CN106756530A - 高强度耐磨钢及其在工程机械部件和农业机械部件的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高强度耐磨钢及其在工程机械部件和农业机械部件的应用，该高强度耐磨钢含有以重量百分比计的以下化学成分：C0.28‑0.3％，Si0.23‑0.25％，Mn0.9‑1.05％，Cr0.65‑0.7％，Ti0.016‑0.022％，Mo0.16‑0.21％，Ni0.009‑0.021％，Cu0.018‑0.04％，B0.002‑0.0025％，ALT0.038‑0.042％，As≤0.005％，P≤0.01％，S≤0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明提供的高强度耐磨钢综合性能优良，力学性能稳定，可以满足工程机械和农业机械上易磨损部件的耐磨损要求，用于制造易磨损工件。
Description
技术领域
本发明涉及高强度耐磨钢领域，更具体地，涉及一种高强度耐磨钢及其在工程机械部件和农业机械部件的应用。
背景技术
磨损是材料的破坏形式之一，尽管磨损很少引起金属工件灾难性的危害，但其造成的经济损失相当惊人。在挖掘机挖斗、铲车铲刃、粉碎机械衬板和圆盘犁耙片等磨损严重的部件上均需使用大量耐磨材料，其中大部分材料因磨损而失效。据统计，工业发达国家机械装备及零件的磨损所造成的经济损失占国民经济总产值的4％左右，其中磨料磨损占金属磨损总量的50％。我国每年因磨料磨损所消耗的钢材达百万吨以上。因此，加强高强度耐磨钢的开发应用，对国民经济有重要意义。
目前现有的高强耐磨钢多为高锰钢或高锰调质钢，该类高强耐磨钢一般只能满足硬度上的要求，强度、韧性、抗磨损性能及加工性能方面的匹配性均不理想，使用过程中，容易断裂，发生形变后无法还原，并且焊接性能不好。同时用于制造各种机械产品的现有的钢板强度不大，进而导致钢板板厚大，使得生产的机械制品普遍重量较大。因此有必要开发一种强度、韧性及耐磨性等综合性能较好的高强度耐磨钢用于制造挖掘机挖斗、铲车铲刃、粉碎机械衬板和圆盘犁耙片等易磨损部件。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度耐磨钢，其具有较好的强度、韧性及耐磨性等综合性能，能用于制造挖掘机挖斗、铲车铲刃、粉碎机械衬板和圆盘犁耙片等易磨损部件。
为了实现上述目的，本发明提供一种高强度耐磨钢，该高强度耐磨钢含有以重量百分比计的以下化学成分：C 0.28-0.3％，Si 0.23-0.25％，Mn 0.9-1.05％，Cr 0.65-0.7％，Ti 0.016-0.022％，Mo 0.16-0.21％，Ni 0.009-0.021％，Cu 0.018-0.04％，B0.002-0.0025％，ALT 0.038-0.042％，As≤0.005％，P≤0.01％，S≤0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。
优选地，所述高强度耐磨钢还含有以重量百分比计的：Nb 0.018-0.022％。
根据本发明的另一方面，所述的高强度耐磨钢在工程机械部件上的应用。
优选地，所述工程机械部件为挖掘机的挖斗，所述挖掘机的挖斗包括挖斗主体、多个连接耳板和多个斗齿，所述多个连接耳板位于所述挖斗主体的上部，所述连接耳板上设有多个连接孔，所述多个斗齿位于所述挖斗主体的下部。
优选地，所述工程机械部件为铲车的铲刃，所述铲车的铲刃包括铲刃板主体及设置于所述铲刃板主体上部的多个连接孔。
优选地，所述工程机械部件为粉碎机械的衬板，所述衬板包括板主体和设置在所述板主体上的多个连接孔。
根据本发明的再一方面，所述的高强度耐磨钢在农业机械部件上的应用。
优选地，所述农业机械部件为圆盘犁耙片，所述圆盘犁耙片包括耙片主体和设置在所述耙片主体上的多个连接孔。
通过上述技术方案，本发明提供的高强度耐磨钢综合性能优良，力学性能稳定，具有良好的强度、韧性以及耐磨性，硬度稳定均匀，加工性能好，易于焊接。在同样的工况条件下，使用本发明的高强度耐磨钢，可以使用的时间相当于现有的高强度耐磨钢的工作周期的两倍或以上。可以满足挖掘机挖斗、铲车铲刃、粉碎机械衬板和圆盘犁耙片等易磨损部件的耐磨损要求，用于制造易磨损工件。同时本发明的高强度耐磨钢也可以用于制造各种其他机械产品，能够减轻机械产品的重量，提高机械产品的使用寿命，节约机械工作油耗，节约成本。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明提供一种高强度耐磨钢，该高强度耐磨钢含有以重量百分比计的以下化学成分：C 0.28-0.3％，Si 0.23-0.25％，Mn 0.9-1.05％，Cr 0.65-0.7％，Ti 0.016-0.022％，Mo 0.16-0.21％，Ni 0.009-0.021％，Cu 0.018-0.04％，B 0.002-0.0025％，ALT0.038-0.042％，As≤0.005％，P≤0.01％，S≤0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明提供的高强度耐磨钢综合性能优良，力学性能稳定，具有良好的强度、韧性以及耐磨性，硬度稳定均匀，加工性能好，易于焊接。在同样的工况条件下，使用本发明的高强度耐磨钢，可以使用的时间相当于现有的高强度耐磨钢的工作周期的两倍或以上。
在一个示例中，所述高强度耐磨钢还含有以重量百分比计的：Nb 0.018-0.022％。含有以上含量Nb使得所述高强度耐磨钢具有更好的耐磨性。
本发明的高强度耐磨钢的硬度高且分布均匀，钢板表面硬度和心部硬度相差不大，板厚为1-30mm的钢板的表面布氏硬度和心部布氏硬度基本一至，板厚为40-50mm的钢板的表面布氏硬度和心部布氏硬度相差20以内，板厚为60-80mm的钢板的表面布氏硬度和心部布氏硬度相差40-50，板厚为90-120mm的钢板的表面布氏硬度和心部布氏硬度相差60-150，其中，心部硬度为钢板二分之一厚度处的硬度。
根据本发明的另一方面，所述的高强度耐磨钢在工程机械部件上的应用。
在一个示例中，所述工程机械部件为挖掘机的挖斗，所述挖掘机的挖斗包括挖斗主体、多个连接耳板和多个斗齿，所述多个连接耳板位于所述挖斗主体的上部，所述连接耳板上设有多个连接孔，所述多个斗齿位于所述挖斗主体的下部。
在一个示例中，所述工程机械部件为铲车的铲刃，所述铲车的铲刃包括铲刃板主体及设置于所述铲刃板主体上部的多个连接孔。
在一个示例中，所述工程机械部件为粉碎机械的衬板，所述衬板包括板主体和设置在所述板主体上的多个连接孔。
根据本发明的再一方面，所述的高强度耐磨钢在农业机械部件上的应用。
在一个示例中，所述农业机械部件为圆盘犁耙片，所述圆盘犁耙片包括耙片主体和设置在所述耙片主体上的多个连接孔。
通过以下实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
一种高强度耐磨钢，所述高强度耐磨钢含有以重量百分比计的以下化学成分：C0.29％，Si 0.24％，Mn 1％，Cr 0.68％，Ti 0.018％，Mo 0.18％，Ni 0.02％，Cu 0.04％，B0.0022％，Nb 0.02％，ALT 0.039％，As 0.005％，P 0.01％，S 0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。
实施例2
一种高强度耐磨钢，所述高强度耐磨钢含有以重量百分比计的以下化学成分C0.28％，Si 0.23％，Mn 0.9％，Cr 0.65％，Ti 0.016％，Mo 0.16％，Ni 0.01％，Cu0.018％，B 0.002％，Nb 0.018％，ALT 0.038％，As 0.005％，P 0.01％，S 0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。
实施例3
一种高强度耐磨钢，所述高强度耐磨钢含有以重量百分比计的以下化学成分：C0.3％，Si 0.25％，Mn 1.05％，Cr 0.7％，Ti 0.022％，Mo 0.21％，Ni 0.021％，Cu 0.03％，B 0.0025％，Nb 0.022％，ALT 0.042％，As 0.005％，P 0.01％，S 0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。
实施例4
一种高强度耐磨钢，所述高强度耐磨钢含有以重量百分比计的以下化学成分：C0.29％，Si 0.24％，Mn 1％，Cr 0.68％，Ti 0.018％，Mo 0.18％，Ni 0.02％，Cu 0.04％，B0.0022％，ALT 0.039％，As 0.005％，P 0.01％，S 0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。
对比例1
一种高强度耐磨钢，所述高强度耐磨钢含有以重量百分比计的以下化学成分：C0.29％，Si 0.24％，Mn 1％，Cr 0.8％，Ti 0.018％，Mo 0.18％，Ni 0.02％，Cu 0.04％，B0.0022％，Nb 0.02％，ALT 0.039％，As 0.005％，P 0.01％，S 0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。
对比例2
一种高强度耐磨钢，所述高强度耐磨钢含有以重量百分比计的以下化学成分：C0.29％，Si 0.24％，Mn 1％，Cr 0.68％，Ti 0.018％，Mo 0.18％，Ni 0.006％，Cu 0.04％，B0.0022％，Nb 0.02％，ALT 0.039％，As 0.005％，P 0.01％，S 0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。
对比例3
一种高强度耐磨钢，所述高强度耐磨钢含有以重量百分比计的以下化学成分：C0.29％，Si 0.24％，Mn 1％，Cr 0.68％，Ti 0.018％，Mo 0.18％，Ni 0.035％，Cu 0.04％，B0.0022％，Nb 0.02％，ALT 0.039％，As 0.005％，P 0.01％，S 0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。
测试例1
对实施例1-4和对比例1-3的高强度耐磨钢进行磨粒磨损试验，结果如表1所示。
磨粒磨损试验：设备，MLD-10型动载磨粒磨损试验机；试样，试样尺寸5mm×10mm×40mm，磨损面为10mm×40mm；试验条件，磨料为石英砂，尺寸为8-10目，砂流量为30Kg/h，测试时间36h。
表1
| 试样 | 磨损前质量/g | 磨损后质量/g | 磨损失重/g | 磨损率/％ |
| 实施例1 | 16.62380 | 16.60003 | 0.02377 | 0.143％ |
| 实施例2 | 15.88998 | 15.86694 | 0.02304 | 0.145％ |
| 实施例3 | 15.98986 | 15.96651 | 0.02335 | 0.146％ |
| 实施例4 | 16.12769 | 16.10351 | 0.02418 | 0.150％ |
| 对比例1 | 16.59986 | 16.57331 | 0.02655 | 0.160％ |
| 对比例2 | 16.59819 | 16.57131 | 0.02688 | 0.162％ |
| 对比例3 | 16.56789 | 16.54088 | 0.02701 | 0.163％ |
如表1所示，对比例1-3的磨损率在相同工况条件下要高于实施例1-4，可见本发明的高强度耐磨钢具有更好的耐磨性。
由实施例1-4和对比例1-3的数据可以看出，当材料中的Cr的含量高于0.8％时，材料的强度会下降，当材料中的Ni的含量低于0.006％或者高于0.035％时，材料的强度会下降。
实施例1-3的磨损率在相同工况条件下要低于实施例4，可见Nb的存在使得所述高强度耐磨钢具有更好的耐磨性。
测试例2
对实施例1-4和对比例1-3的高强度耐磨钢进行力学性能测试，结果如表2所示。
拉伸试验：设备，万能材料试验机，试样，试样采用矩形截面试样，满足的条件为其中，l0为试样的初始计算长度，A0为试样的初始截面面积。
硬度试验：采用布氏硬度检测方法，设备，布氏硬度计，试样尺寸为50*50mm，试验条件，试验力为3000KN，球压头直径为10mm，压痕直径为0.24D≤d≤0.6D，d为压痕直径，D为球压头直径。
表2
如表2所示，对比例1-3的拉伸性能在相同条件下要低于实施例1-4，可见本发明的高强度耐磨钢具有更好的强度和韧性。
由实施例1-4和对比例1-3的数据可以看出，当材料中的Cr的含量于0.8％时，材料的强度和韧性会下降，进而使得拉伸性能下降，当材料中的Ni的含量低于0.006％或者高于0.035％时，材料的强度和韧性会下降，进而使得拉伸性能下降。
实施例1-3的拉伸性能在相同条件下要好于实施例4，可见Nb的存在使得所述高强度耐磨钢具有更好的强度和韧性。
如表2所示，对比例1-3的布氏硬度在相同条件下要低于实施例1-4，可见本发明的高强度耐磨钢具有更好的硬度。
测试例3
对本发明的实施例1-实施例4的高强度耐磨钢进行硬度均一性试验。
硬度均一性试验：采用布氏硬度检测方法，设备，布氏硬度计，试样尺寸为50*50mm，试验条件，试验力为3000KN，球压头直径为10mm，压痕直径为0.24D≤d≤0.6D，d为压痕直径，D为球压头直径。
实施例1-20、实施例2-20、实施例3-20和实施例4-20，分别为采用实施例1至实施例4的材质，板厚为20mm的钢板；实施例1-50、实施例2-50、实施例3-50和实施例4-50，分别为采用实施例1至实施例4的材质，板厚为50mm的钢板；实施例1-80、实施例2-80、实施例3-80和实施例4-80，分别为采用实施例1至实施例4的材质，板厚为80mm的钢板，实施例1-120、实施例2-120、实施例3-120和实施例4-120，分别为采用实施例1至实施例4的材质，板厚为120mm的钢板。
表3
| 试样 | 表面布氏硬度 | 心部布氏硬度 |
| 实施例1-20 | 518 | 517 |
| 实施例2-20 | 515 | 514 |
| 实施例3-20 | 515 | 514 |
| 实施例4-20 | 510 | 510 |
| 实施例1-50 | 518 | 513 |
| 实施例2-50 | 515 | 510 |
| 实施例3-50 | 515 | 510 |
| 实施例4-50 | 510 | 505 |
| 实施例1-80 | 518 | 473 |
| 实施例2-80 | 515 | 470 |
| 实施例3-80 | 515 | 470 |
| 实施例4-80 | 510 | 465 |
| 实施例1-120 | 518 | 418 |
| 实施例2-120 | 515 | 415 |
| 实施例3-120 | 515 | 415 |
| 实施例4-120 | 510 | 410 |
由表3可知，板厚为20mm的钢板的表面布氏硬度和心部布氏硬度基本一至，板厚为50mm的钢板的表面布氏硬度和心部布氏硬度相差为5，在20以内，板厚为80mm的钢板的表面布氏硬度和心部布氏硬度相差为45，在40-50以内，板厚为120mm的钢板的表面布氏硬度和心部布氏硬度相差100，在60-150以内，因此，本发明的高强度耐磨钢的硬度分布均匀，钢板表面硬度和心部硬度相差不大。其中，心部布氏硬度为钢板二分之一厚度处的布氏硬度。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (8)
1.一种高强度耐磨钢，其特征在于，该高强度耐磨钢含有以重量百分比计的以下化学成分：C 0.28-0.3％，Si 0.23-0.25％，Mn 0.9-1.05％，Cr 0.65-0.7％，Ti 0.016-0.022％，Mo 0.16-0.21％，Ni 0.009-0.021％，Cu 0.018-0.04％，B 0.002-0.0025％，ALT0.038-0.042％，As≤0.005％，P≤0.01％，S≤0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高强度耐磨钢，其中，所述高强度耐磨钢还含有以重量百分比计的：Nb 0.018-0.022％。
3.权利要求1或2所述的高强度耐磨钢在工程机械部件上的应用。
4.根据权利要求3所述的高强度耐磨钢的应用，其中，所述工程机械部件为挖掘机的挖斗，所述挖掘机的挖斗包括挖斗主体、多个连接耳板和多个斗齿，所述多个连接耳板位于所述挖斗主体的上部，所述连接耳板上设有多个连接孔，所述多个斗齿位于所述挖斗主体的下部。
5.根据权利要求3所述的高强度耐磨钢的应用，其中，所述工程机械部件为铲车的铲刃，所述铲车的铲刃包括铲刃板主体及设置于所述铲刃板主体上部的多个连接孔。
6.根据权利要求3所述的高强度耐磨钢的应用，其中，所述工程机械部件为粉碎机械的衬板，所述衬板包括板主体和设置在所述板主体上的多个连接孔。
7.权利要求1或2所述的高强度耐磨钢在农业机械部件上的应用。
8.根据权利要求7所述的高强度耐磨钢的应用，其中，所述农业机械部件为圆盘犁耙片，所述圆盘犁耙片包括耙片主体和设置在所述耙片主体上的多个连接孔。
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