專利名稱：一種高韌性中碳耐磨鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中碳耐磨鋼，特別涉及一種高韌性中碳耐磨鋼及其制備方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今社會(huì)的高速發(fā)展，促進(jìn)了城市建設(shè)的步伐，水泥無疑是任何建筑物所必須的 工程材料，所以水泥的產(chǎn)量正在不斷攀升。高溫輥破是大型水泥生產(chǎn)設(shè)備的關(guān)鍵部件，在使 用時(shí)不僅承受高溫水泥熟料的磨損，同時(shí)還得承受一定數(shù)量的水泥大塊熟料的沖擊，故其 加工材料是設(shè)備制造成功的核心技術(shù)，這方面材料制備在世界上都是技術(shù)難點(diǎn)，僅有少數(shù) 國(guó)家和公司掌握此項(xiàng)技術(shù)，攻克此項(xiàng)技術(shù)難關(guān)，能為研制成功大型的水泥生產(chǎn)設(shè)備奠定基 礎(chǔ)，故而研制高溫輥破材料技術(shù)至關(guān)重要
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種性能優(yōu)良的高韌性中碳耐 磨鋼及其制備方法。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種高韌性中碳 耐磨鋼，其化學(xué)成分是(重量％ ) :C 0. 1 0. 8，Si 0. 1 0. 6, Mn 0. 1 0. 6，Cr 1. 0 10. 0，Ni 1. 0 6. 0，W :1. 0 10. 0，Mo 1. 0 8. 0，Ce 0. 05 0. 2，Y 0. 05 0. 2，Mg 0. 05 0. 2，Ti :0. 05 0. 2，S 和 P 彡 0. 06，其余為 Fe。本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)方案一種高韌性中碳耐磨鋼，其化學(xué)成分是(重量％ ) =C 0. 2 0· 6，Si :0. 1 0· 6， Mn :0. 1 0· 6，Cr :2· 0 6· 0，Ni :1· 0 6· 0，W :1· 0 6· 0，Mo :1· 0 6· 0，Ce :0· 1，Y 0. 1，Mg :0. 1，Ti :0. 1，S 禾口 P 彡 0. 06，其余為 Fe。一種高韌性抗磨白口鐵，其化學(xué)成分是(重量％ ) =C 0. 3，Si :0. 2，Mn 0. 2，Cr 4. 0，Ni 4. 0，W 3. 0，Mo :3· 0，Ce :0· 1，Y :0· 1，Mg :0· 1，Ti :0· 1，S 禾口 P 彡 0. 06，其余為 Fe。本發(fā)明還提供了上述高韌性中碳耐磨鋼的制備方法，包括以下步驟第一步，按照該中碳鋼的化學(xué)成分，分別計(jì)算并稱取廢鋼、硅鐵、錳鐵、鎳板、鉬鐵、 鎢鐵、高碳鉻鐵、鈦鐵、純Ce、純Y和純Mg ；第二步，先將30 80%的廢鋼加入到中頻感應(yīng) 爐中；第三步，待爐中廢鋼開始熔化后，再加入鎳板、鉬鐵和鎢鐵，再加入余下廢鋼，當(dāng)爐中 金屬全部熔化后，再加入高碳鉻鐵、硅鐵和錳鐵，精煉；第四步，加入鋁絲脫氧，脫氧后待中 頻感應(yīng)爐的爐溫達(dá)到1450 1650°C時(shí)，鋼水出爐，采用球化澆包方式澆注，澆注之前，在鋼 包底部放入純Ce、純Y、純Mg和鈦鐵，上面均勻覆蓋鐵屑，澆入鋼水后，靜置5 15分鐘，即 制得該中碳耐磨鋼。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是首先通過添加Y、Ce和Mg元素，提高合金的純 度，其次通過Ti合金化法增加晶粒的形核核心，提高合金的形核率，最后通過機(jī)械振動(dòng)法 破碎凝固前期形成的枝晶，再次增加形核核心，從而采用組合方式達(dá)到細(xì)化晶粒的目的，起 到提高材料韌性的作用；本發(fā)明不僅可以大幅地提高材料的韌性，α k不低于40J/cm2，同時(shí)HRC達(dá)到55左右，使其具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。
具體實(shí)施例方式為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，詳細(xì)說明如 下實(shí)施例1 一種高韌性中碳耐磨鋼，其化學(xué)成分(重量百分比)為=C 0. 3、Si :0. 2、Mn 0. 2、 Cr ；4. 0、Ni 4. 0、W :3· 0、Mo :3· 0、Ce :0· 1、Y :0· UMg :0· UTi :0· 1、S、P 彡 0. 06，其余為 Fe 元素。用中頻感應(yīng)爐(200kg)熔煉，第一步，根據(jù)上述的化學(xué)成分，分別計(jì)算并稱取廢鋼、硅 鐵、錳鐵、鎳板、鉬鐵、鎢鐵、高碳鉻鐵、鈦鐵、純Ce、純Y和純Mg ；第二步，將60%重量的廢鋼 加入到中頻感應(yīng)爐中；第三步，等爐中廢鋼開始熔化后，加入鎳板、鉬鐵和鎢鐵，等5 15分 鐘后加入剩余的40%廢鋼，當(dāng)爐中所加的金屬全部熔化后，再加入高碳鉻鐵、硅鐵和錳鐵， 精煉5 15分鐘；第四步，加入占鋼水重量0. 01%的鋁絲脫氧，脫氧后將爐內(nèi)鋼水的溫度 升至1550°C出爐；第五步，將上述第四步中制得的鋼水采用球化澆包方式澆注，澆注之前， 在鋼包底部放入純Ce、純Y、純Mg和鈦鐵，上面均勻覆蓋鐵屑，澆入鋼水，靜置5 15分鐘，澆 注試塊，澆注12小時(shí)后，開箱、取樣、試樣制備，試樣尺寸為IOmmX IOmmX 55mm，然后借助洛 氏硬度儀和沖擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)試試樣硬度和沖擊韌性。經(jīng)檢測(cè)，鑄態(tài)硬度為HRC = 56. 5，沖擊韌性α k = 52J/cm2。實(shí)施例2:一種高韌性中碳耐磨鋼，其化學(xué)成分(重量百分比)為C:0.2、Si :0.4、Mn:0.4、 Cr 2. 0、Ni :1. 0、W :6· 0、Mo :6. 0、Ce :0. 05、Y :0. 05、Mg :0. 2、Ti :0. 2、S、P < 0. 06，其余為
Fe元素。熔煉過程與實(shí)施例1基本相同，用中頻感應(yīng)爐(200kg)熔煉，第一步，根據(jù)上述的化 學(xué)成分，分別計(jì)算并稱取廢鋼、硅鐵、錳鐵、鎳板、鉬鐵、鎢鐵、高碳鉻鐵、鈦鐵、純Ce、純Y和 純Mg;第二步，將30%重量的廢鋼加入到中頻感應(yīng)爐中；第三步，等爐中廢鋼開始熔化后， 加入鎳板、鉬鐵和鎢鐵，等5 15分鐘后加入剩余的70%廢鋼，當(dāng)爐中所加的金屬全部熔化 后，再加入高碳鉻鐵、硅鐵和錳鐵，精煉5 15分鐘；第四步，加入占鋼水重量0. 01 %的鋁 絲脫氧，脫氧后將爐內(nèi)鋼水的溫度升至1450°C出爐；第五步，將上述第四步中制得的鋼水 采用球化澆包方式澆注，澆注之前，在鋼包底部放入純Ce、純Y、純Mg和鈦鐵，上面均勻覆蓋 鐵屑，澆入鋼水，靜置5 15分鐘，澆注試塊，澆注12小時(shí)后，開箱、取樣、試樣制備，試樣尺 寸為IOmmX IOmmX 55mm，然后借助洛氏硬度儀和沖擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)試試樣硬度和沖擊韌性。經(jīng)檢測(cè)，鑄態(tài)硬度為HRC = 55，沖擊韌性α k = 47. 5J/cm2。實(shí)施例3:一種高韌性中碳耐磨鋼，其化學(xué)成分(重量百分比)為:C:0.8、Si 0. 1、Μη:0·6、 Cr :10. 0、Ni 6. 0、W 1. 0、Mo :1· 0、Ce :0· 2、Y :0· 2、Mg :0· 05、Ti :0· 05、S、P 彡 0· 06，其余
為Fe元素。熔煉過程與實(shí)施例1基本相同，用中頻感應(yīng)爐(200kg)熔煉，第一步，根據(jù)上述 的化學(xué)成分，分別計(jì)算并稱取廢鋼、硅鐵、錳鐵、鎳板、鉬鐵、鎢鐵、高碳鉻鐵、鈦鐵、純Ce、純 Y和純Mg;第二步，將80%重量的廢鋼加入到中頻感應(yīng)爐中；第三步，等爐中廢鋼開始熔化 后，加入鎳板、鉬鐵和鎢鐵，等5 15分鐘后加入剩余的20%廢鋼，當(dāng)爐中所加的金屬全部 熔化后，再加入高碳鉻鐵、硅鐵和錳鐵，精煉5 15分鐘；第四步，加入占鋼水重量0. 01%的鋁絲脫氧，脫氧后將爐內(nèi)鋼水的溫度升至1650°C出爐；第五步，將上述第四步中制得的 鋼水采用球化澆包方式澆注，澆注之前，在鋼包底部放入純Ce、純Y、純Mg和鈦鐵，上面均勻 覆蓋鐵屑，澆入鋼水，靜置5 15分鐘，澆注試塊，澆注12小時(shí)后，開箱、取樣、試樣制備， 試樣尺寸為IOmmX IOmmX 55mm，然后借助洛氏硬度儀和沖擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)試試樣硬度和沖擊韌性。經(jīng)檢測(cè)，鑄態(tài)硬度為HRC = 59. 5，沖擊韌性α k = 40. 2J/cm2。實(shí)施例4:一種高韌性中碳耐磨鋼，其化學(xué)成分(重量百分比)為=C 0. USi :0.6、Mn:0. 1、 Cr 1. 0、Ni 2. 0、W :10. 0、Mo :8. 0、Ce :0. 1、Y :0. 2,Mg :0. 2,Ti :0. 1、S、P ( 0. 06，其余為 Fe 元素。其制備方法和試塊檢測(cè)試驗(yàn)手段與實(shí)施例1相同。經(jīng)檢測(cè)，鑄態(tài)硬度為HRC = 53. 5，沖擊韌性α k = 49J/cm2。實(shí)施例5 一種高韌性中碳耐磨鋼，其化學(xué)成分(重量百分比)為=C 0. 6、Si 0. 3、Mn 0. 3、 Cr 6. 0、Ni 3. 0、W :3· 0、Μο :4· 0、Ce :0· 05,Y :0· UMg :0· UTi :0· 2、S、P ( 0. 06，其余為 Fe 元素。其制備方法和試塊檢測(cè)試驗(yàn)手段與實(shí)施例1相同。經(jīng)檢測(cè)，鑄態(tài)硬度為HRC = 58，沖擊韌性α k = 42J/cm2。實(shí)施例6 一種高韌性中碳耐磨鋼，其化學(xué)成分(重量百分比)為:C:0.6、Si 0. 1、Μη:0. 1、 Cr 2. 0、Ni :1. 0、W 0、Mo 0、Ce :0· 1、Y :0. UMg :0. UTi :0. 1、S、P ≥ 0. 06，其余為 Fe 元素。其制備方法和試塊檢測(cè)試驗(yàn)手段與實(shí)施例1相同。經(jīng)檢測(cè)，鑄態(tài)硬度為HRC = 53，沖擊韌性α k = 48J/cm2。實(shí)施例7 一種高韌性中碳耐磨鋼，其化學(xué)成分(重量百分比)為C:0.2、Si :0.6、Mn:0.6、 Cr 6. 0、Ni 6. 0、W :6· 0、Mo :6. 0、Ce :0· 1、Y :0. UMg :0. UTi :0. 1、S、P ≥ 0. 06，其余為 Fe
元素。其制備方法和試塊檢測(cè)試驗(yàn)手段與實(shí)施例1相同。經(jīng)檢測(cè)，鑄態(tài)硬度為HRC = 56. 5，沖擊韌性α k = 47J/cm2。
權(quán)利要求
一種高韌性中碳耐磨鋼，其特征在于，其化學(xué)成分是(重量％)C0.1～0.8，Si0.1～0.6，Mn0.1～0.6，Cr1.0～10.0，Ni1.0～6.0，W1.0～10.0，Mo1.0～8.0，Ce0.05～0.2，Y0.05～0.2，Mg0.05～0.2，Ti0.05～0.2，S和P≤0.06，其余為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高韌性中碳耐磨鋼，其特征在于，其化學(xué)成分是(重量％) C :0· 2 0. 6, Si 0. 1 0. 6,Mn 0. 1 0. 6, Cr 2. 0 6. 0，Ni 1. 0 6. 0,ff 1. 0 6. 0， Mo 1. 0 6. 0，Ce 0. 1，Y 0. 1，Mg 0. 1，Ti 0. 1，S 禾口 P 彡 0. 06，其余為 Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高韌性中碳耐磨鋼，其特征在于，其化學(xué)成分是(重 M% ) :C :0. 3，Si :0. 2，Mn :0· 2，Cr :4· 0，Ni :4· 0,ff 3. Ο,Μο :3· 0，Ce :0· 1，Y :0· l，Mg :0· 1， Ti :0. 1，S 和 P 彡 0. 06，其余為 Fe。
4.一種如權(quán)利要求1所述的高韌性中碳耐磨鋼的制備方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，按照該中碳鋼的化學(xué)成分，分別計(jì)算并稱取廢鋼、硅鐵、錳鐵、鎳板、鉬鐵、鎢 鐵、高碳鉻鐵、鈦鐵、純Ce、純Y和純Mg ；第二步，先將30 80%的廢鋼加入到中頻感應(yīng)爐中；第三步，待爐中廢鋼開始熔化后，再加入鎳板、鉬鐵和鎢鐵，再加入余下廢鋼，當(dāng)爐中金 屬全部熔化后，再加入高碳鉻鐵、硅鐵和錳鐵，精煉；第四步，加入鋁絲脫氧，脫氧后待中頻感應(yīng)爐的爐溫達(dá)到1450 1650°C時(shí)，鋼水出爐； 第五步，將上述第四步中制得的鋼水采用球化澆包方式澆注，澆注之前，在鋼包底部放 入純Ce、純Y、純Mg和鈦鐵，上面均勻覆蓋鐵屑，澆入鋼水，靜置5 15分鐘，即制得該中碳 耐磨鋼。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高韌性中碳耐磨鋼，其化學(xué)成分(重量％)C0.1～0.8，Si0.1～0.6，Mn0.1～0.6，Cr1.0～10.0，Ni1.0～6.0，W1.0～10.0，Mo1.0～8.0，Ce0.05～0.2，Y0.05～0.2，Mg0.05～0.2，Ti0.05～0.2，S和P≤0.06，其余為Fe。本發(fā)明還公開了上述高韌性中碳耐磨鋼的制備方法。本發(fā)明首先通過添加Y、Ce和Mg元素，提高合金的純度，其次通過Ti合金化法增加晶粒的形核核心，提高合金的形核率，最后通過機(jī)械振動(dòng)法破碎凝固前期形成的枝晶，再次增加形核核心，從而采用組合方式達(dá)到細(xì)化晶粒的目的，起到提高材料韌性的作用；本發(fā)明不僅可以大幅地提高材料的韌性，αk不低于40J/cm2，同時(shí)HRC達(dá)到55左右，使其具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。
文檔編號(hào)C22C38/50GK101838775SQ20101018516
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者劉旭, 向東湖, 梁棟 申請(qǐng)人:天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司;天津中材工程研究中心有限公司