專利名稱：稀土硼中鉻耐磨合金鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別涉及礦山、建材、電力等行業(yè)用于制造在一定沖擊、強(qiáng)磨損工況條件下工作的耐磨鑄鋼部件。
在礦山、建材、電力等行業(yè)的細(xì)碎、粉磨設(shè)備中，許多耐磨備件仍采用傳統(tǒng)的高錳鋼材料制造。研制表明，在中小能量沖擊磨料磨損條件下，高錳鋼并不耐磨，其原因是高錳鋼為奧氏體鋼，初始硬度低，HB＝179～229，在沒有受到強(qiáng)烈沖擊的情況下，其表層不能產(chǎn)生有效的加工硬化，致使高錳鋼的耐磨特性得不到充分發(fā)揮，因而磨損快，使用壽命短，如球磨機(jī)襯板、水泥熟料破碎機(jī)襯板等，使用壽命一直不理想。用抗磨白口鑄鐵材料制造，耐磨性可成倍數(shù)增加，但由于組織中含有大量的碳化物，甚至呈網(wǎng)狀分布，因而其沖擊韌性(一般為3～7J/cm2)低，不能安全使用。
多年來，人們對低合金耐磨鋼進(jìn)行了大量的研究開發(fā)工作，以期獲得耐磨性較高錳鋼更高、綜合性能更優(yōu)異的新材料。公開號為CN1182142A文獻(xiàn)中公開了一種耐磨鑄鋼材料，其化學(xué)材料成份如表一。
表一
該材料的金相組織為馬氏體+貝氏體，具有較高的沖擊韌性和一定得耐磨性，可用于制造電鏟鏟齒、齒座、球磨機(jī)襯板。但由于其組織中碳化物含量少，在強(qiáng)磨損工況下，特別是用于制造水泥熟料破碎機(jī)襯板，使用壽命很不理想。且該材料需經(jīng)水淬處理，對襯板類鑄件來說極易變形和開裂，其推廣應(yīng)用受到極大限制。
本發(fā)明的目的之一在于提供一種可在中等沖擊、強(qiáng)磨損工況條件下使用的稀土硼中鉻耐磨合金鋼的化學(xué)組成成份本發(fā)明的目的之二在于提供一種稀土硼中鉻耐磨合金鋼的制造方法。
本發(fā)明的目的通過如下方案來實現(xiàn)
本發(fā)明稀土硼中鉻耐磨合金鋼材質(zhì)的化學(xué)成份(重量百分比)為C 0.7～1.0％ Cr6.0～9.0％ Ti0～0.1％Si0.4～1.0％ Mn0.8～1.0％Mo0.5～1.0％ B 0.05～0.1％Re0.02～0.05％ V 0～0.1％其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。
優(yōu)選的稀土硼中鉻耐磨合金鋼材質(zhì)的化學(xué)成份(重量百分比)為C 0.9％Cr8.0％ Ti0.06％Si0.6％Mn0.9％Mo0.8％B 0.06％Re0.035％ V 0.08％其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。
所述耐磨合金鋼的Cr/C比值為6～8。
本發(fā)明的稀土硼中鉻耐磨合金鋼材質(zhì)的制造方法是用電爐即可生產(chǎn)，其工藝步驟是(1)將生鐵、廢鋼、鉻鐵、鉬鐵放入熔煉爐內(nèi)加熱熔化，硅鐵、錳鐵出爐前10min內(nèi)加入，稀土、硼鐵、釩鐵、鈦鐵采用包內(nèi)沖入法加入；(2)溫度升至1530～1560℃后出爐，同時進(jìn)行變質(zhì)處理；(3)用砂型鑄造，澆注溫度1490～1520℃；(4)鑄件冷卻后，打掉澆冒口，清理飛邊、毛刺；(5)將鑄件升溫至1000～1020℃，出爐空淬，200℃左右回火處理。
本發(fā)明稀土硼中鉻耐磨合金鋼材質(zhì)化學(xué)成份設(shè)計依據(jù)如下研究表明當(dāng)硬的馬氏體基體上分布著硬質(zhì)點的(Fe，Cr)7C3型碳化物時，鋼具有最優(yōu)異的耐磨性。而碳化物類型主要取決于C、Cr含量。當(dāng)Cr/C值為4～11時，易于形成呈孤立斷網(wǎng)狀分布的M7C3型碳化物，硬度高、韌性好，耐磨性優(yōu)異；當(dāng)Cr/C值小于4時，易于形成呈網(wǎng)狀分布的M3C型碳化物；當(dāng)Cr/C值大于11時，易于形成M23C6型碳化物；這兩種類型的碳化物的耐磨性、強(qiáng)韌性較M7C3型碳化物差得多。
本發(fā)明稀土硼中鉻耐磨合金鋼材質(zhì)的化學(xué)成份限定含量范圍理由如下碳(C)C是影響稀土硼中鉻耐磨合金鋼硬度和韌性的主要元素。碳量過高，不僅碳化物數(shù)量多，且存在大量粗大的先共析滲碳體，脆性大，使用中易破碎；而碳量過低，雖韌性較高，但碳化物數(shù)量減少，硬度降低，不利于耐磨損。因而碳的含量控制在0.7～1.0％比較適宜。
鉻(Cr)Cr是主要合金元素。為使碳化物類型為M7C3，Cr/C值取6～8，含Cr量控制在6～9％比較適宜。
硅(Si)Si起固溶強(qiáng)化作用，同時促進(jìn)碳化物的形成，但含量過高脆性大。因此硅量控制在0.4～0.8％。
錳(Mn)Mn能提高淬透性，顯著降低Ms點溫度，因而淬火后殘余奧氏體較多，沖擊時易于疲勞剝落，加速磨損。錳含量控制在0.8～1.0％即可。
鉬(Mo)Mo能顯著提高淬透性、細(xì)化晶粒，改善碳化物形態(tài)。但加入量多成本高，對襯板類鑄件，鉬含量控制在0.5～1.0％即可。
稀土(Re)稀土是為了對鋼水進(jìn)行變質(zhì)處理，它能細(xì)化晶粒、凈化晶界、改善碳化物形態(tài)和分布，促使碳化物呈孤立狀均勻分布，對韌性、抗彎強(qiáng)度、硬度的提高均有益處。當(dāng)加入量少時效果不明顯，加入量過多反而惡化性能。合適的稀土的殘留量為0.02～0.04％。
釩、鈦(V、Ti)起變質(zhì)作用，能細(xì)化晶粒、提高晶粒粗化溫度。釩、鈦與碳有很強(qiáng)的親和力，可形成呈高度彌散分布的VC、TiC硬質(zhì)化合物，增加晶核數(shù)量、細(xì)化晶粒，在提高耐磨性同時，顯著提高材質(zhì)強(qiáng)韌性。但釩、鈦含量過高，一方面增加成本，另一方面降低韌性。釩、鈦含量在0.1％以內(nèi)即可達(dá)到目的。
硼(B)；硼是強(qiáng)碳化物形成元素，既增加碳化物含量又提高碳化物硬度，對提高材質(zhì)的耐磨性有顯著作用。但含硼量過高，材質(zhì)脆性增大。一般硼含量控制在0.1％以內(nèi)。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述實施例1按本發(fā)明的化學(xué)成份要求在中頻感應(yīng)爐內(nèi)熔煉稀土硼中鉻耐磨合金鋼。出爐溫度1550℃，其中稀土、釩鐵、鈦鐵、硼鐵采用取包內(nèi)沖入法加入。澆注10×10×55mm試樣一組，澆注溫度1500℃。試樣磨削加工后經(jīng)1000℃空淬、200℃回火處理，并進(jìn)行化學(xué)成份、機(jī)械性能檢測分析，結(jié)果如表二表二
實施例2、實施例3的工藝如實施例1所述，只是實施例2未采用稀土、釩、鈦變質(zhì)處理工藝。其化學(xué)成份(重量百分?jǐn)?shù))及機(jī)械性能如表三表三
本發(fā)明稀土硼中鉻耐磨合金鋼的金相組織為馬氏體+碳化物+殘余奧氏體。其碳化物均是高硬度的M7C3型結(jié)構(gòu)，呈孤立狀均勻分布，材質(zhì)硬度范圍HRC48～58。從檢測結(jié)果看，通過變質(zhì)處理后，組織更為細(xì)化，硬度、強(qiáng)度更高，沖擊韌性值可穩(wěn)定在20J/cm2以上。
本發(fā)明材質(zhì)與高錳鋼及表一所述耐磨合金鋼的對比磨損試驗結(jié)果如表四表四
由此可見，本發(fā)明稀土硼中鉻耐磨合金鋼質(zhì)，綜合強(qiáng)韌性能好，耐磨性優(yōu)異，特別適用于中等沖擊、強(qiáng)磨損工況下使用。
用本發(fā)明材質(zhì)制造LPF1500型立軸式水泥熟料破碎機(jī)襯板，使用壽命可達(dá)1.5年，而用高錳鋼襯板，使用壽命僅3～5個月。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點
本發(fā)明稀土硼中鉻耐磨合金鋼由于C、Cr含量適當(dāng)，其金相組織為馬氏體+M7C3型碳化物+殘余奧氏體。與高錳鋼及低合金鋼相比具有更為優(yōu)異的耐磨性與高鉻鑄鐵相比，由于M7C3型碳化物含量相對較低，各相成份中的碳和合金元素含量也少，因而本發(fā)明材質(zhì)的沖擊韌性值要高得多。同時稀土等變質(zhì)元素的加入，明顯細(xì)化了材質(zhì)的晶粒，凈化了鋼液，改善了硬質(zhì)相碳化物的形態(tài)，使其分布更為細(xì)小均勻，提高了材質(zhì)的強(qiáng)度、硬度等綜合性能。硼的加入，可在較低碳含量下獲得較多的碳化物，并顯著提高碳化物硬度，使本發(fā)明材質(zhì)綜合強(qiáng)韌性能好，耐磨性優(yōu)異，是制造在中等沖擊、強(qiáng)磨損工況下使用的耐磨鑄件的理想材料。
權(quán)利要求
1.一種稀土硼中鉻耐磨合金鋼，其特征在于稀土硼中鉻耐磨合金鋼的化學(xué)成分為C 0.7～1.0％Cr6.0～9.0％ Ti0～0.1％Si0.4～1.0％Mn0.8～1.0％Mo0.5～1.0％B0.05～0.1％Re0.0 2～0.05％ V0～0.1％其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土硼中鉻耐磨合金鋼，其特征在于上述耐磨合金鋼的Cr/C比值為6～8；
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的稀土硼中鉻耐磨合金鋼，其特征在于上述耐磨合金鋼的優(yōu)選化學(xué)成份為C 0.90％ Cr8.0％ Ti0.06％Si0.60％ Mn0.90％Mo0.80％ B 0.06％Re0.035％ V 0.08％其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的稀土硼中鉻耐磨合金鋼的制備方法，其特征在于用電爐即可生產(chǎn)，其工藝步驟是(1)將生鐵、廢鋼、鉻鐵、鉬鐵放入熔煉爐內(nèi)加熱熔化，硅鐵、錳鐵出爐前10min內(nèi)加入，稀土、硼鐵、釩鐵、鈦鐵采用包內(nèi)沖入法加入；(2)溫度升至1530～1560℃后出爐，同時進(jìn)行變質(zhì)處理；(3)用砂型鑄造，澆注溫度1490～1520℃；(4)鑄件冷卻后，打掉澆冒口，清理飛邊、毛刺；(5)將鑄件升溫至1000～1020℃，出爐空淬，200℃左右回火處理。
全文摘要
本發(fā)明是一種稀土硼中鉻耐磨合金鋼，主要用于制造在中等沖擊、強(qiáng)磨損工況條件下工作的耐磨部件。其化學(xué)成份(重量百分比)為C 0.7～1.0％，Cr 6.0～9.0％，Si 0.4～1.0％，Mn 0.8～1.0％，Mo 0.5～1.0％，B 0.05～0.1％，Re 0.02～0.04％，V 0～0.1％，Ti 0～0.1％，其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。本發(fā)明耐磨合金鋼具有優(yōu)異的耐磨性和綜合強(qiáng)韌性，用于制造水泥熟料破碎機(jī)襯板，其使用壽命是高錳鋼襯板的3～5倍。
文檔編號C22C38/32GK1417366SQ01134149
公開日2003年5月14日 申請日期2001年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月5日
發(fā)明者盧建波, 宋潤澤, 丁麗, 謝平, 王天有 申請人:江蘇省機(jī)電研究所