專利名稱：耐磨合金鑄鋼及熔煉、熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐磨合金鑄鋼及熔煉、熱處理工藝，特別是可用于野外多工礦開 采設(shè)備上、能夠適于高強(qiáng)度、以及低溫等惡劣環(huán)境要求，具有超高硬韌性的耐磨合金鑄鋼。
背景技術(shù)：
磨損是許多工業(yè)部門普遍存在并成為引起設(shè)備失效或材料破壞的一個(gè)重要原因， 同時(shí)其也消耗了大量的能源和材料。由合金鑄鋼制造的各種工程挖掘機(jī)和裝載機(jī)斗齒、各 種耐磨輸送管道、各種破碎機(jī)錘頭和顎板、各種履帶板，由于處于高強(qiáng)度、惡劣氣候等工作 條件，其磨損情況更加嚴(yán)重。目前的技術(shù)現(xiàn)狀是一般材料的硬度和韌性是互相矛盾的性能指標(biāo)，通常是硬度 高則韌性差，韌性高則硬度低。一類是強(qiáng)調(diào)材料的高韌性，一類是強(qiáng)調(diào)材料的抗磨性。而無 法達(dá)到一個(gè)有效的統(tǒng)一，尤其是在用于室外礦山開采、挖掘等工程機(jī)械上的應(yīng)用。高錳鋼 的耐磨性是有條件的，而且其屈服強(qiáng)度低、易于變形；低、中合金耐磨鋼具有較好的強(qiáng)韌性， 低、中沖擊載荷下的耐磨性優(yōu)于高錳鋼，但存在淬透性和淬硬性低的問題，耐磨性較差；高 鉻鑄鐵組織中含有超過20 %的高硬度共晶碳化物，具有優(yōu)異的耐磨性，可是存在合金元素 含量高、生產(chǎn)成本高以及高溫熔煉易變形開裂的不足；普通白口鑄鐵和低合金白口鑄鐵碳 化物硬度低，碳化物呈連續(xù)狀分布，脆性大，使用中易剝落甚至開裂。因此需要提供新一代耐磨合金鑄鋼，通過其組分和含量的創(chuàng)新和設(shè)計(jì)，得到一種 強(qiáng)韌性高、淬透性與淬硬性好是耐磨材料的發(fā)展趨勢，同時(shí)保證在低溫環(huán)境中的良好工作， 并在多工礦條件中也能良好使用的耐磨材料，以減少金屬磨損，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著十 分重要的意義。同時(shí)熔煉鑄鋼的工藝應(yīng)是一種生產(chǎn)工藝簡單、成本低且無污染的過程。人們還認(rèn) 識(shí)到爐前孕育變質(zhì)處理技術(shù)是提高鋼鐵液質(zhì)量的有力措施之一，它在一定程度上能夠彌補(bǔ) 熔煉過程中的不足；熔煉、精煉和過濾技術(shù)是耐磨金屬材料的生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)，上述兩項(xiàng)技術(shù) 對于能否實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目匹配合理化方案至關(guān)重要。因此提供一種新的與耐磨合金鑄鋼的合金 成分相適應(yīng)的熔煉工藝將是保證耐磨合金鑄鋼的合金成分進(jìn)而保證其機(jī)械性能的重要的 制造技術(shù)環(huán)節(jié)。另外，人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到提供一種新的與耐磨合金鑄鋼的合金成分相適應(yīng)的熱處 理工藝不僅是制造耐磨合金鑄鋼的技術(shù)環(huán)節(jié)，同時(shí)，合理的熱處理工藝也將對耐磨合金鑄 鋼的機(jī)械性能具有積極的作用，使合金成分得到更有效的利用。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種與新型耐磨合金鑄鋼及熔煉、熱處理工藝。其中所述新型耐磨合金鑄鋼的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為C :0. 27-0. 32 ； Mn 0. 70-0. 90 ；Si 0. 90-1. 30 ；Cr 1. 40-1. 80 ；Mo 0. 10-0. 20 ；Ni 0. 10-0. 20 ；Ti 0. 02-0. 03。
其中所述熔煉工藝包括步驟1、當(dāng)熔煉的鋼液升溫至1550-1560°C時(shí)，分別加入元素碳、鉬鐵、鉻鐵、鎳、 鈦鐵；步驟2、當(dāng)熔煉的鋼液升溫至1570-1580°c時(shí)，加入硅鐵；步驟3、當(dāng)熔煉的鋼液升溫至1590_1600°C時(shí)，加入錳鐵；步驟4、當(dāng)熔煉的鋼液升溫至1610_1630°C時(shí)，斷電出鋼液澆注。其中所述熱處理工藝包括步驟1、退火將所述耐磨合金鑄鋼置于溫度為850°C -900°C退火爐中，保溫3_5 小時(shí)出爐，然后空冷；步驟2、淬火將所述耐磨合金鑄鋼置于溫度控制在900°C 士 10°C的淬火爐中保溫 150分鐘后取出淬火，冷卻介質(zhì)為水溶性淬火液，耐磨合金鑄鋼冷致300°C左右；步驟3、回火將所述耐磨合金鑄鋼置于溫度為到200-230°C的回火爐中，保溫3-4 小時(shí)取出空冷。為得到更加優(yōu)質(zhì)的所述耐磨合金鑄鋼，所述熔煉工藝還可以在配以優(yōu)化的裝料和 鋼料初步熔化工藝；同時(shí)也可在上述步驟中配以添加熔劑工序形成熔渣保證耐磨合金鑄鋼 的化學(xué)成分；另外，增加適當(dāng)?shù)臓t前、爐中的取樣分析以得到各化學(xué)成分的正確含量百分 比。經(jīng)過本發(fā)明所提供的生產(chǎn)工藝簡單、成本低、污染小的熔煉工藝可以有效、優(yōu)質(zhì) 得到所述耐磨合金鑄鋼，其抗拉強(qiáng)度1500-1800MPa，屈服強(qiáng)度1200-1400MPa，延伸率 55 7-15%，V型缺口沖擊韌性Akv25-40J，硬度48-55HRC。并適合用于在低溫環(huán)境中， 如-20°C 0°C，與凍巖、凍土層接觸的耐磨工程機(jī)械設(shè)備，適應(yīng)在寒帶環(huán)境中長期工作的 要求。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種與新型耐磨合金鑄鋼及熔煉、熱處理工藝。其所述鑄鋼的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為C :0. 27-0. 32 ；Mn 0. 70-0. 90 ；Si 0. 90-1. 30 ；Cr 1. 40-1. 80 ；Mo 0. 10-0. 20 ；Ni 0. 10-0. 20 ；Ti 0. 02-0. 03。其中各合金所
具有的主要功能為碳(C)碳含量越高，鋼的強(qiáng)度和硬度值增加，塑性和韌性值降低；硅(Si)強(qiáng)化鐵素體，提高抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，提高耐熱性和耐蝕性，降低韌性 和塑性；錳(Mn)提高強(qiáng)度，硬度和耐磨性；鉻(Cr)降低鋼的導(dǎo)熱性，能提高耐磨性；鉬(Mo)強(qiáng)化鐵素體，提高高溫性能，改善脆性；鎳(Ni)擴(kuò)大奧氏體區(qū)，是奧氏體化的有效元素，提高強(qiáng)度而不顯著降低塑性，有 良好的耐腐蝕能力；鈦鐵(Ti)能強(qiáng)化鐵素體，脫氧和細(xì)化晶粒。本發(fā)明還提供了具有生產(chǎn)工藝簡單、成本低、污染小特點(diǎn)的耐磨合金鑄鋼的熔煉 工藝，其具體包括
4
1)、裝料熔化優(yōu)選的實(shí)施例是采用酸性的高頻或中頻感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉，并根據(jù)爐子的容量大 小來確定預(yù)裝量。在熔煉時(shí)首先在爐中底部上撒上一層熔劑(厚度約IOmm左右)，同時(shí)根 據(jù)爐子的容量大小再裝料，應(yīng)先裝入部分小料后即可送電熔化，隨著爐料的熔化，應(yīng)陸續(xù)裝 入未裝完的爐料，為防止“架橋”(即阻塞)現(xiàn)象，應(yīng)做到“下緊上松”，并且在熔煉過程中應(yīng) 及時(shí)捅料，以便爐料的熔化，并及時(shí)撒上熔劑進(jìn)行造渣，熔劑用量以覆蓋住整個(gè)熔池液面為 準(zhǔn)。2)、調(diào)配熔煉本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例是隨著爐料的熔化，當(dāng)鋼液升溫至1550-1560°C時(shí)，分別加 入元素碳、鉬鐵、鉻鐵、鎳和鈦鐵；對其攪拌后覆蓋上熔劑，然后繼續(xù)升溫；當(dāng)鋼液溫度達(dá) 到1570-158(TC時(shí)，加入硅鐵；然后進(jìn)行爐前取樣分析(分析儀器可有選的采用光譜儀)， 根據(jù)爐前的化學(xué)成份，再添補(bǔ)相應(yīng)元素；當(dāng)鋼液溫度1590-1600°C時(shí)加入錳鐵；然后脫氧以 盡量減小鋼液中的含氣量，脫氧優(yōu)選的為鋁，其比例為0. 03-0. 06%，并及時(shí)撒上熔劑造渣； 然后進(jìn)行爐后取樣分析，直至達(dá)到成份要求范圍為止；當(dāng)合金液溫度到1610-1630°C時(shí)，即 可斷電扒渣，出鋼液澆注。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例中介紹，由于采用酸性爐進(jìn)行熔煉，同時(shí)與一定鋼液的溫度相對 應(yīng)加入不同合金元素，因此使得貴重的重要合金元素的燒損降到最低，例如最后加入的錳 鐵的有效成分便得到最大的保護(hù)。這不僅使得整個(gè)熔煉過程生產(chǎn)工藝簡單、污染小，同時(shí)生 產(chǎn)成本也得到了有效的控制。另外，作為技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，通過在適當(dāng)步驟間進(jìn)行熔劑造 渣，排出了熔液中的雜質(zhì)，熔煉產(chǎn)品的精度和合格品率更加可靠和得以提高；又添加了爐前 (還可以加入爐中)取樣分析，使得工藝過程更加緊湊，生產(chǎn)效率和過程更加可靠。本發(fā)明還提供了對耐磨合金鑄鋼進(jìn)行熱處理的工藝，包括1、退火將所述耐磨合金鑄鋼置于溫度為850°C -900°C退火爐中，保溫3-5小時(shí)出 爐，然后空冷；優(yōu)選的實(shí)施例采用退火爐是推桿式退火爐，例如RJT-150-8推桿式等溫退火爐， 其共分7個(gè)加熱區(qū)，各個(gè)加熱區(qū)溫度設(shè)定為850°C -90(TC。多個(gè)被預(yù)制成與退火爐的尺寸 相適應(yīng)的耐磨合金鑄鋼耐磨合金鑄鋼依批次通過上述7個(gè)加熱區(qū)，而被加熱升溫，并依次 連續(xù)的在上述7個(gè)加熱區(qū)中保溫，以使得耐磨合金鑄鋼耐磨合金鑄鋼在退火爐中獲得有效 長度的保溫時(shí)間。加熱區(qū)數(shù)量也可以是其他的數(shù)量，其確定依據(jù)之一是與耐磨合金鑄鋼所 需加熱的時(shí)間相適應(yīng)，以保證耐磨合金鑄鋼的加熱要求，和大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)的要求。同時(shí)為達(dá)到自動(dòng)化生產(chǎn)和更有效的控制退火工序的目的，在上述的7個(gè)加熱區(qū)中 可以設(shè)有溫度監(jiān)控裝置，以實(shí)現(xiàn)溫度的顯示、記錄和遠(yuǎn)程報(bào)告，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對退火爐溫度 的及時(shí)調(diào)整。優(yōu)選的，一、二、三、四、五加熱區(qū)采用TCW-32A三相調(diào)壓，六七區(qū)用數(shù)顯儀表示 溫度，每個(gè)區(qū)都有EL-100-60多點(diǎn)記錄儀顯示記錄溫度。耐磨合金鑄鋼耐磨合金鑄鋼在保 溫3-5小時(shí)后出爐，然后進(jìn)行空冷。2、淬火將所述耐磨合金鑄鋼置于溫度控制在900°C 士 10°C的淬火爐中保溫150 分鐘后取出淬火，冷卻介質(zhì)為水溶性淬火液，耐磨合金鑄鋼冷致300°C左右；優(yōu)選的實(shí)施例采用鑄鏈板式淬火爐，由5個(gè)加熱區(qū)組成，各個(gè)加熱區(qū)溫度控制到 900°C 士 10°C。耐磨合金鑄鋼保溫150分鐘后，取出置入淬火槽，進(jìn)行淬火。各個(gè)加熱區(qū)中可以設(shè)有溫度監(jiān)控裝置，以實(shí)現(xiàn)溫度的顯示、記錄和遠(yuǎn)程報(bào)告，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對淬火爐溫度 的及時(shí)調(diào)整。優(yōu)選的，各個(gè)加熱區(qū)可以設(shè)有數(shù)顯智能溫控儀主控，多點(diǎn)記錄儀集中記錄并監(jiān) 控。另外，加熱區(qū)數(shù)量也可以是其他的數(shù)量，其確定依據(jù)之一是與耐磨合金鑄鋼所需加熱的 時(shí)間相適應(yīng)，以保證耐磨合金鑄鋼的加熱要求，和大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)的要求。淬火采用的冷卻介質(zhì)為水溶性淬火液。優(yōu)選的是配有PVAlO%，三己醇胺1%，苯 甲酸納0. 2 %，太古油0. 2 %的水溶性淬火液，淬火介質(zhì)系統(tǒng)可以采用具有自動(dòng)化能力較高 大循環(huán)形式，并配有特殊攪拌功能，保證淬火液的連續(xù)和穩(wěn)定供應(yīng)，淬火液淬火前的溫度可 以為正常溫度，例如30度以下。耐磨合金鑄鋼在淬火液內(nèi)可根據(jù)不同的情況滯留8-25分 鐘的時(shí)間長度，以使得耐磨合金鑄鋼冷致300°C左右，然后由淬火槽提升機(jī)傳送帶把耐磨合 金鑄鋼送出淬火槽。3、回火將所述耐磨合金鑄鋼置于溫度為到200-230°C的回火爐中，保溫3-4小時(shí) 取出空冷。優(yōu)選的采用網(wǎng)帶式回火爐由5個(gè)加熱區(qū)組成的，各個(gè)加熱區(qū)溫度升到 200-230°C，保溫3-4小時(shí)取出空冷。加熱區(qū)的數(shù)量同樣基于上述原因可以選擇其他的數(shù) 量，而每個(gè)加熱區(qū)可以設(shè)有數(shù)顯智能溫控儀主控，多點(diǎn)記錄儀集中記錄并監(jiān)控等溫度監(jiān)控 裝置，以實(shí)現(xiàn)溫度的顯示、記錄和遠(yuǎn)程報(bào)告。本發(fā)明所揭示的耐磨合金鑄鋼，其抗拉強(qiáng)度1500-1800MPa，屈服強(qiáng)度 1200-1400MPa，延伸率δ 5 7-15%, V 型缺口沖擊韌性 Akv25_40J，硬度48_55HRC。本發(fā) 明中的合金鑄鋼及其熔煉、熱處理工藝具有生產(chǎn)工藝簡單、成本低、強(qiáng)韌性高、淬透性與淬 硬性好且無污染的特點(diǎn)。所得到的合金鑄鋼適合用于在低溫環(huán)境中，如-20°C 0°C，與凍 巖、凍土層接觸的耐磨工程機(jī)械設(shè)備，適應(yīng)在寒帶環(huán)境中長期工作的要求。本發(fā)明中所揭示的實(shí)施例，將通過權(quán)利要求得到體現(xiàn)和保護(hù)，任何根據(jù)本發(fā)明中 所得到的啟示，均落入本發(fā)明所保護(hù)的范圍之中。
權(quán)利要求
一種耐磨合金鑄鋼，其特征在于，其所述鑄鋼的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為C0.27 0.32；Mn0.70 0.90；Si0.90 1.30；Cr1.40 1.80；Mo0.10 0.20；Ni0.10 0.20；Ti0.02 0.03。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨合金鑄鋼，其特征在于所述耐磨合金鑄鋼抗拉強(qiáng) 度:1500-1800MPa,屈服強(qiáng)度:1200-1400MPa，延伸率δ 57-15 %，V型缺口沖擊韌性 Akv25-40J，硬度48-55HRC，適用于制造用于在-20°C _0°C的環(huán)境下與凍巖、凍土層接觸的 耐磨工程機(jī)械設(shè)備。
3.一種耐磨合金鑄鋼的熔煉工藝，包括步驟1、當(dāng)熔煉鋼液升溫至1550-1560°C時(shí)，分別加入元素碳、鉬鐵、鉻鐵、鎳、鈦鐵，然后繼續(xù)升溫；步驟2、當(dāng)熔煉鋼液升溫至1570-1580°C時(shí)，加入硅鐵；步驟3、當(dāng)熔煉鋼液升溫至1590-1600°C時(shí)，加入錳鐵；步驟4、當(dāng)熔煉鋼液升溫至1610-1630°C時(shí)，斷電出鋼液澆注。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐磨合金鑄鋼的熔煉工藝，其特征在于所述熔煉鋼液是采 用酸性的高頻或中頻感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐磨合金鑄鋼的熔煉工藝，其特征在于在所述步驟3后還 進(jìn)行脫氧工序以盡量減小鋼液中的含氣量，所述脫氧工序采用比例為0. 03-0. 06%的鋁。
6.一種耐磨合金鑄鋼的熱處理工藝，包括步驟1退火將所述耐磨合金鑄鋼置于溫度為850°C -900°C退火爐中，保溫3-5小時(shí) 出爐，然后空冷；步驟2淬火將所述耐磨合金鑄鋼置于溫度控制在900°C 士 10°C的淬火爐中保溫150 分鐘后取出淬火，冷卻介質(zhì)為水溶性淬火液，耐磨合金鑄鋼冷致300°C左右；步驟3回火將所述耐磨合金鑄鋼置于溫度為到200-230°C的回火爐中，保溫3-4小時(shí) 取出空冷。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的耐磨合金鑄鋼的熱處理工藝，其特征在于所述退火爐、淬火 爐或回火爐可以具有多個(gè)加熱區(qū)，所述每個(gè)加熱區(qū)可以具有用于對所述加熱區(qū)實(shí)現(xiàn)溫度的 顯示、記錄和遠(yuǎn)程報(bào)告的溫度監(jiān)控裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的耐磨合金鑄鋼的熱處理工藝，其特征在于所述水溶性淬火 液含有PVAlO%，三己醇胺1 %，苯甲酸納0. 2%，太古油0. 2%，所述耐磨合金鑄鋼在所述水 溶性淬火液中的時(shí)間為8-25分鐘。
全文摘要
耐磨合金鑄鋼及熔煉、熱處理工藝，鑄鋼為C0.27-0.32；Mn0.70-0.90；Si0.90-1.30；Cr1.40-1.80；Mo0.10-0.20；Ni0.10-0.20；Ti0.02-0.03。熔煉包括在鋼液升溫至1550-1560℃時(shí)，分別加入碳、鉬鐵、鉻鐵、鎳、鈦鐵；在1570-1580℃時(shí)，加入硅鐵；在1590-1600℃時(shí)，加入錳鐵；在1610-1630℃時(shí)，斷電出鋼液澆注。熱處理包括退火、淬火、回火。該工藝生產(chǎn)工藝簡單、成本低且無污染，所得鑄鋼可用于制造與凍巖、凍土層接觸的工程機(jī)械設(shè)備。
文檔編號C21D1/60GK101899627SQ20091020363
公開日2010年12月1日 申請日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者王程懿 申請人:寧波市鄞州商業(yè)精密鑄造有限公司