高強(qiáng)韌性低合金耐磨鋼及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低合金耐磨鋼，特別是涉及一種貝氏體/馬氏體復(fù)相高強(qiáng)韌性低合金耐磨鋼及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]工作條件惡劣的工程、采礦、建筑、農(nóng)業(yè)、水泥生產(chǎn)等機(jī)械設(shè)備，如挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)等，其對用鋼不僅需要較高的硬度來抵抗磨損還需要有一定的耐沖擊能力。根據(jù)不同的使用條件，對耐磨鋼產(chǎn)品性能的需求也存在差異，應(yīng)采用具有不同硬度和韌性配合的耐磨鋼來實現(xiàn)延長機(jī)械設(shè)備使用壽命的目的。目前低合金耐磨鋼在生產(chǎn)中通常沖擊韌性較低且不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致沖擊條件下鋼板易斷裂、耐磨性能差等問題?，F(xiàn)有技術(shù)中低合金耐磨鋼的生產(chǎn)主要通過淬火來提高鋼板硬度，而淬火后鋼板往往得到了較高的硬度，卻得不到較好的沖擊韌性?；鼗鸷?，低溫回火對韌性改善不明顯，中溫回火又會產(chǎn)生回火脆性，高溫回火后沖擊韌性會有明顯提高但硬度又得不到保證。
[0003]低合金耐磨鋼是很有發(fā)展前途的一類耐磨材料，具有良好的綜合性能，合金含量低，價格較低，生產(chǎn)靈活方便。由于其化學(xué)成分、熱處理工藝可在很大范圍內(nèi)變化，最終產(chǎn)品的機(jī)械性能指標(biāo)差距很大，硬度為40-60HRC，沖擊韌性為10-100J/Cm2，因此可根據(jù)易損件的應(yīng)用工況條件，分析其主要磨損機(jī)制，優(yōu)化和選擇合金鋼的化學(xué)成分和機(jī)械性能，從而達(dá)到最經(jīng)濟(jì)合理的選用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高強(qiáng)韌性低合金耐磨鋼，要求其金相組織合理，材料綜合性能優(yōu)異，硬度高，耐磨性好，沖擊韌性高，使用壽命長。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明所述的高強(qiáng)韌性低合金耐磨鋼，其成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:C:0.40-0.60、S1:
0.60-1.2、Μη:0.30-1.0、Cr:0.25-0.35、Mo:0.15-0.25、Cu:0.40-0.60、Re:0.10-0.15、P:0-
0.025、S:0-0.025，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0006]本發(fā)明還提供一種高強(qiáng)韌性低合金耐磨鋼的制備方法。
[0007]該制備方法，包括鑄造工藝和熱處理工藝。
[0008]所述的鑄造工藝包括:用堿性感應(yīng)爐熔制，金屬爐料包括煉鋼用生鐵、回爐碳素鋼、硅鐵、鉻鐵、鉬鐵、廢銅、稀土 (Re，全部稀土元素中的一種或多種)，其中的鐵合金(硅鐵、鉻鐵、鉬鐵)打碎后加入，粒度為10-20mm，按配方計算投料，采用消失模鑄造，澆注溫度1560-1600°C，澆筑完成后待鑄件冷卻到800-900°C時取出進(jìn)行空冷至室溫。
[0009]所述的熱處理工藝步驟包括:
1)將鑄造所得的鑄件加熱到820-860°C進(jìn)行奧氏體化；
2)鑄件放入淬火介質(zhì)中淬火；
3)待鑄件表面溫度冷卻至200-320°C時取出；4)將鑄件帶溫立即轉(zhuǎn)入260-330 °C保溫爐中進(jìn)行貝氏體等溫轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變時間l_2h，然后取出空冷。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:奧氏體化后的鑄件放入淬火介質(zhì)中淬火，當(dāng)其表面溫度到一定溫度時，就將鑄件從淬火介質(zhì)中取出，鑄件在淬火介質(zhì)中時，鑄件應(yīng)在C曲線鼻尖附近的溫度范圍內(nèi)快冷，使奧氏體不發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變。從淬火介質(zhì)取出后快速放入保溫爐中進(jìn)行保溫，以實現(xiàn)等溫轉(zhuǎn)變。
[0011]鑄件從淬火介質(zhì)中取出時的溫度稱為出液溫度。出液溫度需小于Ms溫度，這是因為當(dāng)高溫奧氏體化的鑄件快速淬入Ms點以下低溫介質(zhì)中，會產(chǎn)生許多小晶核，這些晶核是從面心立方母相中轉(zhuǎn)變而來的體心立方，這種體心立方核胚可以作為貝氏體或馬氏體的核心，但是要成為馬氏體核心，必須提供較高的能量，需要更大的驅(qū)動力，因為Ms以下的淬火時間是短暫的，不可能提供足夠大的動力，核胚來不及長大，也不可能形成大量馬氏體，這些核胚和少量的馬氏體在隨后的Ms以上等溫轉(zhuǎn)變中，為貝氏體的形成提供了核心和基底，從而細(xì)化了貝氏體組織，加快了貝氏體相變速度，縮短了相變時間，因此硬度和韌性都較尚O
[0012]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)和選擇。
[0013]進(jìn)一步，在熱處理工藝步驟I)，加熱升溫速度為每分鐘<5°C。
[0014]進(jìn)一步，在熱處理工藝步驟2)，所述的淬火用淬火介質(zhì)為有機(jī)溶液、無機(jī)水溶液、油類或水。作為優(yōu)選，在熱處理工藝步驟2)，淬火介質(zhì)為濃度5-10%PAG淬火液。
[0015]PAG淬火介質(zhì)冷卻速度介于N32機(jī)械油和水之間，相比于水可避免淬裂等情況的發(fā)生，相比于油可提高硬度和強(qiáng)度。同時PAG淬火介質(zhì)生產(chǎn)成本低，無閃點，不燃燒，無毒無氣味，屬于清潔環(huán)保產(chǎn)品。
【具體實施方式】
[0016]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0017]實施例1
低合金耐磨鋼的化學(xué)成分百分?jǐn)?shù)為:C: 0.52%、S1:1.20%, Mn:1.0%,Cr:0.30%, Mo:0.20% ^ Cu: 0.50% ^ Re: 0.10%、P: 0.025%、S: 0.025%，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
[0018]用It堿性感應(yīng)爐熔煉。金屬爐料為煉鋼用生鐵、回爐碳素鋼、硅鐵、鉻鐵、鉬鐵、廢銅、稀土 (Re，全部稀土元素中的一種或多種)，其中的鐵合金(硅鐵、鉻鐵、鉬鐵)打碎后加入，粒度為10_20mm，按上述配方計算投料。采用消失模鑄造，澆注溫度1560-1600°C，澆注完成后待鑄件冷卻到800-900 0C時扒出去殼進(jìn)行空冷至室溫。
[0019]然后，將鑄件在加熱設(shè)備中以每分鐘4°C的速度升溫至850°C進(jìn)行奧氏體化，然后將鑄件取出放入8%PAG淬火介質(zhì)中淬火，當(dāng)鑄件表面溫度冷卻至為250°C時取出，迅速放入保溫爐中，保溫溫度300 C，保溫時間Ih，隨后取出空冷。
[0020]將得到的鑄件經(jīng)取樣處理后，用掃描電鏡分析，表面組織為15%_25%的馬氏體加下貝氏體加合金碳化物，貝氏體組織細(xì)小，里層組織為下貝氏體，心部組織為上貝氏體加下貝氏體。這種組織分布表面強(qiáng)度高、硬度好、耐磨，心部組織韌性好。測試結(jié)果為:表面硬度HRC49-53 ；沖擊韌性達(dá)35-40J/cm2。
[0021]實施例2
低合金耐磨鋼的化學(xué)成分百分?jǐn)?shù)為:C: 0.4%、S1: 0.6%、Mn: 0.3%、Cr: 0.25%、Mo: 0.15%、Cu: 0.40% ^ Re: 0.10%、P: 0%、S: 0%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0022]用It堿性感應(yīng)爐熔煉。金屬爐料為煉鋼用生鐵、回爐碳素鋼、硅鐵、鉻鐵、鉬鐵、廢銅、稀土 (Re，全部稀土元素中的一種或多種)，其中的鐵合金(硅鐵、鉻鐵、鉬鐵)打碎后加入，粒度為10_20mm，按上述配方計算投料。采用消失模鑄造，澆注溫度1560-1600°C，澆注完成后待鑄件冷卻到800-900 0C時扒出去殼進(jìn)行空冷至室溫。
[0023]然后，將鑄件在加熱設(shè)備中以每分鐘2°C的速度升溫至820°C進(jìn)行奧氏體化，然后將鑄件取出放入10%PAG淬火介質(zhì)中淬火，當(dāng)鑄件表面溫度冷卻至為300°C時取出，迅速放入保溫爐中，保溫溫度260 C，保溫時間2h，隨后取出空冷。
[0024]將得到的鑄件經(jīng)取樣處理后，用掃描電鏡分析，表面組織為15%_25%的馬氏體加下貝氏體加合金碳化物，貝氏體組織細(xì)小，里層組織為下貝氏體，心部組織為上貝氏體加下貝氏體。這種組織分布表面強(qiáng)度高、硬度好、耐磨，心部組織韌性好。測試結(jié)果為:表面硬度HRC50-55 ；沖擊韌性達(dá)32-38J/cm2。
[0025]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種高強(qiáng)韌性低合金耐磨鋼，其成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:c: 0.40-0.60、S1:0.60-1.2、Μη:0.30-1.0、Cr:0.25-0.35、Mo:0.15-0.25、Cu:0.40-0.60、Re:0.10-0.15、P:0-0.025、S:0-0.025，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。2.權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)韌性低合金耐磨鋼的制備方法，包括鑄造工藝和熱處理工藝，其特征在于: 所述的鑄造工藝包括:用堿性感應(yīng)爐熔制，金屬爐料包括煉鋼用生鐵、回爐碳素鋼、硅鐵、鉻鐵、鉬鐵、廢銅、稀土，其中的鐵合金打碎后加入，粒度為10-20_，按配方計算投料，采用消失模鑄造，澆注溫度1560-1600°C，澆筑完成后待鑄件冷卻到800-900°C時取出進(jìn)行空冷至室溫； 所述的熱處理工藝步驟包括: 1)將鑄造所得的鑄件加熱到820-860°C進(jìn)行奧氏體化； 2)鑄件放入淬火介質(zhì)中淬火； 3)待鑄件表面溫度冷卻至200-320°C時取出； 4 )將鑄件帶溫立即轉(zhuǎn)入260-330 0C保溫爐中進(jìn)行貝氏體等溫轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變時間I _2h，然后取出空冷。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:在熱處理工藝步驟I)，加熱升溫速度為每分鐘<5°C。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:在熱處理工藝步驟2)，所述的淬火用淬火介質(zhì)為有機(jī)溶液、無機(jī)水溶液或油類。5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的制備方法，其特征在于:在熱處理工藝步驟2)，淬火介質(zhì)為濃度5_10%PAG淬火液。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)韌性低合金耐磨鋼及其制備方法，高強(qiáng)韌性低合金耐磨鋼，其成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：C:0.40-0.60、Si:0.60-1.2、Mn:0.30-1.0、Cr:0.25-0.35、Mo:0.15-0.25、Cu:0.40-0.60、Re:0.10-0.15、P：0-0.025、S：0-0.025，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。其制備方法中的熱處理工藝為液淬帶溫等溫淬火熱處理工藝，包括：1）將鑄造所得的鑄件加熱到820-860℃進(jìn)行奧氏體化；2）鑄件放入淬火介質(zhì)中淬火；3）待鑄件表面溫度冷卻至200-320℃時取出；4）將鑄件帶溫立即轉(zhuǎn)入260-330℃保溫爐中進(jìn)行貝氏體等溫轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變時間1-2h,然后取出空冷。所得的工件貝氏體組織細(xì)小，里層組織為下貝氏體，心部組織為上貝氏體加下貝氏體。這種組織分布表面強(qiáng)度高、硬度好、耐磨，心部組織韌性好。特別適宜于斗齒、曲軸等。
【IPC分類】C22C38/12, C21D1/00, C22C38/02, C22C33/06, C22C38/16, C21D1/18, C22C38/18, C22C38/04
【公開號】CN105568165
【申請?zhí)枴緾N201610132305
【發(fā)明人】魏德強(qiáng), 張曉媛, 高 浩, 鐘盛, 李新凱, 王榮
【申請人】桂林電子科技大學(xué)
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2016年3月9日