CN102703819B - 一种耐磨钢 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐磨钢，所述耐磨钢的化学成分以百分比计(重量)由下列组份组成：C：0.60-0.80；Mn：7.0-9.0；Si：1.10-1.30；Cr：2.40-2.80；V：0.10-0.20；B：0.05-0.10；Ti：0.02-0.03，N：0.02-0.05，Ce：0.6-0.8，余量为Fe及不可避免的杂质。

Description

一种耐磨钢
技术领域
本发明涉及钢铁材料加工技术领域，特别涉及一种耐磨钢。
背景技术
磨损是工程构件三种破坏方式(磨损、腐蚀、断裂)中最主要的方式，全世界每年因磨损造成的损失达数千亿美元，故研究磨损和不断开发性能更好的耐磨材料具有重大的经济意义。目前，耐磨材料归纳起来有3类：(1)奥氏体高锰钢，原始状态为奥氏体，在外界强烈冲击和高压应力下，发生奥氏体向马氏体的转变强化，表层具有很高的硬度，内部具有很好的韧性，有优良的耐磨性和可靠性。(2)低合金耐磨钢，通过合理的化学成分配比及热处理，可获得较佳的综合性能，合金元素常用Cr、Mo、Ni、Nb、Mn和Si等，通常采用马氏体转变、第二相强化等手段来提高耐磨性。(3)高铬铸铁，属于脆性材料，含Cr量高(通常大于15％)，靠M7C3型碳化物提高耐磨性。上述材料中，目前仍将高锰钢作为主要耐磨材料，但在中、小冲击负荷下，由于以切削磨损为主，故高锰钢难以发挥潜力。而低合金钢中由于没有耐磨硬质相或硬质相数量太少，耐磨性也不高。高铬白口铸铁尽管硬度高、耐磨性好，但存在脆性大和冲击负荷下使用安全性差以及生产成本高等不足。
为了提高铸造材料的耐磨性，中国发明专利CN1560311公开了一种耐磨铸钢及其制备方法。耐磨铸钢含有C 0.2～0.35％、Si 0.6～1.0％、Mn 0.8～1.2％、Ni 0.2～0.6％、Cr 0.6～1.2％、Mo 0.15～0.35％。其制法包括冶炼、铸造和热处理。冶炼：在钢液溶化1/5～2/5时放入铬、镍、钼，出炉前5～15分钟投入锰、硅，然后投入脱氧剂；热处理：铸造成型铸件正火910～930℃，保温2小时出炉空冷，淬火860～900℃保温1.5小时后出炉水淬，水温30℃以下，回火210～230℃，保温2～2.5小时，出炉空冷。该发明耐磨铸钢中由于无耐磨硬质相，硬度低，耐磨性较差。中国发明专利CN1600889也公开了一种微合金马氏体耐磨铸钢及制造方法，其化学成分为wt％：C 0.25～0.34、Si 0.3～0.7、Mn 1.15～1.65、Cr 0.5～1.0、B 0.0005～0.005、Ti 0.01～0.06、Ce 0.01～0.045、La 0.01～0.035、Al 0.01～0.1、S≤0.035、P≤0.035，其微合金化处理工艺为先在熔炼炉内于1600～1610℃加入TiFe，再在浇包内加入或在倾出钢水同时向浇包内投入RESiFe和BFe合金。该发明的优点是不使用Mo、Ni等贵重的合金元素，而是通过微合金化来达到强韧化和硬韧化目的，因而制造成本较低。但也存在硬度低，耐磨性差的不足。
中国发明专利CN1385549则公开了一种中碳多元低合金耐磨钢材质化学成份及含量，其中：C 0.38～0.45％，Si 0.90～1.30％，Mn 1.2～2.0％，Cr 1.0～1.7％，Mo 0.3～0.5％，V 0.1～0.2％，B 0.001～0.003％，Re 0.01～0.03％，S≤0.04％、P≤0.045％，其余为Fe。最终金相组织为：回火马氏体+贝氏体+碳化物+少量残余奥氏体。该钢不仅具有较高的硬度，而且具有较好的韧性，热处理工艺简单易于掌握，制造成本较低，可广泛应用于球磨机衬板、破碎机齿板、护板、锤头等耐磨件。碳含量的提高，导致硬度有所提高，耐磨性有所改善，但由于含有价格昂贵的钼元素，导致生产成本增加。俄罗斯专利RU2288294-C2也公开了一种铸造耐磨钢，其化学组成为0.80～0.95％C、0.20～0.40％Si、8.50～10.0％Mn、0.50～0.85％Ni、0.10～0.30％W、0.025～0.045％N、0.05～0.10％V和0.10～0.30％Mo。由于加入价格昂贵的镍、钼等元素，导致生产成本增加。
为了改善铸钢耐磨性能，中国发明专利CN100999803公开了一种高硼耐磨铸钢，其特征在于制得的该高硼耐磨铸钢的化学成分及其重量百分比为：C：0.10％～0.50％；B：0.8％～5.0％；Cu：0.3％～0.6％；Mn：0.8％～2.0％；Cr：1.0％～2.5％；Si＜1.5％；Ti：0.08％～0.20％；Ce：0.04％～0.12％；Mg：0.02％～0.18％；N：0.06％～0.18％；S＜0.05％；P＜0.05％；余量为Fe和不可避免的微量杂质。用钛铁、铈基稀土镁合金和含氮物质对钢水进行复合变质处理，经高温奥氏体化后快速冷却，随后进行低温回火消除应力。该铸钢中含有较多高硬度硼化物，耐磨性较好，但基体是马氏体，脆性较大。中国发明专利CN1804091则公开了一种铸造高硼耐磨合金的韧化方法，其特征在于铸造高硼耐磨合金的化学成分是：0.3～0.35wt％C，1～1.5wt％B，0.6～0.8wt％Si，0.8～1.0wt％Mn，S＜0.04wt％，P＜0.04wt％，其余为Fe、Ti和不可避免的杂质元素，其中Ti是由变质剂钛铁带入的；具体制备步骤为：先进行钢液熔炼，钢液熔炼完成并插铝终脱氧后，加入变质剂钛铁合金进行变质处理，待化清扒渣后进行浇注，浇注完成后进行韧化热处理，韧化热处理温度为1020～1050℃，保温时间为2～3小时，然后进行淬火或正火，最后回火；变质剂钛铁合金用量满足：其中钛的用量为铸造高硼耐磨合金的0.75～1.0wt％；钢液加硼采用硼铁合金，硼铁合金在钢液熔炼时加入或者在变质剂钛铁加入之后再加入。经过韧化处理后的砂型铸造高硼耐磨合金的共晶硼化物呈孤立状分布于基体中。10mm×10mm×55mm标准冲击试样的吸收功Ak达12.5J，冲击韧性增强。由于基体仍是马氏体，脆性仍较大。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种耐磨钢，该耐磨钢硬度高，耐磨性、塑性和韧性好，且成本低。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种耐磨钢，所述耐磨钢的化学成分以百分比计(重量)由下列组份组成：C：0.60-0.80；Mn：7.0-9.0；Si：1.10-1.30；Cr：2.40-2.80；V：0.10-0.20；B：0.05-0.10；Ti：0.02-0.03，N：0.02-0.05，Ce：0.6-0.8，余量为Fe及不可避免的杂质。
优选，所述耐磨钢的化学成分以百分比计(重量)由下列组份组成：C：0.65-0.75；Mn：7.5-8.5；Si：1.15-1.25；Cr：2.50-2.70；V：0.12-0.18；B：0.06-0.09；Ti：0.022-0.028，N：0.03-0.04，Ce：0.65-0.75，余量为Fe及不可避免的杂质。
最优选，所述耐磨钢的化学成分以百分比计(重量)由下列组份组成：C：0.70；Mn：8.0；Si：1.20；Cr：2.60；V：0.15；B：0.075；Ti：0.025，N：0.035，Ce：0.70，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明的有益效果为：
①本发明耐磨钢不含镍、钼、钴等贵重合金元素，而是采用廉价的硅、锰、铬等元素，原材料来源丰富，生产成本低廉，通过添加B、V和N三种元素，可形成高硬度的铁硼化合物，钒氮化合物，可明显提高钢硬度并改善钢耐磨性。本发明的耐磨钢可达到如下力学性能：硬度大于53HRC，抗拉强度σb≥1000Mpa，冲击韧性αk≥20J/cm2，断裂韧性KIC≥40MPa.m1/2。
②本发明耐磨钢应用于磨损领域，耐磨性比高锰钢提高2～3倍，比低合金钢提高1倍以上，与高铬白口铸铁相当，且克服了高铬白口铸铁脆性大，使用中易破碎和断裂的不足，且生产成本比高铬白口铸铁降低35％以上。
具体实施方式
实施例一
一种耐磨钢，所述耐磨钢的化学成分以百分比计(重量)由下列组份组成：C：0.60；Mn：9.0；Si：1.10；Cr：2.80；V：0.10；B：0.10；Ti：0.02，N：0.05，Ce：0.6，余量为Fe及不可避免的杂质。
实施例二
一种耐磨钢，所述耐磨钢的化学成分以百分比计(重量)由下列组份组成：C：0.80；Mn：7.0；Si：1.30；Cr：2.40；V：0.20；B：0.05；Ti：0.03，N：0.02，Ce：0.8，余量为Fe及不可避免的杂质。
实施例三
一种耐磨钢，所述耐磨钢的化学成分以百分比计(重量)由下列组份组成：C：0.65；Mn：8.5；Si：1.15；Cr：2.70；V：0.12；B：0.09；Ti：0.022，N：0.04，Ce：0.65，余量为Fe及不可避免的杂质。
实施例四
一种耐磨钢，所述耐磨钢的化学成分以百分比计(重量)由下列组份组成：C：0.75；Mn：7.5；Si：1.25；Cr：2.50；V：0.18；B：0.06；Ti：0.028，N：0.03，Ce：0.75，余量为Fe及不可避免的杂质。
实施例五
一种耐磨钢，所述耐磨钢的化学成分以百分比计(重量)由下列组份组成：C：0.70；Mn：8.0；Si：1.20；Cr：2.60；V：0.15；B：0.08；Ti：0.025，N：0.035，Ce：0.7，余量为Fe及不可避免的杂质。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (3)

1.一种耐磨钢，其特征在于，所述耐磨钢的化学成分以重量百分比计由下列组份组成：C：0.60-0.80；Mn：7.0-9.0；Si：1.10-1.30；Cr：2.40-2.80；V：0.10-0.20；B：0.05-0.10；Ti：0.02-0.03，N：0.02-0.05，Ce：0.6-0.8，余量为Fe及不可避免的杂质；该耐磨钢通过添加B、V和N三种元素，形成高硬度的铁硼化合物和钒氮化合物以提高钢硬度并改善钢耐磨性，该耐磨钢具有如下力学性能：硬度大于53HRC，抗拉强度σb≥1000Mpa，冲击韧性αk≥20J/cm2，断裂韧性KIC≥40MPa.m1/2。
2.如权利要求1所述的耐磨钢，其特征在于，所述耐磨钢的化学成分以百分比计(重量)由下列组份组成：C：0.65-0.75；Mn：7.5-8.5；Si：1.15-1.25；Cr：2.50-2.70；V：0.12-0.18；B：0.06-0.09；Ti：0.022-0.028，N：0.03-0.04，Ce：0.65-0.75，余量为Fe及不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的耐磨钢，其特征在于，所述耐磨钢的化学成分以百分比计(重量)由下列组份组成：C：0.70；Mn：8.0；Si：1.20；Cr：2.60；V：0.15；B：0.075；Ti：0.025，N：0.035，Ce：0.70，余量为Fe及不可避免的杂质。
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