CN105755399A - 一种高铬钢及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高铬钢由以下成分及质量百分含量组成：C：0.15~0.24%，Cr：10.5~12.0%，Si：0.4~0.8%，Mn：0.4~0.8%，Ni：1.0~2.0%，Ti：0.5~1.0%，W：1.0~2.0%，P、S≤0.04%，Al：0.01~0.04%和Ce：0.2~0.3%，余量为Fe。所述高铬钢的制备方法是将废钢、铬铁放入真空中频感应炉熔炼，加入钨铁和钛铁，抽真空，保持80~100Pa，熔炼温度1620~1670℃，铈加入钢包底部；当钢包钢水温度为1580~1600℃时，浇入铸型中，即得到高铬钢铸件；热处理方法：预处理：1050~1100℃保温4~6h，油冷，650~670℃回火；淬火：1020~1050℃，油冷，油温不超过120℃；回火：200~220℃，保温6~8h，出炉空冷。本发明的高铬钢获得铬含量高，具有高耐磨性、高强韧性及高抗腐蚀性。

Description

一种高铬钢及制备方法
技术领域
本发明属于合金钢及制备方法，特别涉及高铬钢及制备方法，属于耐磨材料领域。
背景技术
矿山企业为提高磨矿效率，目前多采用大型磨机、自磨机、半自磨机破碎研磨铜矿、铁矿、钒铁矿等物质，衬板（最大单重近1.5吨）作为主要易损件，承受直径达180mm的磨球或直径达500mm的矿石冲击、腐蚀和磨损，工况恶劣，存在腐蚀与磨损的交互作用，加速材料消耗。在材料选择时既要考虑耐磨性，又要考虑耐蚀性，同时受冲击也要考虑强韧性的要求，现行矿山常采用高锰钢和合金钢。高锰钢硬度低，耐磨耐蚀性差，寿命短；合金钢由于选材和制备方法不当韧性低，衬板易发生断裂出现早期失效或不耐磨损。因此选用合适的材料及制备方法以提高衬板耐磨性、耐蚀性和强韧性，是提高衬板寿命和安全性的有效途径。
CN1025603761A公开了一种矿山用高铬多元合金钢衬板：C：0.5~1.8%，Si：0.5~1.2%，Mn：0.8~1.5%，Cr：11~14%，Mo：0.2~0.5%，Ni：0.5~0.8%，B：0.1~0.2%，Ti：0.1~0.2%，钾钠变质剂0.2~0.4%，余量为Fe。本发明碳含量高，与铬易形成化合物并呈网状分布，韧性低，对于冲击小的小型磨机具有较好的耐磨性。采用钾钠变质剂，由于钾、钠密度小，熔点低，易挥发，作为变质元素稳定性差。
CN101363104A公开了一种湿式弱酸性介质用耐磨蚀材料，C：0.17~0.26%，Cr：12.5~14.5%，Mn：0.5~1.2%，Ni：0.01~0.18%，Mo：0.2~0.6%，Cu：0.5~1.2%，Si：0.5~0.9%，余量为Fe。本发明的湿式弱酸性介质用抗磨损蚀材料其抗抗腐蚀磨损性是Mn13Cr2的2倍以上。
CN100436633C公开了低碳高合金球磨机衬板钢及其制备方法：C：0.15~0.3%，Si：0~1.6%，Mn：0.5~1.7%，Cr：5.0~10.0%，Mo：0~1.5%，Ni：0~1.5%，B：0.1~0.2%，Ti：0~1.0%，RE：0~0.8%，P：0.01~0.045%，S：0.01~0.045%，其它金属和非金属元素总量不超过3%，余量为Fe。本发明在湿式磨矿机衬板工作环境下具有很好的耐磨性，其寿命为高锰钢衬板的2倍。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术缺点，提供一种兼具材料的耐磨性、耐蚀性和强韧性的高铬钢。
本发明的另一个目的提供一种所述高铬钢的制备方法。
本发明所述的高铬钢由以下成分及质量百分含量组成：C：0.15~0.24%，Cr：10.5~12.0%，Si：0.4~0.8%，Mn：0.4~0.8%，Ni：1.0~2.0%，Ti：0.5~1.0%，W：1.0~2.0%，P、S≤0.04%，Al：0.01~0.04%和Ce：0.2~0.3%，余量为Fe。
优选的高铬钢由以下成分及质量百分含量组成：C：0.22%，Cr：11.0%，Si：0.6%，Mn：0.6%，Ni：1.5%，Ti：0.75%，W：1.5%，P、S≤0.04%，Al：0.025%和Ce：0.25%，余量为Fe。
本发明的高铬钢制备方法由以下步骤组成：
①将废钢、铬铁放入真空中频感应炉熔炼，加入钨铁和钛铁，抽真空，保持80~100Pa，熔炼温度1620~1670℃，铈加入钢包底部；
②当钢包钢水温度为1580~1600℃时，浇入铸型中，即得到高铬钢铸件；
③热处理方法：预处理：1050~1100℃保温4~6h，油冷，650~670℃回火；淬火：1020~1050℃，油冷，油温不超过120℃；回火：200~220℃，保温6~8h，出炉空冷。
C：碳是保证高铬钢强度和耐磨性的基本元素，碳太低高铬钢韧性高，但强度和耐磨性低，碳太高在热处理过程中产生针状马氏体组织，韧性低；本发明碳选择范围0.15~0.24%。
Cr：铬提高高铬钢淬透性和强度，也提高材料抗腐蚀性；太高会降低材料韧性，太低不利于材料抗腐蚀性；本发明铬选择范围10.5~12.0%，与碳协同作用使基体获得板条马氏体组织。
Ni：镍提高淬透性，是扩大奥氏体元素，避免出现铁素体，有利于强度、韧性的提高。从性价比考虑镍选择范围为1.0~2.0%。
Ti、W：本发明加入钛在高铬钢凝固过程中优先形成TiC碳化物作为高铬钢材料结晶核心而细化晶粒。TiC还可作为W的碳化物结晶核心形成(Ti、W)C，消除W的碳化物多角状形态，TiC、(Ti、W)C作为硬质点弥散分布高铬钢基体中，提高耐磨性。为获得(Ti、W)C组织，Ti、W按比例加入，从性价比考虑钛选择范围为0.5~1.0%，钨选择范围为1.0~2.0%。
Si、Mn、Al：是高铬钢必不可少的基本元素。
本发明用铸造方法制备采用真空中频感应炉熔炼，在于提高高铬钢冶金质量,进一步提高其耐磨性、耐蚀性和强韧性；同时提高钛元素的收得率。
本发明热处理方法目的在于：由于高铬钢合金成分含量总量高，在凝固冷却过程中易产生成分偏聚，因此，在预处理时，高温保温使高铬钢铸态组织、成分均匀，高温回火目的是对高铬钢回复、再结晶从而细化组织。采用高温淬火在于使铬碳化物溶解，铬完全固溶于基体并均匀化，有利于高铬钢抗腐蚀性。采用油淬高铬钢获得细小均匀的板条马氏体组织。低温回火在于消除淬火残余应力，以提高材料强韧性和耐磨性。
本发明的成分及其制备方法，使高铬钢获得铬含量高的板条马氏体组织及其中分布的高硬度的(Ti、W)C和TiC，从而具有高耐磨性、高强韧性及高抗腐蚀性。
具体实施方式
实施例1
高铬钢成分及质量百分比为：C：0.22%，Cr：11%，Si：0.6%，Mn：0.6%，Ni：1.5%，Ti：0.75%，W：1.5%，P、S≤0.04%，Al：0.025%和Ce：0.25%，余量为Fe。
制备方法步骤如下：将废钢、铬铁放入真空中频感应炉中熔炼，加入钨铁和钛铁，抽真空，保持90Pa，熔炼温度1630℃，铈加入钢水包底部，将钢水倒入浇包中；当浇包钢水温度为1590℃时，浇入铸型中，即得到高铬钢铸件；热处理方法：预处理：1040℃保温5h，油冷，660℃回火；淬火：1040℃，油冷，油温不超过120℃；回火：210℃，保温7h，出炉空冷。
本实施例的高铬钢硬度53HRC、抗拉强度1250MPa、冲击韧性100J/cm2、pH4~10湿磨工况动态腐蚀磨损速率53g/m2.h。采用动态湿式冲击磨料磨损的测试方法，本实施例的耐磨性是同种成分不含钨、钛高锰钢的3倍以上。
实施例2
高铬钢成分及质量百分比为：C：0.2%，Cr：11.5%，Si：0.6%，Mn：0.6%，Ni：1.3%，Ti：0.6%，W：1.2%，P、S≤0.04%，Al：0.025%和Ce：0.25%，余量为Fe。
制备方法步骤如下：将废钢、铬铁放入真空中频感应炉中熔炼，加入钨铁和钛铁，抽真空，保持85Pa，熔炼温度1650℃，铈加入钢水包底部，将钢水倒入浇包中；当浇包钢水温度为1595℃时，浇入铸型中，即得到高铬钢铸件；热处理方法，预处理：1080℃保温5h，油冷，660℃回火；淬火：1030℃，油冷，油温不超过120℃；回火：210℃，保温7h，出炉空冷。
本实施例的高铬钢硬度51HRC、抗拉强度1230MPa、冲击韧性110J/cm2、pH4~10湿磨工况动态腐蚀磨损速率54g/m2.h。采用动态湿式冲击磨料磨损的测试方法，本实施例的耐磨性是同种成分不含钨、钛高锰钢的2.8倍以上。
实施例3
高铬钢成分及质量百分比为：C：0.18%，Cr：10.8%，Si：0.6%，Mn：0.6%，Ni：1.8%，Ti：0.8%，W：1.6%，P、S≤0.04%，Al：0.025%和Ce：0.25%，余量为Fe。
制备方法步骤如下：将废钢、铬铁放入真空中频感应炉中熔炼，加入钨铁和钛铁，抽真空保持83Pa，熔炼温度1660℃，铈加入钢水包底部，将钢水倒入℃的浇包中；当浇包钢水温度为1595℃时，浇入铸型中，即得到高铬钢铸件；热处理方法，预处理：1070℃保温5h，油冷，660℃回火；淬火：1040℃，油冷，油温不超过120℃；回火：210℃，保温7h，出炉空冷。
本实施例的高铬钢硬度50HRC、抗拉强度1220MPa、冲击韧性120J/cm2、pH4~10湿磨工况动态腐蚀磨损速率56g/m2.h。采用动态湿式冲击磨料磨损的测试方法，本实施例的耐磨性是同种成分不含钨、钛高锰钢的2.5倍以上。

Claims (3)

1.一种高铬钢，其特征是由以下成分及质量百分含量组成：C：0.15~0.24%，Cr：10.5~12.0%，Si：0.4~0.8%，Mn：0.4~0.8%，Ni：1.0~2.0%，Ti：0.5~1.0%，W：1.0~2.0%，P、S≤0.04%，Al：0.01~0.04%和Ce：0.2~0.3%，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的高铬钢，其特征是由以下成分及质量百分含量组成：C：0.22%，Cr：11.0%，Si：0.6%，Mn：0.6%，Ni：1.5%，Ti：0.75%，W：1.5%，P、S≤0.04%，Al：0.025%和Ce：0.25%，余量为Fe。
3.权利要求1所述的高铬钢的制备方法，其特征是由以下步骤组成：
①将废钢、铬铁放入真空中频感应炉熔炼，加入钨铁和钛铁，抽真空，保持80~100Pa，熔炼温度1620~1670℃，铈加入钢包底部；
②当钢包钢水温度为1580~1600℃时，浇入铸型中，即得到高铬钢铸件；
③热处理方法：预处理：1050~1100℃保温4~6h，油冷，650~670℃回火；淬火：1020~1050℃，油冷，油温不超过120℃；回火：200~220℃，保温6~8h，出炉空冷。
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