, B 0. 001-0. 003%, P ( 0. 04%, S 彡 0. 04%，余量為 Fe。本發(fā)明還提供了制備所述中低合金耐磨鋼的方法，其包括(1)按中低合金耐磨鋼各組分比例稱量相應(yīng)的鉻鐵、鉬鐵、硅鐵和錳鐵；(2)將稱量好的鉻鐵、鉬鐵、硅鐵和錳鐵加入到中頻感應(yīng)電爐中熔煉，待鋼液溫度達(dá)到1580-1610°C時，加入銅和硼，攪拌，按lkg/t的量插入鋁條進(jìn)行脫氧；(3)先將稀土鈰放在澆包內(nèi)，然后出鋼液，鋼液溫度不低于1580°C，進(jìn)行澆注，澆注溫度為1500-1540°C ；(4)澆注后的工件先進(jìn)行正火處理，加熱至840_860°C保溫4小時，在空氣中冷卻至室溫，然后進(jìn)行淬火處理，加熱至900°C保溫1小時再在油中冷卻，然后在保溫 2小時回火。碳(C)對鋼的強(qiáng)度、硬度、淬透性、耐磨性以及耐磨性都有非常重要的影響。碳含量低時，熔點(diǎn)高，流動性差，沖擊韌度好，但淬硬性不高；碳含量較高時，淬火后的高碳馬氏體硬度高，耐磨性好，但沖擊韌度低，鐵和碳形成的滲碳體(Fe53C)是鋼的主要強(qiáng)化相之一， 在鋼的抗磨過程中起著非常重要的作用。硅(Si)能提高鋼中固溶體的強(qiáng)度，能顯著提高鋼的彈性極限、屈服極限和屈服比，降低碳在鐵素體中的擴(kuò)散速度，增加鋼的回火穩(wěn)定性。錳(Mn)既可以提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強(qiáng)度，又是碳化物形成元素，還是好的脫氧劑和脫硫劑，同時錳還可以降低臨界轉(zhuǎn)變溫度和細(xì)化珠光體。鉻(Cr)可以提高鋼的淬透性，與碳、鐵形成多種化合物(Fe，Cr)3C，可顯著提高耐磨性，同時固溶強(qiáng)化基體，在提高強(qiáng)度和硬度的同時而不降低沖擊韌度，是耐磨材料的基本
元素之一。鉬(Mo)在鋼中與鐵素體和奧氏體固溶并形成碳化物，使鋼的等溫曲線右移，可顯著提高鋼的淬透性，提高鋼的強(qiáng)度、硬度和回火穩(wěn)定性，同時可抵抗高溫回火脆性。銅(Cu)可以提高電極電位、增強(qiáng)材料的耐蝕性，尤其對濕式磨料磨損工況條件下的耐磨件更為重要，能有效地抑制奧氏體的冷卻轉(zhuǎn)變速度，細(xì)化、強(qiáng)化基體組織。鈰(Ce)能夠改善鋼的鑄態(tài)組織、細(xì)化晶粒、凈化鋼液，通過變質(zhì)非金屬夾雜物，可以控制鋼中夾雜物的形態(tài)，從而提高鋼材韌性和抗疲勞性。硼⑶在鋼中的作用是增加悴透性，微量(0. 001% )的硼就可以使鋼的淬透性成倍的增加。硫⑶容易導(dǎo)致鋼在高溫下沿晶界開裂，同時加強(qiáng)鋼中化學(xué)成分的不均勻性和增加非金屬夾雜，是有害元素，所以其含量要求S < 0. 04%。磷(P)能全部溶于鐵素體內(nèi)，在低溫時會顯著降低鋼的塑形和韌性，同時加強(qiáng)鋼中的成分偏析，是有害元素，所以其含量要求P < 0. 04%。本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明所述的中低合金耐磨鋼是一種硬度高、耐磨性好、韌性佳、綜合性能優(yōu)良的中低合金耐磨材料，可應(yīng)用于球磨機(jī)襯板、混砂機(jī)的刮板、導(dǎo)向板以及破碎機(jī)的錘頭等多種工業(yè)耐磨場合。采用本材質(zhì)生產(chǎn)的襯板在鄭州鋁廠的Φ 2200mmX 6500mm濕式無螺栓襯板球磨機(jī)上試用，其襯板最大厚度120mm，最小厚度80mm ；在雞西水泥廠Φ 1830mmX 6200mm球磨機(jī)襯板上試用，根據(jù)其實(shí)際的應(yīng)用效果，其硬度大于50HRC，沖擊韌性值21-34J/cm2，抗拉強(qiáng)度1030-1480MPa，延伸率6. 4-7. 8%，殘余伸長率為0. 2%時的屈服強(qiáng)度為716_784MPa。 在較小沖擊功的工況條件下，其耐磨性優(yōu)于高錳鋼，使用壽命約是高錳鋼的2倍，且成本較高錳鋼低廉，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種中低合金耐磨鋼，該中低合金耐磨鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為碳(C)為 0. 41% -0. 50%，硅(Si)為 0. 85% -0. 95%，錳(Mn)為 1. -1. 4%，鉻 (Cr)為 1. 5% -2. 3%，鉬(Mo)為 0. 31 % -0. 45%，銅(Cu) % 1. 25% -1. 35%，鋪(Ce)為 0. 30% -0. 45%，硼(B)為 0. 001% -0. 003%，磷(P) ^ 0. 04%，硫(S) ^ 0. 04%，余量為鐵飾)。該中低合金耐磨鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為C :0. 45-0. 48 %, Si 0. 88-0. 9 %, Mn :1. 2-1. 3 %, Cr :1. 7-1. 9 %, Mo :0. 35-0. 40 %, Cu :1. 28-1. 3 %, Ce
0.35-0. 40%, B 0. 001-0. 003%, P ( 0. 04%, S 彡 0. 04%，余量為 Fe。另外，本發(fā)明還提供了一種制備上述中低合金耐磨鋼的方法，該方法包括如下操作步驟(1)按中低合金耐磨鋼各組分比例稱量相應(yīng)的鉻鐵、鉬鐵、硅鐵和錳鐵；(2)將稱量好的鉻鐵、鉬鐵、硅鐵和錳鐵加入到中頻感應(yīng)電爐中熔煉，待鋼液溫度達(dá)到1580-1610°C時，加入銅和硼，并進(jìn)行攪拌，按lkg/t的量插入鋁條進(jìn)行脫氧；(3)先將稀土鈰放在澆包內(nèi)，然后出鋼液，鋼液溫度不低于1580°C，進(jìn)行澆注，澆注溫度為1500-1540°C ；(4)澆注后的工件先進(jìn)行正火處理，加熱至840_860°C保溫4小時，在空氣中冷卻至室溫，然后進(jìn)行淬火處理，加熱至900°C保溫1小時再在油中冷卻，然后在保溫 2小時回火。下面以3個具體實(shí)例來詳細(xì)說明。實(shí)例1按質(zhì)量百分比取C 0. 41%, Si 0. 9%, Mn 1. 1 %, Cr -.1.5%, Mo 0. 31%, Cu
1.25%, Ce 0. 3%, B :0. 001%, P :0. 04%, S :0. 04%, Fe :94. 149%。采用中頻感應(yīng)電爐熔煉，加入稱量好的鉻鐵、鉬鐵、硅鐵、錳鐵，待鋼液溫度達(dá)到1580-1610°C時，加入銅和硼，攪拌，按lkg/t的量插入鋁條進(jìn)行脫氧；將稀土鈰放在澆包內(nèi)，出鋼液，溫度不低于1580°C，澆注溫度1500-1M0°C。澆注后的工件先進(jìn)行正火處理，加熱至840-860°C保溫4小時，在空氣中冷卻至室溫，其目的是細(xì)化組織，減少應(yīng)力，然后進(jìn)行淬火處理，加熱至900°C保溫1小時再在油中冷卻，然后在240-260°C保溫2小時回火，其硬度值為52HRC，沖擊韌性值32J/ cm2，抗拉強(qiáng)度1055MPa，延伸率7. 7 %，殘余伸長率為0. 2%時的屈服強(qiáng)度為721MPa。實(shí)例2按質(zhì)量百分比取C 0. 45%, Si 0. 9%, Mn 1. 4%, Cr -.1.9%, Mo :0. 37%, Cu 1. 3%, Ce 0. 4%, B :0. 002%, P :0. 04%, S :0. 04%, Fe :93. 198%。采用中頻感應(yīng)電爐熔煉，加入稱量好的鉻鐵、鉬鐵、硅鐵、錳鐵，待鋼液溫度達(dá)到1580-1610°C時，加入銅和硼，攪拌，按lkg/t的量插入鋁條進(jìn)行脫氧；將稀土鈰放在澆包內(nèi)，出鋼液，溫度不低于1580°C，澆注溫度1500-1M0°C。澆注后的工件先進(jìn)行正火處理，加熱至840-860°C保溫4小時，在空氣中冷卻至室溫，其目的是細(xì)化組織，減少應(yīng)力，然后進(jìn)行淬火處理，加熱至900°C保溫1小時再在油中冷卻，然后在240-260°C保溫2小時回火，其硬度值為53HRC，沖擊韌性值25J/ cm2，抗拉強(qiáng)度1310MPa，延伸率6. 8 %，殘余伸長率為0. 2%時的屈服強(qiáng)度為755MPa。實(shí)例3按質(zhì)量百分比取C 0. 50%, Si 0. 95%, Mn 1. 4%, Cr -.2.2%, Mo :0. 44%, Cu 1. 35%,Ce 0. 45%,B :0. 003%,P :0. 04%, S :0. 04%,Fe :92. 627%。采用中頻感應(yīng)電爐熔煉，加入稱量好的鉻鐵、鉬鐵、硅鐵、錳鐵，待鋼液溫度達(dá)到1580-1610°C時，加入銅和硼，攪拌，按lkg/t的量插入鋁條進(jìn)行脫氧；將稀土鈰放在澆包內(nèi)，出鋼液，溫度不低于1580°C，澆注溫度1500-1M0°C。澆注后的工件先進(jìn)行正火處理，加熱至840-860°C保溫4小時，在空氣中冷卻至室溫，其目的是細(xì)化組織，減少應(yīng)力，然后進(jìn)行淬火處理，加熱至900°C保溫1小時再在油中冷卻，然后在240-260°C保溫2小時回火，其硬度值為56HRC，沖擊韌性值21J/cm2，抗拉強(qiáng)度1440MPa，延伸率6. 4%，殘余伸長率為0. 2%時的屈服強(qiáng)度為764MPa。
權(quán)利要求
1.一種中低合金耐磨鋼，其特征為，該中低合金耐磨鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為碳(C)為 0. 41 % -0. 50 %，硅(Si)為 0. 85 % -0. 95 %，錳(Mn)為 1. 1 % -1. 4 %，鉻 (Cr)為 1. 5% -2. 3%，鉬(Mo)為 0. 31 % -0. 45%，銅(Cu) % 1. 25% -1. 35%，鋪(Ce)為 0. 30% -0. 45%，硼(B)為 0. 001% -0. 003%，磷(P)彡 0. 04%，硫(S)彡 0. 04%，余量為鐵飾)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中低合金耐磨鋼，其特征在于，該中低合金耐磨鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為:C :0. 45-0. 48%, Si :0. 88-0. 9%, Mn :1. 2-1. 3%, Cr :1. 7-1. 9%, Mo :0. 35-0. 40 %, Cu :1. 28-1. 3 %, Ce :0. 35-0. 40 %, B :0. 001-0. 003 %, P ^ 0. 04 %, S彡0. 04%，余量為Fe。
3.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的中低合金耐磨鋼的方法，該方法包括(1)按中低合金耐磨鋼各組分比例稱量相應(yīng)的鉻鐵、鉬鐵、硅鐵和錳鐵；(2)將稱量好的鉻鐵、鉬鐵、硅鐵和錳鐵加入到中頻感應(yīng)電爐中熔煉，待鋼液溫度達(dá)到 1580-1610°C時，加入銅和硼，并進(jìn)行攪拌，按lkg/t的量插入鋁條進(jìn)行脫氧；(3)先將稀土鈰放在澆包內(nèi)，然后出鋼液，鋼液溫度不低于1580°C，進(jìn)行澆注，澆注溫度為 1500-15400C ；(4)澆注后的工件先進(jìn)行正火處理，加熱至840-860°C保溫4小時，在空氣中冷卻至室溫，然后進(jìn)行淬火處理，加熱至900°C保溫1小時再在油中冷卻，然后在240-260°C保溫2小時回火。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種中低合金耐磨鋼及其制備方法，該中低合金耐磨鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為碳為0.41％-0.50％，硅為0.85％-0.95％，錳為1.1％-1.4％，鉻為1.5％-2.3％，鉬為0.31％-0.45％，銅為1.25％-1.35％，鈰為0.30％-0.45％，硼為0.001％-0.003％，磷≤0.04％，硫≤0.04％，余量為鐵。本發(fā)明硬度高、耐磨性好、韌性佳、綜合性能優(yōu)良的中低合金耐磨材料，可應(yīng)用于球磨機(jī)襯板、混砂機(jī)的刮板、導(dǎo)向板以及破碎機(jī)的錘頭等多種工業(yè)耐磨場合。
文檔編號C22C38/32GK102304672SQ20111027607
公開日2012年1月4日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者劉志強(qiáng), 南紅艷, 曹建彬, 李啟民, 米國發(fā), 鄭喜平 申請人:河南理工大學(xué)