專利名稱：一種低合金耐磨鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廣泛應(yīng)用于礦山、煤碳、建材等工業(yè)領(lǐng)域的筒體襯板、端襯板及隔子板等耐磨易損件的高強(qiáng)度低合金馬氏耐磨鋼。
目前冶金礦山及煤碳等工業(yè)部門球磨機(jī)襯板國內(nèi)一般均習(xí)慣于采用ZGMn13，國內(nèi)采用鎳硬(Ni-HaRd)鑄鐵或一般低合金耐磨鋼。使用壽命差異較大，一般為半年或更多一點(diǎn)的時(shí)間。國內(nèi)襯板磨耗平均達(dá)0.25公斤/噸礦山。用ZGMn13制作球磨機(jī)襯板對于中小型磨機(jī)不易形成沖擊硬化層；對濕式磨機(jī)，由于礦漿的粘性及球?qū)拥木彌_作用，更不能使高錳鋼產(chǎn)生良好的加工硬化，使ZGMn13的耐磨潛力得不到充分發(fā)揮，而鎳硬鑄鐵屬脆性材料沖擊值太低，應(yīng)用受到限制，在國內(nèi)球磨機(jī)襯板設(shè)計(jì)方面未作相應(yīng)改變之前，不能輕意采用。況且，鎳為稀缺貴重元素，根據(jù)我國資源情況，亦不允許使用。
而一般低合金耐磨鋼，由于材質(zhì)化學(xué)成份和生產(chǎn)工藝上不能保證襯板硬度與沖擊韌性良好配合，造成一般低合金鋼襯板在使用中易出現(xiàn)兩種情況襯板硬度有余，但韌性不足，造成產(chǎn)品開裂韌性有余，但硬度不足，造成使用壽命下降。多數(shù)情況是，低合金耐磨鋼硬度高，主要缺陷是韌性儲備不足，應(yīng)用受到限制。
本發(fā)明的目的就是在常規(guī)低合金耐磨鋼基礎(chǔ)上，根據(jù)工況條件的要求，研究出一種從材質(zhì)化學(xué)成份到生產(chǎn)工藝既保證足夠的硬度，又有適當(dāng)韌性的高強(qiáng)度低合金馬氏體耐磨鋼。
本發(fā)明所述的這種低合金耐磨鋼，其化學(xué)成份及含量如下(重量％)C 0.25-0.50Si 1.0-1.5Mn 1.5-1.9P ≤0.04S ≤0.04
Cr 1.0-1.40Mo 0.2-0.4V 0.05-0.10B 0.001-0.003Re 0.02-0.05其余為Fe(1)碳含量是影響鋼鐵材料性能最關(guān)鍵、最主要的元素之一。對于本發(fā)明高強(qiáng)度低合金馬氏體耐磨鋼亦不例外。材質(zhì)處理后的最大淬硬硬度主要取決于含碳量。合金元素對材質(zhì)的最大硬度影響不大，但合金元素深深地影響到特定尺寸和斷面最大硬度所能達(dá)到的深度。因此，本發(fā)明強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品需要的硬度(淬硬硬度)來確定材質(zhì)的含碳量。含碳過高有淬裂的危險(xiǎn)。故本發(fā)明確定材質(zhì)的含碳量范圍較寬0.25-0.50％。根據(jù)工況條件可選用下限、中限和上限值。
(2)錳在給定的含碳量下，增加淬透性最便宜的方法就是增大錳含量。錳顯著地降低鋼的Ar溫度和奧氏體(A)的分解速度，錳還可顯者地降低鋼的臨界淬火速度，但錳也不能過高，過高的含錳量將增加淬火后的殘余奧氏體量(RA)。本發(fā)明錳含量控制在1.5-1.9(％)。
(3)硅硅的加入也能提高淬透性并使第一步回火脆性溫度增高，硅對奧氏體(A)晶粒長大有阻礙作用，可抵消加鉻和錳所帶來的副作用，但硅過高易產(chǎn)生淬火裂紋，故硅含量選擇在1.0-1.5％為宜。
(4)鉻本材質(zhì)加入一定量的鉻，歸納起來有三個(gè)作用(i)提高本材質(zhì)的淬透性；(ii)增強(qiáng)抗腐蝕能力；(iii)增強(qiáng)回火抗力和耐磨性。
但過量的鉻易析出針狀馬氏體，促進(jìn)鋼的回火脆性及熱敏感性。為此，將鉻限制在1.0-1.4(％)。
(5)鉬鉬是一種有效的強(qiáng)化物，它能顯著地抑制貝氏體和鐵素體的轉(zhuǎn)變，在經(jīng)淬火和回火的低合金耐磨鋼中，鉬能細(xì)化晶粒、增加淬透性和減少對回火脆性的敏感性。鉬與鉻相似，可增加材質(zhì)抗腐蝕能力。同時(shí)加入Cr、Mo易得到板條狀馬氏體，可提高本材質(zhì)的綜合機(jī)械性能。但鉬量若過多，易析出針狀馬氏體，目鉬成本很高。故將鉬控制在0.2-0.4％為宜。
(6)釩根據(jù)少量加入幾種合金元素比大量加入一種或兩種合金元素能有效地提高淬透性的原理。本發(fā)明釩是作為微量合金化元素加入的。V形成VC或V4V3和VN，硬度很高；V能細(xì)化晶粒，提高耐磨性，加入一定的釩有利于馬氏體的轉(zhuǎn)變。但釩是貴重元素，本發(fā)明釩量控制在0.05-0.10％的微量范圍。
(7)稀土-硼復(fù)合變質(zhì)劑我國稀土和硼資源豐富。價(jià)格亦低廉。稀土在鋼中的機(jī)理目前仍未完全弄清楚。但一般認(rèn)為稀土的主要作用是凈化鋼液，可降低〖O〗、〖H〗、〖S〗含量，改善非金屬夾雜形狀、大小和分布，細(xì)化晶粒，可消除或減輕柱狀晶。硼有強(qiáng)烈改善鋼的淬透性能力，這是硼在本材質(zhì)中的主要作用。
本發(fā)明對耐磨鋼液采用Re-B復(fù)合變質(zhì)處理。其目的是改善馬氏體耐磨鋼的韌性αk(J/cm2)經(jīng)驗(yàn)證明鋼液變質(zhì)與否，材質(zhì)韌性確有較大差異，試驗(yàn)證明用稀土或硼單獨(dú)變質(zhì)處理，對材質(zhì)韌性的提高不及用稀土-硼復(fù)合變質(zhì)處理。
但過量的稀土及硼量是不允許的。硼量過多，晶介上硼的硼化物會導(dǎo)至鋼的脆性增加；稀土量過多，也將起反作用。故規(guī)定B＝0.001-0.003％ Re 0.02-0.04％。
(8)磷、硫含量磷、硫含量越低越好。本發(fā)明材質(zhì)規(guī)定P、S含量≤0.04％。
本發(fā)明所述的低合金耐磨鋼充分發(fā)揮我國資源優(yōu)勢，利用硼(B)、稀土(Re)復(fù)合變質(zhì)劑作用，提高沖擊韌性(αk)和斷裂韌性(Kic)值。為保證較大截面襯板中能誘發(fā)生在馬氏體，鋼中加入保證淬透性的合金元素Si、Mn、Cr、Mo。并有意識地充分利用廉價(jià)的Mn、Si元素進(jìn)行合金化。加入少量的釩(V)，作為微合金化元素。加入Cr和Mo，除提高耐磨性外，亦有一定的抗腐蝕性。
實(shí)施例1用堿性電弧爐來冶煉本低合金耐磨鋼，化學(xué)成份按下面比例配比(重量百分比)加入鋼水內(nèi)，C 0.4Si 1.0Mn 1.6Cr 1.2Mo 0.25V 0.08B 0.0017Re 0.03P ＜0.03S ＜0.02冶煉首先電弧爐煉鋼、氧化期脫碳量≥0.35％C，白渣還原，然后加入Re-B，對鋼液進(jìn)行變質(zhì)處理，出鋼后可在盛鋼桶內(nèi)吹氬(Ar)。壓力≈0.03MPa，時(shí)間為2-3分鐘。
用此冶煉好的鋼水鑄造φ1.5×1.5m球磨機(jī)襯板，使用壽命比高錳鋼的使用壽命提高了約1.5倍，機(jī)械性能如下HRc＝50.5，沖擊韌性αk58J/cm2，斷裂韌性Kic＝117MPa/M，強(qiáng)度極限＝1680MPa，屈服極限δ0.2＝1274MPa，經(jīng)過熱處理后所得金相組織為回火馬氏體+少量下貝氏體+少量殘余奧氏體實(shí)施例2
用實(shí)施例1所述的方法冶煉本低合金耐磨鋼化學(xué)成份按下面比例配比(重量百分比)加入鋼水內(nèi)，C 0.5Si 1.5Mn 1.9Cr 1.40Mo 0.4V 0.10B 0.003Re 0.05P 0.04S 0.04用此冶煉好的鋼水鑄造中、小型濕式球磨機(jī)襯板，其抗沖擊性能雖不及高猛鋼，但其所具備的沖擊韌性完全可適用于這類工況條件，綜合耐磨壽命高于高猛鋼。成本低于高猛鋼。
機(jī)械性能如下強(qiáng)度極限δb＝1670MPa屈服極限δ＝1270MPa沖擊韌性αkJ/cm2HRC＝50斷裂韌性Kic＝117MPa/M經(jīng)過熱處理后所得金相組織為M回+B(少量)+RA(少量)實(shí)施例3用實(shí)施例1、2所述的方法冶煉本低合金耐磨鋼，化學(xué)成份按下面比例配比(重量百分比)加入鋼水中。
C 0.25Si1.0
Mn 1.5Cr 1.0Mo 0.2V0.05B0.001Re 0.02P0.02S0.01用此冶煉好的鋼水鑄造破碎齒板，錘頭，板錘、護(hù)板、對輥等工件，使用壽命大大高于高猛鋼，成本低于高猛鋼。
機(jī)械性能如下HRC＝50.5沖擊韌性αk58J/cm2強(qiáng)度極限σb＝1765MPa屈服極限σs＝1430MPa斷裂韌性Kic＝117MPa/M回火后金相組織M回+B(少量)+RA(少量)
權(quán)利要求
1.一種低合金耐磨鋼，其特征在于其材質(zhì)化學(xué)成份及含量如下(重量百分比)C 0.25-0.50Si1.0-1.5Mn1.5-1.9Cr1.0-1.40Mo0.2-0.4V 0.05-0.10B 0.001-0.003Re0.02-0.05P ≤0.04S ≤0.04其余為Fe
2.一種低合金耐磨鋼的制備方法，其特征在于(1)電弧爐冶煉，氧化期脫碳量≥0.35％C，白渣還原，(2)用Re-B作復(fù)合劑對鋼液進(jìn)行變質(zhì)處理，(3)對鋼液作吹氬處理，壓力≈0.03MPa，時(shí)間為2-3分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種廣泛應(yīng)用于礦山、煤炭、建材等工業(yè)領(lǐng)域的筒體襯板，端襯板及隔子板等耐磨易損件的高強(qiáng)度低合金馬氏耐磨鋼，其特征是含C0.25-0.50，Si1.0-1.5，Mn1.5-1.9，Cr1.0-1.40，Mo0.2-0.4，V0.05-0.10，B0.001-0.003，Re0.02-0.05，P≤0.04，S≤0.04，用此鋼鑄造的礦山、煤炭、建材等工業(yè)領(lǐng)域用耐磨易損件，沖擊韌性(αk)、斷裂韌性(Kic)，耐磨性都得到了提高，抗腐蝕性也得到提高。
文檔編號C22C38/38GK1132264SQ95103150
公開日1996年10月2日 申請日期1995年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月28日
發(fā)明者王宇輝 申請人:王宇輝