一種中碳硅錳系高耐磨空冷鋼的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于合金鋼技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高耐磨合金鋼，特別是涉及一種新型的中 碳硅錳系高耐磨空冷鋼。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著工程機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)于金屬零部件的耐磨性提出了更高的要求。如何經(jīng) 濟(jì)的提高金屬零部件的耐磨性一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)。眾所周知，硬度對(duì)耐磨性的作用是 不言而喻的，提高材料的硬度是提高耐磨性的一個(gè)最為重要的方法。然而，隨著材料的硬度 增加，其韌性性能的下降則會(huì)反過來影響材料的耐磨性。因此硬度和韌性的矛盾關(guān)系制約 著耐磨性能的提高，尤其是硬度超過44HRC(抗拉強(qiáng)度大于HOOMPa)以上，沖擊韌性下降很 快。
[0003] 另一方面，考慮到降低成本的要求，熱加工成型后（尤其是焊接后）直接使用或者 只經(jīng)過簡單空冷處理的貝氏體鋼，已在越來越多的場合得到應(yīng)用并取代了回火馬氏體鋼。 近年來，Mn-B系、Mn系、Mo-B系等空冷貝氏體鋼得到了開發(fā)和應(yīng)用，且在這些中低碳空冷貝 氏體鋼組織和性能的研宄方面取得了許多新的進(jìn)展，然而這些中低碳空冷貝氏體鋼硬度基 本在45HRC以下，45HRC成為了一個(gè)很難超越的臨界點(diǎn)。
[0004] 專利CN1210430C提出了一種中低碳錳系空冷貝氏體鋼，得到了一種粒狀貝氏體/ 粒狀組織、下貝氏體/馬氏體或無碳化物貝氏體/馬氏體復(fù)相組織，其在空冷條件下硬度能 達(dá)到45HRC以上，但其沖擊是無缺口沖擊試樣，雖然其無缺口沖擊韌度大于70J/cm2，但U型 缺口沖擊不夠。顯然，隨著工件使用的工況越來越惡劣，對(duì)工件硬度提出了更高的要求（硬 度多49HRC)，該專利公開的空冷合金鋼在空冷條件下無法實(shí)現(xiàn)硬度和韌性的匹配。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種中碳硅錳系高耐磨空冷鋼，進(jìn)一步提高目前空冷合金 鋼的硬度，并保持或超過現(xiàn)有的韌性，以提高耐磨性。本發(fā)明所述的中碳硅錳系空冷鋼，通 過以此、51、&^〇等多元復(fù)合添加技術(shù)和合理配比，并輔以41、他細(xì)化晶粒，得到貝氏體、 貝氏體/馬氏體復(fù)相組織，具有良好的強(qiáng)韌性配合，其具有很高的強(qiáng)度性能、較高的韌性指 標(biāo)和優(yōu)良的耐磨性能，并免除淬火處理，減少了變形，防止了開裂，節(jié)約了成本和資源。
[0006] 本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] 一種中碳硅錳系高耐磨空冷鋼，其各組分及其質(zhì)量百分比如下：C 0.35%? 0.45%、SiL 51 % ?2. 18%、Mn 1.52 % ?1.99%、Cr 1.13 % ?1.62%、Mo 0.15 % ? 0· 29 % ;此外還含 Al 0· 02 % ?0· 07 %、Nb 0· 025 % ?0· 10 %，且須滿足 0· 05 % < Nb+Al < 0. 15% ;余量為鐵和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0008] 優(yōu)先考慮本發(fā)明所述高耐磨空冷鋼的韌性指標(biāo)，推薦以下優(yōu)化方案，其各組分 及其質(zhì)量百分比如下：c 0.35% ?0.39%、Si 1.61% ?2·18%、Μη 1.70% ?1.99%、 Cr L 45%?L 62%、Mo 0· 15%?0· 29% ;此外還含 Al 0· 02%?0· 07%、Nb 0· 025%? 0. 10 %，且須滿足0.05 %彡Nb+Al彡0. 15% ;余量為鐵和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0009] 為得到更好的韌性指標(biāo)，所述高耐磨空冷鋼可進(jìn)一步采用以下較佳方案之一：
[0010] (I)C 0· 35% ?0· 39%、Si 1. 71 % ?1. 81%、Mn 1. 70% ?1. 80%、Cr 1. 51 % ? L 62%、Mo 0· 21%?0· 29% ;此外還含有 Al 0· 02%?0· 07%、Nb 0· 025%?0· 10%，且 須滿足0. 05% < Nb+Al < 0. 15% ;余量為鐵和其他不可避免的雜質(zhì)?；蛘?，
[0011] (2) C 0· 35% ?0· 39%、Si 1. 82% ?2. 18%、Mn 1. 81 % ?1. 99%、Cr 1. 51 % ? L 62%、Mo 0· 21%?0· 29% ;此外還含有 Al 0· 02%?0· 07%、Nb 0· 025%?0· 10%，且 須滿足0. 05% < Nb+Al < 0. 15% ;余量為鐵和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0012] 在保證所述的高耐磨空冷鋼性能的前提下，為節(jié)約成本，本發(fā)明推薦采用以下 優(yōu)化方案，其各組分及其質(zhì)量百分百如下：C 0.40%?0.45%、Si 1.51%?1.90%、 Mn 1.52%?1.99%、Cr 1.13%?1.62%、Mo 0.15%?0.29%;此外還含 Al 0.02%? 0. 07 %、Nb 0. 025 %?0. 10 %，且須滿足0. 05 %彡Nb+Al彡0. 15 % ;余量為鐵和其他不可 避免的雜質(zhì)。
[0013] 更進(jìn)一步地，優(yōu)先考慮成本，所述高耐磨空冷鋼可采用采用以下較佳方案之一：
[0014] (I)C 0· 40% ?0· 45%、Si 1. 51 % ?1. 70%、Mn 1. 81 % ?1. 90%、Cr 1. 15% ? L 25%、Mo 0· 15%?0· 20% ;此外還含 Al 0· 02%?0· 07%、Nb 0· 025%?0· 10%，且須 滿足0. 05% < Nb+Al < 0. 15% ;余量為鐵和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0015] (2)C 0· 40%?0· 45%、Si 1. 51%?I. 70%、Mn 1. 52%?1. 62%、Cr 1. 52%? L 62%、Mo 0· 21%?0· 29% ;此外還含 Al 0· 02%?0· 07%、Nb 0· 025%?0· 10%，且須 滿足0. 05% < Nb+Al < 0. 15% ;余量為鐵和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0016] 本發(fā)明的耐磨合金鋼的含碳量為0. 35 %?0. 45%，該含碳量能保證空冷條件下 所述的合金鋼具有優(yōu)良的硬度（硬度在49HRC以上），同時(shí)具有較高的韌性。合金元素 Si、 Mn、Cr、Mo的加入及其合適的配比選擇，可以有效的進(jìn)一步提高所述合金鋼的硬度和韌性， 擴(kuò)大所述合金鋼獲得貝氏體、或貝氏體/馬氏體復(fù)相組織的能力，使得所述合金鋼能應(yīng)用 更厚尺寸零件的需求。合金元素 Al和Nb的加入及其合適的配比選擇，則能有效地抑制鑄 造、鍛造、焊接和熱處理過程中奧氏體晶粒長大，細(xì)化晶粒，提高所述合金鋼的強(qiáng)度、塑性和 韌性。
[0017] 本發(fā)明的合金鋼熱加工成型（鑄造、鍛造或焊接等）后，其熱處理采用奧氏體化 后空冷到室溫，再回火，即通?？刹捎?90°C?980°C奧氏體化后進(jìn)行空冷到室溫，然后在 160°C?550°C保溫回火。
[0018] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要是提高了耐磨鋼的強(qiáng)度、硬度，而且同時(shí)提高了合金 鋼的韌性性能，本發(fā)明的合金鋼機(jī)械性能指標(biāo)如下：R m^ 1630Mpa，RpaP 1310MPa，硬度 彡49HRC，α κυ(室溫）彡70J/cm2, a KU(-40°C )彡50J/cm2。本發(fā)明的高耐磨空冷鋼熱加