CN102304672B - 一种中低合金耐磨钢的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中低合金耐磨钢及其制备方法，该中低合金耐磨钢的化学成分按质量百分比计为：碳为0.41％-0.50％，硅为0.85％-0.95％，锰为1.1％-1.4％，铬为1.5％-2.3％，钼为0.31％-0.45％，铜为1.25％-1.35％，铈为0.30％-0.45％，硼为0.001％-0.003％，磷≤0.04％，硫≤0.04％，余量为铁。本发明硬度高、耐磨性好、韧性佳、综合性能优良的中低合金耐磨材料，可应用于球磨机衬板、混砂机的刮板、导向板以及破碎机的锤头等多种工业耐磨场合。

Description

一种中低合金耐磨钢的制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐磨金属材料,具体说是涉及一种中低合金耐磨钢及其制备方法。

背景技术

目前，关于耐磨钢铁材料的研究已经相当广泛，特别是近二十年来，国内外根据用途和资源状况开发了一系列耐磨钢铁品种，已经广泛地应用于冶金、矿山、交通、电力、煤炭、建材等各个工业门中，许多工件及设备由于磨损而迅速失效，从而造成了大量的经济损失。因此，高寿命钢铁耐磨材料的研制和使用，一直是企业和科研单位共同关注的重要课题。

常用的耐磨钢铁材料主要包括：高锰钢、铬系白口铸铁、奥-贝球墨耐磨铸铁以及含稀土的中低合金耐磨钢，中低合金耐磨钢的合金元素含量较低，综合性能好，生产灵活方便，价格低廉，可以在较大范围内控制硬度和韧性的匹配，在多种磨损工况条件下均可获得较好的耐磨性，已成为多种耐磨工件的使用材质，有着非常广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的提供一种硬度高，耐磨性好，韧性佳，综合性能优良的中低合金耐磨钢及其制备方法，该耐磨钢可广泛应用于锤头、衬板、刮板、导向板等耐磨工件。

为此，本发明提供了一种中低合金耐磨钢，其化学成分按质量百分比计为：碳（C）为0.41%-0.50%，硅（Si）为0.85%-0.95%，锰（Mn）为1.1%-1.4%，铬（Cr）为1.5%-2.3%，钼（Mo）为0.31%-0.45%，铜（Cu）为1.25%-1.35%，铈（Ce）为0.30%-0.45%，硼（B）为0.001%-0.003%，磷（P）≤0.04%，硫（S）≤0.04%，余量为铁（Fe）。

该中低合金耐磨钢的化学成分质量百分比可进一步为：C：0.45-0.48%，Si：0.88-0.9%，Mn：1.2-1.3%，Cr：1.7-1.9%，Mo：0.35-0.40%，Cu：1.28-1.3%，Ce：0.35-0.40%，B：0.001-0.003%，P≤0.04%，S≤0.04%，余量为Fe。

本发明还提供了一种中低合金耐磨钢的制备方法，该方法包括：

(1)按中低合金耐磨钢各组分比例称量相应的铬铁、钼铁、硅铁和锰铁，该中低合金耐磨钢的化学成分按质量百分比计为：C：0.50%，Si：0.95%，Mn：1.4%，Cr：2.2%，Mo：0.44%，Cu：1.35%，Ce：0.45%，B：0.003%，P：0.04%，S：0.04%，Fe：92.627%；

(2)将称量好的铬铁、钼铁、硅铁和锰铁加入到中频感应电炉中熔炼，待钢液温度达到1580℃时，加入铜和硼，并进行搅拌，按1kg/t的量***铝条进行脱氧；

(3)先将稀土铈放在浇包内，然后出钢液，钢液温度不低于1580℃，进行浇注，浇注温度为1500℃；

(4)浇注后的工件先进行正火处理，加热至840℃保温4小时，在空气中冷却至室温，然后进行淬火处理，加热至900℃保温1小时再在油中冷却，然后在240℃保温2小时回火。

碳（C）对钢的强度、硬度、淬透性、耐磨性以及耐磨性都有非常重要的影响。碳含量低时，熔点高，流动性差，冲击韧度好，但淬硬性不高；碳含量较高时，淬火后的高碳马氏体硬度高，耐磨性好，但冲击韧度低，铁和碳形成的渗碳体（Fe₃C）是钢的主要强化相之一，在钢的抗磨过程中起着非常重要的作用。

硅（Si）能提高钢中固溶体的强度，能显著提高钢的弹性极限、屈服极限和屈服比，降低碳在铁素体中的扩散速度，增加钢的回火稳定性。

锰（Mn）既可以提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，又是碳化物形成元素，还是好的脱氧剂和脱硫剂，同时锰还可以降低临界转变温度和细化珠光体。

铬（Cr）可以提高钢的淬透性，与碳、铁形成多种化合物(Fe,Cr)₃C，可显著提高耐磨性，同时固溶强化基体，在提高强度和硬度的同时而不降低冲击韧度，是耐磨材料的基本元素之一。

钼（Mo）在钢中与铁素体和奥氏体固溶并形成碳化物，使钢的等温曲线右移，可显著提高钢的淬透性，提高钢的强度、硬度和回火稳定性，同时可抵抗高温回火脆性。

铜（Cu）可以提高电极电位、增强材料的耐蚀性，尤其对湿式磨料磨损工况条件下的耐磨件更为重要，能有效地抑制奥氏体的冷却转变速度，细化、强化基体组织。

铈（Ce）能够改善钢的铸态组织、细化晶粒、净化钢液，通过变质非金属夹杂物，可以控制钢中夹杂物的形态，从而提高钢材韧性和抗疲劳性。

硼（B）在钢中的作用是增加悴透性，微量(0.001%)的硼就可以使钢的淬透性成倍的增加。

硫（S）容易导致钢在高温下沿晶界开裂，同时加强钢中化学成分的不均匀性和增加非金属夹杂，是有害元素，所以其含量要求S≤0.04%。

磷（P）能全部溶于铁素体内，在低温时会显著降低钢的塑形和韧性，同时加强钢中的成分偏析，是有害元素，所以其含量要求P≤0.04%。

本发明的有益效果如下：

本发明所述的中低合金耐磨钢是一种硬度高、耐磨性好、韧性佳、综合性能优良的中低合金耐磨材料，可应用于球磨机衬板、混砂机的刮板、导向板以及破碎机的锤头等多种工业耐磨场合。采用本材质生产的衬板在郑州铝厂的

2200mm×6500mm湿式无螺栓衬板球磨机上试用，其衬板最大厚度120mm，最小厚度80mm；在鸡西水泥厂

1830mm×6200mm球磨机衬板上试用，根据其实际的应用效果，其硬度大于50HRC，冲击韧性值21-34J／cm²，抗拉强度1030-1480MPa，延伸率6.4-7.8%，残余伸长率为0.2%时的屈服强度为716-784MPa。在较小冲击功的工况条件下，其耐磨性优于高锰钢，使用寿命约是高锰钢的2倍，且成本较高锰钢低廉，具有明显的经济效益和社会效益。

具体实施方式

本发明提供了一种中低合金耐磨钢，该中低合金耐磨钢的化学成分按质量百分比计为：碳（C）为0.41%-0.50%，硅（Si）为0.85%-0.95%，锰（Mn）为1.1%-1.4%，铬（Cr）为1.5%-2.3%，钼（Mo）为0.31%-0.45%，铜（Cu）为1.25%-1.35%，铈（Ce）为0.30%-0.45%，硼（B）为0.001%-0.003%，磷（P）≤0.04%，硫（S）≤0.04%，余量为铁（Fe）。

该中低合金耐磨钢的化学成分按质量百分比计为：C：0.45-0.48%，Si：0.88-0.9%，Mn：1.2-1.3%，Cr：1.7-1.9%，Mo：0.35-0.40%，Cu：1.28-1.3%，Ce：0.35-0.40%，B：0.001-0.003%，P≤0.04%，S≤0.04%，余量为Fe。

另外，本发明还提供了一种制备上述中低合金耐磨钢的方法，该方法包括如下操作步骤：

(1)按中低合金耐磨钢各组分比例称量相应的铬铁、钼铁、硅铁和锰铁；

(2)将称量好的铬铁、钼铁、硅铁和锰铁加入到中频感应电炉中熔炼，待钢液温度达到1580-1610℃时，加入铜和硼，并进行搅拌，按1kg/t的量***铝条进行脱氧；

(3)先将稀土铈放在浇包内，然后出钢液，钢液温度不低于1580℃，进行浇注，浇注温度为1500-1540℃；

(4)浇注后的工件先进行正火处理，加热至840-860℃保温4小时，在空气中冷却至室温，然后进行淬火处理，加热至900℃保温1小时再在油中冷却，然后在240-260℃保温2小时回火。

下面以3个具体实例来详细说明。

实例1

按质量百分比取C：0.41%，Si：0.9%，Mn：1.1%，Cr：1.5%，Mo：0.31%，Cu：1.25%，Ce：0.3%，B：0.001%，P：0.04%，S：0.04%，Fe：94.149%。采用中频感应电炉熔炼，加入称量好的铬铁、钼铁、硅铁、锰铁，待钢液温度达到1580-1610℃时，加入铜和硼，搅拌，按1kg/t的量***铝条进行脱氧；将稀土铈放在浇包内，出钢液，温度不低于1580℃，浇注温度1500-1540℃。浇注后的工件先进行正火处理，加热至840-860℃保温4小时，在空气中冷却至室温，其目的是细化组织，减少应力，然后进行淬火处理，加热至900℃保温1小时再在油中冷却，然后在240-260℃保温2小时回火，其硬度值为52HRC，冲击韧性值32J／cm²，抗拉强度1055MPa，延伸率7.7%，残余伸长率为0.2%时的屈服强度为721MPa。

实例2

按质量百分比取C：0.45%，Si：0.9%，Mn：1.4%，Cr：1.9%，Mo：0.37%，Cu：1.3%，Ce：0.4%，B：0.002%，P：0.04%，S：0.04%，Fe：93.198%。采用中频感应电炉熔炼，加入称量好的铬铁、钼铁、硅铁、锰铁，待钢液温度达到1580-1610℃时，加入铜和硼，搅拌，按1kg/t的量***铝条进行脱氧；将稀土铈放在浇包内，出钢液，温度不低于1580℃，浇注温度1500-1540℃。浇注后的工件先进行正火处理，加热至840-860℃保温4小时，在空气中冷却至室温，其目的是细化组织，减少应力，然后进行淬火处理，加热至900℃保温1小时再在油中冷却，然后在240-260℃保温2小时回火，其硬度值为53HRC，冲击韧性值25J／cm²，抗拉强度1310MPa，延伸率6.8%，残余伸长率为0.2%时的屈服强度为755MPa。

实例3

按质量百分比取C：0.50%，Si：0.95%，Mn：1.4%，Cr：2.2%，Mo：0.44%，Cu：1.35%，Ce：0.45%，B：0.003%，P：0.04%，S：0.04%，Fe：92.627%。采用中频感应电炉熔炼，加入称量好的铬铁、钼铁、硅铁、锰铁，待钢液温度达到1580-1610℃时，加入铜和硼，搅拌，按1kg/t的量***铝条进行脱氧；将稀土铈放在浇包内，出钢液，温度不低于1580℃，浇注温度1500-1540℃。浇注后的工件先进行正火处理，加热至840-860℃保温4小时，在空气中冷却至室温，其目的是细化组织，减少应力，然后进行淬火处理，加热至900℃保温1小时再在油中冷却，然后在240-260℃保温2小时回火，其硬度值为56HRC，冲击韧性值21J／cm²，抗拉强度1440MPa，延伸率6.4%，残余伸长率为0.2%时的屈服强度为764MPa。

Claims (1)

1.一种中低合金耐磨钢的制备方法，该方法包括：

(1)按中低合金耐磨钢各组分比例称量相应的铬铁、钼铁、硅铁和锰铁，该中低合金耐磨钢的化学成分按质量百分比计为：C：0.50%，Si：0.95%，Mn：1.4%，Cr：2.2%，Mo：0.44%，Cu：1.35%，Ce：0.45%，B：0.003%，P：0.04%，S：0.04%，Fe：92.627%；

(2)将称量好的铬铁、钼铁、硅铁和锰铁加入到中频感应电炉中熔炼，待钢液温度达到1580℃时，加入铜和硼，并进行搅拌，按1kg/t的量***铝条进行脱氧；

(3)先将稀土铈放在浇包内，然后出钢液，钢液温度不低于1580℃，进行浇注，浇注温度为1500℃；

(4)浇注后的工件先进行正火处理，加热至840℃保温4小时，在空气中冷却至室温，然后进行淬火处理，加热至900℃保温1小时再在油中冷却，然后在240℃保温2小时回火。