專利名稱：一種高強(qiáng)度廉價(jià)低合金耐磨鑄鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低合金耐磨鑄鋼，特別是一種不含鉬、鎳、銅、釩等貴金屬元素，以硅、錳、鉻為主要合金元素，可制造挖掘機(jī)斗齒、破碎機(jī)錘頭、球磨機(jī)襯板等抗磨部件的高強(qiáng)度耐磨鑄鋼。
背景技術(shù)：
材料磨損是與材料斷裂、材料腐蝕并列的材料破壞的三大形式之一，造成的經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)驚人。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因磨損造成球磨機(jī)磨球消耗近230萬(wàn)噸，球磨機(jī)和各種破碎機(jī)襯板消耗近50萬(wàn)噸，軋輥消耗近90萬(wàn)噸，各種工程挖掘機(jī)和裝載機(jī)斗齒、各種耐磨輸送管道、各種破碎機(jī)錘頭和顎板、各種履帶板消耗也超過50萬(wàn)噸。在各類磨損中，磨料磨損又占有重要的地位，在金屬磨損總量中占50%以上，磨損是冶金、礦山、機(jī)械、電力、煤炭、 石油、交通、軍工等許多工業(yè)部門普遍存在并成為引起設(shè)備失效或材料破壞的一個(gè)重要原因，也是造成經(jīng)濟(jì)損失最多的問題之一。
目前廣泛應(yīng)用的耐磨材料主要有三大類①高錳鋼；②低、中合金耐磨鋼③高鉻鑄鐵。高錳鋼自1882年問世以來(lái)，已有100多年的歷史，成為傳統(tǒng)的耐磨材料，得到廣泛的應(yīng)用，我國(guó)在20世紀(jì)50-60年代幾乎把高錳鋼作為萬(wàn)能的耐磨材料。使用實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，高錳鋼的耐磨性是有條件的，只有在沖擊大、應(yīng)力高、磨料硬的情況下，高錳鋼才耐磨。而且其屈服強(qiáng)度低、易于變形。因此，在許多領(lǐng)域已逐漸為其它耐磨材料所代替。低、中合金耐磨鋼是以硅、錳為基礎(chǔ)，加入鉻、鉬以及其它微量元素而發(fā)展起來(lái)的。其合金系統(tǒng)由成分簡(jiǎn)單的單一錳系、硅系、鉻系、鉻錳系到成分復(fù)雜的鉻.錳.硅.鉬.其他微量元素的多元復(fù)合系統(tǒng)。低、中合金耐磨鋼具有較好的強(qiáng)韌性，低、中沖擊載荷下的耐磨性優(yōu)于高錳鋼，但存在淬透性和淬硬性低的不足，耐磨性較差。高鉻鑄鐵組織中含有超過20%的高硬度共晶碳化物，具有優(yōu)異的耐磨性，但是，存在合金元素含量高、生產(chǎn)成本高以及高溫?zé)崽幚硪鬃冃魏烷_裂的不足，普通白口鑄鐵和低合金白口鑄鐵碳化物硬度低，碳化物呈連續(xù)狀分布，脆性大，使用中易剝落甚至開裂。
另外，目前國(guó)內(nèi)外所開發(fā)的耐磨合金鋼多數(shù)都含有鎳、鉬等昂貴合金元素，導(dǎo)致耐磨鑄鋼成本居高不下，競(jìng)爭(zhēng)力減弱。因此，研究和發(fā)展新一代耐磨材料，以減少金屬磨損，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有重要的意義。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種不含鉬、鎳、銅、釩等貴金屬元素，以硅、 錳、鉻為主要合金元素，可制造球磨機(jī)襯板、挖掘機(jī)斗齒等抗磨部件的高強(qiáng)度耐磨鑄鋼。
為解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為所述鑄鋼的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為C :0. 2-0. 6 ；Si 0. 5-1. 5 ；Mn 0. 5-1. 5 ； Cr 0. 5-1. 5 ； Ti < 0. 20 ；RE < 0. 20 ；B < 0. 015 ；Ca < 0. 15 ；Al < 0. 15。
所述鑄鋼經(jīng)熱處理前，其鑄態(tài)組織為珠光體和鐵素體，還含有少量馬氏體。先在950士 10°C下進(jìn)行淬火，再在200士 10°C下進(jìn)行回火處理后，X射線衍射分析其熱處理組織為板條馬氏體，在高倍透射電鏡下，所述馬氏體板條間含有大量納米晶奧氏體薄膜，其抗拉強(qiáng)度大于1550MPa，沖擊韌性大于90J/cm2，斷裂韌性大于80Mpa. m1/2'，硬度大于52HRC。
本發(fā)明的有益效果解決了目前以鉬、鎳等貴金屬元素作為主要合金元素制造耐磨鑄鋼，造成耐磨鑄件成本居高不下的難題。提供了一種以廉價(jià)硅、錳為主要合金元素廉價(jià)、高強(qiáng)度、高耐磨合金鑄鋼。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了一種以低價(jià)硅、錳等為主要合金元素，可制造球磨機(jī)襯板、挖掘機(jī)斗齒等抗磨部件的廉價(jià)高強(qiáng)度耐磨鑄鋼，其所述鑄鋼的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為C: 0. 2-0. 6 ；Si 0. 5-1. 5 ；Mn 0. 5-1. 5 ； Cr 0. 5-1. 5 ； Ti < 0. 20 ；RE :< 0. 20 ;B :< 0. 015 ； Ca :< 0. 15 ；Al < 0. 15。其中，各合金所具有的主要功能為碳(C)碳含量越高，鋼的強(qiáng)度和硬度值增加，而塑性和韌性指標(biāo)降低； 硅(Si)強(qiáng)化鐵素體，提高抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，提高耐熱性和耐蝕性，降低塑性和韌性；錳(Mn)提高強(qiáng)度，硬度和耐磨性； 鉻(Cr)降低鋼的導(dǎo)熱性，提高鋼的耐磨性；鈦(Ti)明顯細(xì)化鑄鋼晶粒，減少枝晶偏析，提高鋼的強(qiáng)度和韌性，改善鋼的耐磨性； 錸(Re) = Re加入鋼中具有脫硫、除氣的作用，并能改變硫化夾雜物的形態(tài)以減輕其在鑄鋼件中的危害，同時(shí)錸與液態(tài)金屬反應(yīng)生成的細(xì)小粒子，具有加速凝固的形核作用，提高鋼水純凈度，限制枝晶偏析，提高鋼的沖擊韌性；硼(B)硼元素作為微量元素加入鋼中，能顯著提高鋼的淬透性，另外，硼與鈦復(fù)合加入鋼中，可形成細(xì)小的TB2，改善鑄鋼的強(qiáng)度和耐磨性；鈣(Ca)鈣與氧有很大的親和力，鈣的脫氧能力很強(qiáng)，對(duì)鋼水有很好的除氣效果。鈣還對(duì)鑄鋼中夾雜物的變質(zhì)具有顯著作用，加入適量鈣可將鑄鋼中的長(zhǎng)條狀硫化物夾雜轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙畹腃aS或(Ca，Mn) S夾雜，適量鈣還可以顯著降低硫在晶界的偏聚，鈣對(duì)降低鑄鋼脆性和提高鑄鋼鑄造時(shí)抗熱裂性十分有益。
鋁(Al)增加鑄鋼耐磨性能。
本發(fā)明的高強(qiáng)度廉價(jià)低合金耐磨鑄鋼，先于950 士 10°C下進(jìn)行淬火，再在 200士 10°C下進(jìn)行回火處理后，X射線衍射分析其熱處理組織為板條馬氏體，在高倍透射電鏡下，所述馬氏體板條間含有大量納米晶奧氏體薄膜，其抗拉強(qiáng)度大于1550MPa，沖擊韌性大于90J/cm2，斷裂韌性大于80Mpa. m1/2'，硬度大于52HRC。
通過上述合金技術(shù)方案的揭示可見，本發(fā)明中合金鋼具有高強(qiáng)度、高耐磨、低成本等特點(diǎn)，特別適合用作球磨機(jī)襯板、破碎機(jī)錘頭、挖掘機(jī)斗齒和顎式破碎機(jī)顎板的抗磨部件。
本發(fā)明所揭示的實(shí)施例，將通過權(quán)利要求得到體現(xiàn)和保護(hù)，任何根據(jù)本發(fā)明中所得到的啟示，均落入本發(fā)明所保護(hù)的范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度廉價(jià)低合金耐磨鑄鋼，其特征在于，其所述曙鋼的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為C :0. 2-0. 6 ；Si 0. 5-1. 5 ；Mn :0. 5-1. 5 ；Cr :0. 5-1. 5 ;Ti < 0. 20 ；RE < 0. 20 ;B < 0. 015 ；Ca < 0. 15 ；Al < 0. 15。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低合金耐磨喁鋼，其特征在于所述鑄鋼經(jīng)熱處理后，其抗拉強(qiáng)度大于1550MPa，沖擊韌性大于90J/cm2，斷裂韌性大于80Mpa. m1/2'，硬度大于52HRC。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低合金耐磨鑄鋼，其特征在于所述熱處理工藝過程為所述鑄鋼先在950士 10°C下進(jìn)行淬火，再在200士 10°C下進(jìn)行回火處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的低合金耐磨鑄鋼，其特征在于所述鑄鋼的鑄態(tài)組織是珠光體和鐵素體，還含有少量馬氏體。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的無(wú)鉬鎳高強(qiáng)度耐磨鑄鋼，其特征在于所述鑄鋼經(jīng)熱處理后，X射線衍射分析其熱處理組織為板條馬氏體，在高倍透射電鏡下，所述馬氏體板條間含有大量納米晶奧氏體薄膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以硅、錳為主要合金元素，可制造球磨機(jī)襯板、挖掘機(jī)斗齒等抗磨部件的低成本高強(qiáng)度耐磨鑄鋼，其所述鑄鋼的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為C0.2-0.6；Si0.5-1.5；Mn0.5-1.5；Cr0.5-1.5；Ti＜0.20；RE＜0.20；B＜0.015；Ca＜0.15；Al＜0.15，所述鑄鋼先在950±10℃下進(jìn)行淬火，再在200±10℃下進(jìn)行回火處理，其抗拉強(qiáng)度大于1550MPa，沖擊韌性大于90J/cm2，斷裂韌性大于80Mpa.m1/2，，硬度大于52HRC。
文檔編號(hào)C22C38/28GK102517499SQ20111042548
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者郭凱成 申請(qǐng)人:張家港市鼎力鑄鋼有限公司