專利名稱：耐磨耗低合金鑄鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可用于制造礦山、碎石、水泥等業(yè)界中的各種破碎機(jī)、輸送線等機(jī)械裝置所使用的耐磨耗低合金鑄鋼鑄件的鑄鋼及該鑄鋼鑄件的制造方法。進(jìn)一步詳細(xì)而言，涉及材料組成和熱處理的最優(yōu)化，以兼顧高硬度和高韌性。
背景技術(shù)：
以礦山、碎石、水泥、鐵鋼、再循環(huán)等為代表的業(yè)界中，使用對(duì)各種礦石等進(jìn)行粉碎的破碎機(jī)、分級(jí)機(jī)、輸送裝置等，要求這些裝置的各種部件具有高耐磨耗性和韌性。作為應(yīng)對(duì)這樣的要求的材料，高錳鑄鋼最先被應(yīng)用，并逐漸普及。高錳鑄鋼的金屬組織是均勻的奧氏體，具有極高韌性，因此具有破損的危險(xiǎn)性低的優(yōu)點(diǎn)，但存在基于加工硬化的表面硬度為HRC30 40左右，磨耗進(jìn)行較快的問(wèn)題。

因此，對(duì)于進(jìn)一步要求耐磨耗性的用途、部件，逐漸使用各種低合金鑄鋼。此處，低合金鑄鋼是指向碳鋼中以合計(jì)為大約10質(zhì)量％ (以下簡(jiǎn)稱為％)以下的量添加Cr、Mo、Ni等作為合金元素，而使淬火特性、韌性提升的材料，并作為結(jié)構(gòu)用高張力碳鋼和低合金鋼鋼鑄件被JIS、ASTM標(biāo)準(zhǔn)化。其中，作為具有高淬透性和韌性的典型性材料，有被JISG5111標(biāo)準(zhǔn)化的SCNCrM2材料(C 0. 25 O. 35%、Si 0. 30 O. 60%、Mn 0. 90 I. 50%、Ni :1· 60 2. 00%、Cr O. 30 O. 90%、Mo :0. 15 O. 35%)。作為淬火處理的冷卻方法，為了防止淬火裂紋而通常進(jìn)行油淬。并且，在結(jié)構(gòu)用途中，以550 650°C進(jìn)行回火，而在需要耐磨耗性的用途中以200°C左右的低溫回火進(jìn)行處理。該情況下，壁厚低于I英寸時(shí)可得到硬度50HRC、沖擊值30J/cm2左右。以上內(nèi)容作為現(xiàn)有技術(shù)是已知的。

發(fā)明內(nèi)容
_6] 發(fā)明要解決的問(wèn)題但是，存在以下問(wèn)題(課題):在使用帶有I英寸以上的壁厚的部件來(lái)獲得直至芯部的高硬度的情況下，即使是SCNCrM2，其淬透性也是不足的，導(dǎo)致芯部硬度降低至45HRC以下。而且，為了制成直至芯部的高硬度而將淬火處理設(shè)為水淬時(shí)，淬火裂紋的危險(xiǎn)性增加。此處，淬火裂紋是指在淬火工序中產(chǎn)生的裂紋和淬火后在室溫放置的狀態(tài)下產(chǎn)生的自然裂紋(season cracking)。因此，本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題(課題)而進(jìn)行的，其目的在于在壁厚為I英寸以上的鋼鑄件中，對(duì)即便實(shí)施用于確保高硬度的水淬也可以減少淬火裂紋產(chǎn)生的合金組成進(jìn)行最優(yōu)化，從而提供一種在確保高韌性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)HRC45 53的洛氏硬度并提升耐磨耗性的耐磨耗低合金鑄鋼(cast steel)和耐磨耗低合金鋼鑄件(steel castings)。用于解決問(wèn)題的方案為了解決上述的課題，本發(fā)明的耐磨耗低合金鑄鋼的特征在于，以質(zhì)量％計(jì)含有C O. 30 O. 35、Si O. 30 O. 60、Mn O. 90 I. 50、Cr O. 91 I. 50、Ni I. 60 I. 90、MoO. 20 O. 30,P O. 05以下、S O. 05以下且剩余部分為Fe和不可避免的雜質(zhì)，制品壁厚為I英寸以上、洛氏硬度為HRC45 53、夏氏沖擊值(U形缺口)20 40J/cm2。另外，其特征在于，實(shí)施包括以下工序的熱處理加熱保持至1000 1100°C后進(jìn)行爐內(nèi)冷卻的均質(zhì)化處理工序、及加熱保持至850 950°C后進(jìn)行水淬的淬火工序、及加熱保持至150 280°C后爐內(nèi)冷卻至室溫的回火工序。本發(fā)明還提供一種耐磨耗低合金鑄鋼的制造方法，其包含對(duì)以質(zhì)量％計(jì)含有CO. 30 O. 35、Si O. 30 O. 60、Mn O. 90 I. 50、Cr O. 91 I. 50、Ni I. 60 I. 90、MoO. 20 O. 30、P O. 05以下、S O. 05以下且剩余部分為Fe和不可避免的雜質(zhì)的材料實(shí)施熱處理的工序，制品壁厚為I英寸以上、洛氏硬度為HRC45 53、夏氏沖擊值(U形缺口)為20 4(U/cm2，所述熱處理包括以下工序加熱保持至1000 1100°C后進(jìn)行爐內(nèi)冷卻的均質(zhì)化處理工序、及
加熱保持至850 950°C后進(jìn)行水淬的淬火工序、及加熱保持至150 280°C后爐內(nèi)冷卻至室溫的回火工序。本發(fā)明還提供一種低合金鑄鋼，其以質(zhì)量％計(jì)含有CO. 30 O. 35、Si O. 30 O. 60,Mn O. 90 I. 50, Cr O. 91 I. 50,Nil. 60 I. 90,Mo O. 20 O. 30,P O. 05 以下、SO. 05以下且剩余部分為Fe和不可避免的雜質(zhì)。發(fā)明的效果對(duì)于本發(fā)明，由于在壁厚為I英寸以上的鋼鑄件中，對(duì)可減少淬火裂紋產(chǎn)生的合金組成以及熱處理方法進(jìn)行了最優(yōu)化，因此可以提供一種具有耐磨耗性和高韌性、即洛氏硬度為HRC45 53、夏氏沖擊值(U形缺口)為20 40J/cm2的耐磨耗低合金鑄鋼和鋼鑄件。本發(fā)明的低合金鑄鋼的耐淬火裂紋性也優(yōu)異。
具體實(shí)施例方式設(shè)定權(quán)利要求I所記載的化學(xué)成分的理由說(shuō)明如下。I) C :0· 30 O. 35%C是支配淬火硬度的重要的元素，為了獲得HRC45 53的洛氏硬度而將其設(shè)為O. 30 O. 35%。低于O. 30%時(shí)無(wú)法獲得HRC45以上的硬度，而超過(guò)O. 35%時(shí)淬火裂紋會(huì)增加，因此設(shè)為上述的范圍。2) Si :0· 30 O. 60%Si對(duì)淬火特性的效果小，但在確保脫氧和熔液流動(dòng)性方面是重要的，低于O. 30%時(shí)脫氧效果不充分，鑄鋼乃至鑄件制品內(nèi)部的氣孔(gas porosity)增加,而超過(guò)O. 60%時(shí)偏析增加且韌性降低，因此設(shè)為上述的范圍。3) Mn :0· 90 I. 50%Mn是提高鋼的淬火特性的效果最高的元素，為了穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)HRC45 53的洛氏硬度，因此設(shè)為O. 90 I. 50%。低于O. 90%時(shí)特別是對(duì)于超過(guò)I英寸的制品，無(wú)法穩(wěn)定地確保上述的硬度，而超過(guò)I. 5%時(shí)產(chǎn)生偏析而韌性(夏氏沖擊值)降低，因此設(shè)為上述的范圍。從確保淬火特性和韌性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選I. 00 I. 30%。4) Cr :0· 91 I. 50%
Cr是僅次于Mn、Mo的淬火特性提升效果高的元素，同時(shí)使晶粒微細(xì)化并提升韌性、提升耐淬火裂紋性，因此設(shè)為O. 91 I. 50%ο低于O. 91%時(shí)效果不充分而使芯部硬度降低至45HRC以下，而超過(guò)I. 50%時(shí)碳化物增加而韌性降低，因此設(shè)為上述的范圍。從高強(qiáng)度和高韌性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選I. 20 I. 50%。5) Ni : I. 60 I. 90%Ni是提高韌性的效果最高的元素，特別是為了對(duì)于超過(guò)I英寸的壁厚制品實(shí)現(xiàn)夏氏沖擊值20 40J/cm2，低于I. 60%時(shí)效果不充分，而超過(guò)I. 90%時(shí)沖擊值飽和，因此設(shè)為上述的范圍。從實(shí)現(xiàn)高韌性材料的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選I. 70 I. 90%。6) Mo :O. 20 O. 30%Mo是僅次于Mn的提升淬火特性的效果高的元素，同時(shí)具有提高抗回火軟化性的作用，(從該觀點(diǎn)出發(fā))設(shè)為O. 20 O. 30%。低于O. 20%時(shí)效果不充分，而超過(guò)O. 30%時(shí)，產(chǎn) 生偏析，韌性出現(xiàn)些許降低，因此設(shè)為上述的范圍。7) P 以及 S 0. 05% 以下對(duì)鋼而言，是使其韌性降低的有害元素，因此設(shè)為O. 05%以下。制品壁厚低于I英寸的情況下，即使是SCNCrM2等以往材料，其淬火裂紋的危險(xiǎn)性也低，可以獲得HRC45 53的洛氏硬度和夏氏沖擊值(U形缺口 )20 40J/cm2，但變?yōu)镮英寸以上時(shí)芯部硬度會(huì)降低。SCNCrM2等以往材料以油淬為基本，其與水淬相比冷卻速度慢，因此壁厚越增加則淬火硬度越降低。另外，為了提升冷卻速度而實(shí)施水淬時(shí)，淬火裂紋顯著增加。針對(duì)權(quán)利要求2所記載的熱處理工序，在此進(jìn)行以下說(shuō)明。I)均質(zhì)化處理工序鑄造后的金屬組織由于凝固時(shí)的枝晶組織粗大地發(fā)達(dá)而非常不均勻，且化學(xué)成分的偏析顯著。另外，蓄積有鑄造應(yīng)力。因此，需要在淬火工序之前，加熱至使其成為完全的奧氏體組織的溫度而使成分、組織均質(zhì)化，并釋放鑄造應(yīng)力。通常以1050 1100°C的加熱溫度進(jìn)行均質(zhì)化是有效地。本發(fā)明中，均質(zhì)化處理的溫度低于1000°c時(shí)效果不充分，而超過(guò)1100°C時(shí)晶粒成長(zhǎng)并粗大化。因此設(shè)為1000 1100°C。保持均質(zhì)化處理溫度的時(shí)間根據(jù)制品的壁厚做適當(dāng)設(shè)定即可，通常優(yōu)選加熱至上述溫度并保持3 5小時(shí)。另外，為了盡量不殘留由熱處理帶來(lái)的應(yīng)力，冷卻優(yōu)選爐內(nèi)冷卻。2)淬火工序繼均質(zhì)化處理工序之后，淬火工序中，通常淬火溫度從比Ac 3或Ac I的相變點(diǎn)高30 50°C的加熱溫度開(kāi)始進(jìn)行冷卻。在急速冷卻的情況下使用水進(jìn)行冷卻，而在合金鋼的情況下或出于防止淬火裂紋和淬火變形(quenching distortion)的目的而進(jìn)行油淬。本發(fā)明中，升溫保持至850 950°C后，投入水中而實(shí)施水淬。淬火溫度低于850°C時(shí)無(wú)法制成均勻的奧氏體組織，因此韌性降低，而淬火溫度超過(guò)950°C時(shí)晶粒粗大化且淬火硬度降低。保持淬火溫度的時(shí)間根據(jù)制品的壁厚進(jìn)行適當(dāng)設(shè)定即可，通常優(yōu)選加熱至上述溫度并以平均I英寸制品壁厚為I小時(shí)的時(shí)間進(jìn)行保持。另外，在形狀復(fù)雜且壁厚不均勻的制品的情況下，優(yōu)選采取以下手段在冷卻至Ms點(diǎn)十50°C左右的溫度后，從水中提起并自然冷卻等。3)回火工序繼淬火工序之后，為了緩和淬火應(yīng)力并對(duì)硬度和韌性進(jìn)行調(diào)整而進(jìn)行回火?；鼗鸸ば蛲ǔ＿x定150 600°C的加熱溫度，根據(jù)作為目的的各種性質(zhì)而進(jìn)行回火。回火溫度越處于高溫側(cè)，沖擊值越提高，但硬度越降低。本發(fā)明中，在升溫保持至150 280°C后，爐內(nèi)冷卻至室溫，通常加熱至上述溫度并保持2 7小時(shí)、優(yōu)選保持5 7小時(shí)。回火溫度低于1500C時(shí)恢復(fù)韌性的效果不充分，而超過(guò)2800C時(shí)產(chǎn)生低溫回火脆性的危險(xiǎn)性增加。根據(jù)本發(fā)明的耐磨耗低合金鑄鋼具有以下特征即使其制品壁厚為I英寸以上，也可以通過(guò)實(shí)施水淬來(lái)確保高芯部硬度，即使實(shí)施冷卻速度快的水淬，也難以產(chǎn)生淬火裂紋。因此，即使制品壁厚增加也可以穩(wěn)定地得到HRC45 53的洛氏硬度和夏氏沖擊值(U形缺口)20 40J/cm2。予以說(shuō)明，需要超過(guò)HRC53的洛氏硬度的情況下，需要進(jìn)一步增加C量，由于在該領(lǐng)域中韌性急劇降低，因此在本發(fā)明的范圍外。本發(fā)明的化學(xué)成分與SCNCrM2等現(xiàn)有材料相比，通過(guò)更高比例地設(shè)定淬火特性提升和韌性改善效果高的Cr，來(lái)實(shí)現(xiàn)以下劃時(shí)代的特性實(shí)施水淬來(lái)確保直至芯部的高硬度(耐磨耗性)，即韌性和耐淬火裂紋性也高。接著通過(guò)實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明不受所述實(shí)施例的限定。 實(shí)施例根據(jù)表I所示的化學(xué)成分，鑄造了 JIS G5502 (ISO 1083)規(guī)定的I英寸(B號(hào))、2英寸(C號(hào))、3英寸(D號(hào))的Y型試塊(Y-block)。對(duì)于所鑄造的Y型試塊的數(shù)量，對(duì)根據(jù)表2所示的實(shí)施例、比較例各制作了 5個(gè)。比較例I的化學(xué)成分為SCNCrM2。使用從實(shí)施了熱處理的各Y型試塊上切取的試驗(yàn)片，對(duì)硬度和夏氏沖擊值進(jìn)行了評(píng)價(jià)。使用洛氏硬度計(jì)的C級(jí)(HRC)并根據(jù)JIS Z2245 (ISO 6508)的測(cè)定方法實(shí)施了硬度測(cè)定。具體而言，將試驗(yàn)片放置于試樣臺(tái)后，將壓頭(金剛石圓錐)以2階段的試驗(yàn)力(初始試驗(yàn)力98. 07N、總試驗(yàn)力1471N=初始試驗(yàn)力+追加試驗(yàn)力)押入試樣中，然后恢復(fù)到初始試驗(yàn)力，測(cè)定此時(shí)的凹陷的永久變形量。硬度根據(jù)永久變形量算出。使用夏氏沖擊試驗(yàn)機(jī)，按照J(rèn)IS Z2242 (ISO 83)實(shí)施了夏氏沖擊值的測(cè)定。具體而言，將在試驗(yàn)片中央部加工出規(guī)定的缺口(2毫米U形缺口)的、口 10毫米X55毫米的試驗(yàn)片放置于試驗(yàn)臺(tái)(兩端支持)后，在一定的條件下，通過(guò)擺錘的一次沖擊而使試驗(yàn)片斷裂，算出吸收功(沖擊值)。試驗(yàn)片形狀使用了 JISZ2202的2毫米U形缺口試驗(yàn)片。淬火裂紋的發(fā)生根據(jù)目視來(lái)確認(rèn)。實(shí)施例I 3的Y型試塊通過(guò)在1070°C下保持3小時(shí)后進(jìn)行爐內(nèi)冷卻而實(shí)施了均質(zhì)化處理后，在890 V下加熱保持了 3小時(shí)后，在淬火工序中進(jìn)行水淬，其后，通過(guò)在230 V下保持7小時(shí)后進(jìn)行爐內(nèi)冷卻而進(jìn)行了回火。比較例I 5的Y型試塊用與實(shí)施例I 3相同的條件進(jìn)行了熱處理。表I
權(quán)利要求
1.一種耐磨耗低合金鑄鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)含有C 0. 30 0. 35、Si 0.30 0.60、Mn 0. 90 I. 50、Cr 0. 91 I. 50、Nil. 60 I. 90、Mo 0. 20 0. 30、P 0. 05 以下、S 0. 05以下，且剩余部分為Fe和不可避免的雜質(zhì)，制品壁厚為I英寸以上、洛氏硬度為HRC45 53、夏氏沖擊值(U形缺口)為20 40J/cm2。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耐磨耗低合金鑄鋼，其特征在于，實(shí)施包括以下工序的熱處理加熱保持至1000 1100°C后進(jìn)行爐內(nèi)冷卻的均質(zhì)化處理工序、及加熱保持至850 950°C后進(jìn)行水淬的淬火工序、及加熱保持至150 280°C后爐內(nèi)冷卻至室溫的回火工序。
3.一種耐磨耗低合金鋼鑄件的制造方法，其包含對(duì)以質(zhì)量％計(jì)含有C 0. 30 0. 35、Si0.30 0. 60,Mn 0. 90 I. 50,CrO. 91 I. 50,Ni I. 60 I. 90,Mo 0. 20 0. 30,P 0. 05以下、S 0. 05以下且剩余部分為Fe和不可避免的雜質(zhì)的材料實(shí)施熱處理的工序，制品壁厚為I英寸以上、洛氏硬度為HRC45 53、夏氏沖擊值(U形缺口)為20 40J/cm2， 所述熱處理包括以下工序加熱保持至1000 1100°C后進(jìn)行爐內(nèi)冷卻的均質(zhì)化處理工序、及 加熱保持至850 950°C后進(jìn)行水淬的淬火工序、及 加熱保持至150 280°C后爐內(nèi)冷卻至室溫的回火工序。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其中，在均質(zhì)化處理工序中，加熱保持至1000 1100°C的時(shí)間為3 5小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其中，在淬火工序中，加熱保持至850 950°C的時(shí)間是平均I英寸制品壁厚為I小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其中，在回火工序中，加熱保持至150 280°C的時(shí)間為2 7小時(shí)。
7.一種低合金鑄鋼，其以質(zhì)量％計(jì)含有C 0. 30 0. 35、Si 0. 30 0. 60、Mn 0. 90 1.50,Cr 0. 91 I. 50,Ni I. 60 I. 90,MoO. 20 0. 30,P 0. 05 以下、S 0. 05 以下且剩余部分為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
一種耐磨耗低合金鋼。在使用帶有1英寸以上的壁厚的鑄鋼部件來(lái)獲得直至芯部的高硬度時(shí)，即使是SCNCrM2，淬透性也不足，導(dǎo)致芯部硬度降低至45HRC以下。而且，為了制成直至芯部的高硬度而將淬火處理設(shè)為水淬時(shí)，淬火裂紋的危險(xiǎn)性增加。以質(zhì)量%計(jì)含有C 0.30~0.35、Si 0.30~0.60、Mn 0.90~1.50、Cr 0.91~1.50、Ni 1.60~1.90、Mo 0.20~0.30、P 0.05以下、S 0.05以下，且剩余部分為Fe和不可避免的雜質(zhì)，并實(shí)施包括以下工序的熱處理加熱保持至1000~1100℃并進(jìn)行爐內(nèi)冷卻的均質(zhì)化處理工序、及加熱保持至850~950℃后進(jìn)行水淬的淬火工序、及加熱保持至150~280℃后爐內(nèi)冷卻至室溫的回火工序。
文檔編號(hào)C22C38/44GK102808133SQ201210176970
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者長(zhǎng)谷川守, 德永宏治 申請(qǐng)人:新東工業(yè)株式會(huì)社