一種耐磨鑄鋼的製作方法

2023-04-30 11:07:21

專利名稱：：一種耐磨鑄鋼的製作方法
技術領域：
：本發明屬於金屬材料領域，特別涉及冶金、礦山、電力、機械等行業用於製造在撞擊研磨磨損條件下工作備件的耐磨鑄鋼。目前，冶金、礦山、電力等設備中的耐磨備件大多採用傳統的高錳鋼等材料製造。然而，近年來的研究表明在許多工況條件下，尤其是在中小能量衝擊磨料磨損條件下，高錳鋼並不耐磨。其原因是，高錳鋼為奧氏體鋼，初始硬度較低，在沒有受到劇烈衝擊的情況下，短時間內得不到充分的加工硬化。因此，在研磨初期，磨損速度較快。由於工作層的不斷消失，始終得不到有效的加工硬化，致使高錳鋼的耐磨特性得不到充分發揮，因而使用壽命較短。表1及表2分別列出高錳鋼的化學成份及力學性能。從表2中可以看出，高錳鋼經水韌處理後的硬度僅為HB220，而從報廢的球磨機襯板上取樣分析(襯板剩餘厚度僅為原始厚度的三分之一)可知，其硬度僅為HRC38-42。由此可見衝擊硬化效果並不很好，故耐磨性較差，平均使用壽命只有四個月左右，在現有技術中，中錳鋼和高錳鋼及其它奧氏體鑄鋼都不同程度地存在上述問題。表1高錳鋼的化學成份(GB5680-85)表2高錳鋼的力學性能(GB5680-85)專利號為SU170087文獻中公開了一種鑄鐵材料，其化學成份列入表3。在該鑄鐵組織中由於存在大量粗大的共晶碳化物及網狀碳化物，因此韌性較差。與此耐磨鑄鐵相似的還有普通白口鐵、高鉻鑄鐵、馬氏體、貝氏體球墨鑄鐵及鎳硬鑄鐵等材料，雖然具有較高的硬度，良好的耐磨性，但衝擊韌性較差，一般僅在1～10J/cm2之間，故只能用於製造小能量衝擊磨損條件下工作的零部件。表3耐磨鑄鐵(SU1700087)的化學成份再如專利號為SU1650759文獻中公開的一種鑄鋼，其化學成份列入表4。該鑄鋼的抗拉強度為710～750MPa，衝擊韌性為12.5～13.8J/cm2。這種鑄鋼硬度較高，耐磨性較好，但強度較低，只能在中小衝擊載荷下工作。此外，在熔煉中Ca、Ce、Ba等元素很難控制，且合金含量如Cr等元素較高，其價格也比較昂貴。表4耐磨鑄鋼(SU1650759)的化學成份本發明的目的是針對現有鑄鋼材料強韌性低，耐磨性差，使用壽命短等不足，提供了一種低合金多元素的新型馬氏體、貝氏體耐磨鑄鋼材料。該種材料不僅能承受較大的衝擊載荷，而且還具有優良的抗磨料磨損的性能，用以取代高錳奧氏體鑄鋼，是目前製造在有較大的撞擊性接觸負載時的劇烈撞擊研磨磨損條件下工作零部件的理想原材料。本發明在借鑑國內外先進技術基礎上，採用低合金多元素的技術路線，其特徵是以C、Cr、Mo為主要合金元素，輔加少量的V、Ti元素以及微量的B及RE元素。該種成份的鑄鋼經熱處理後，其顯微組織為回火馬氏體加下貝氏體及少量的殘餘奧氏體，使鋼具有很高的強韌性及優良的耐磨性，綜合機械性能優於高錳奧氏體鑄鋼。表5本發明鑄鋼的化學成份(wt％)本發明的耐磨鑄鋼中碳含量選擇在0.15～0.50％之間，其目的是在保證鑄鋼具有一定硬度的前提下，兼有較高的強韌性。對鑄鋼來講，碳含量過高，組織中必將產生網狀碳化物，而導致脆性增加；碳含量低於0.15％，鑄鋼的硬度會大幅度下降，從而降低耐磨性。鉻是提高淬透性最有效的合金元素之一，鑄鋼中含有1.0～2.0％鉻，可有效地提高鑄鋼的淬透性，強化基體。鋼中加入0.2～0.5％的鉬，不僅可以提高淬透性，促進貝氏體轉變，還可以改善鑄鋼的凝固特性。釩、鈦均為強碳化物形成元素，可與碳形成高熔點的TiC、VC等細小分散的化合物，起彌散強化作用，從而提高鋼的強度和韌性。硼可與鐵、鉻、鉬及其它金屬形成高熔點的硼化物，析集或吸附在晶界上，起彌散強化作用。鋼中加入微量的硼能提高鑄鋼的淬透性和細化鋼的鑄態組織，並有利於貝氏體的形成。稀土可有效地提高鋼水的純淨度，促進微合金化，本發明鑄鋼中加入微量的稀土元素，不僅可以除磷除硫，減少夾雜物，淨化鋼液，改善鑄態組織，而且它可以與V、Ti、Mo等金屬元素形成高熔點的金屬間化合物，彌散分布於鑄鋼的基體中，起到強烈的彌散強化作用，顯著地提高鑄鋼的塑性和衝擊韌性。但加入量過多，會使鋼脆化。本發明提供的耐磨鑄鋼用已知的方法，在鹼性中頻爐內冶煉，用2∶1的石灰粉和氟化粉造渣，用鋁脫氧，煉鋼原料為廢鋼和鐵合金，爐料的加入順序是廢鋼，鉻鐵及回爐料；熔化後加入鉬鐵及錳鐵；脫氧後加入矽鐵、釩鐵、鈦鐵及硼鐵；稀土是採用衝入法在包內加入。為了更確切地應用本發明，特推薦出在不同承載工況下工作的兩種鑄鋼的成份及熱處理工藝制度。I.當鑄件在強烈的衝擊磨料磨損條件下工作時，建議採用表6化學成份的鑄鋼。該種鑄鋼經880～890℃保溫2～3小時水淬和220～230℃保溫2～3小時水冷的熱處理工藝處理後，由於碳含量較低，其組織為板條馬氏體加下貝氏體，因而具有較高的抗拉強度及韌性；況且硬度適中，可以用於製造冶金礦山設備中承受強烈衝擊磨損的零部件。如電鏟鏟齒、齒座及球磨機襯板等。表6推薦I號鑄鋼的化學成份(wt％)II.當鑄件在中小能量衝擊載荷磨料磨損條件下工作時，可適當提高鑄件的硬度，以提高耐磨性。為此，建議採用表7化學成份的鑄鋼。該種成份的鑄鋼經860～870℃保溫2～3小時油淬和220～230℃保溫2～3小時水冷的熱處理工藝處理後，雖然抗拉強度及韌性有所下降，但硬度較高，具有優良的耐磨性。表7推薦II號鑄鋼的化學成份(wt％)本發明提供的耐磨鑄鋼克服了現有技術存在的不足，具有化學成份配方合理，澆鑄工藝易控制，綜合性能好，經濟效益顯著等優點。該鑄鋼同現有技術相比具有如下特點1.綜合力學性能明顯優於耐磨鑄鋼SU1650759和高錳鋼以及耐磨鑄鐵SU1700087。其衝擊韌性可與高錳鋼相媲美，尤其是抗拉強度要比上述材料高出50～100％，耐磨性比高錳鋼提高一倍以上。因此，它可以完全取代高錳鋼，在那些既要承受強烈的衝擊磨損，又要承受較大的載荷條件下使用，更能充分發揮其綜合優勢；2.本發明耐磨鑄鋼在成份上選取我國富有的稀土元素進行微合金化，是降低成本，提高鑄鋼強韌性的有效措施；3.本發明成份的鑄鋼經熱處理後，能夠獲得板條馬氏體加下貝氏體雙相組織。因而該種組織鑄鋼的綜合性能要比單一馬氏體或單一貝氏體組織的鑄鋼優越得多；4.將本發明用於製造在有大的撞擊性接觸負載時的劇烈撞擊研磨磨損條件下工作的備件，必將為企業創造巨大的經濟效益。僅以鞍鋼礦山公司為例，每年要消耗各類高錳鋼襯板3000多噸。若採用本發明鑄鋼製作備件，使用壽命按提高一倍計算，則每年就可節約原材料費近千萬元。為了進一步解釋本發明，現按照本發明的成份配方及熱處理工藝給出以下三個實施例。表8為實施例的化學成份，表9為實施例的力學性能。表8實施例的化學成份表9實施例的力學性能※以高錳鋼的耐磨性為1計算而得。權利要求1.一種耐磨鑄鋼，以C、Cr、Mo為主要合金元素，其特徵在於輔加少量的V、Ti及微量的RE和B合金元素，其成份含量為(wt％)C0.15～0.50Si≤0.50Mn≤1.0Cr1.0～2.0Mo0.2～0.50V0.02～0.10Ti0.02～0.10B0.005～0.10RE0.05～0.50S≤0.04P≤0.042.根據權利要求1所述的耐磨鑄鋼，其特徵在於在強烈的衝擊磨料磨損條件下工作的最佳成分比例為(wt％)C0.15～0.35Si≤0.5Mn≤1.0Cr1.5～2.0Mo0.2～0.5V0.05～0.10Ti0.05～0.10B0.005～0.10RE0.1～0.5S≤0.04P≤0.043.根據權利要求1所述的耐磨鑄鋼，其特徵在於在中小能量衝擊載荷磨料磨損條件下工作的最佳成份比例為(wt％)C0.35～0.50Si≤0.5Mn≤1.0Cr1.0～1.5Mo0.2～0.5V0.02～0.05Ti0.02～0.05B0.005～0.10RE0.05～0.10S≤0.04P≤0.0全文摘要本發明提供了一種耐磨鑄鋼,以C、Cr、Mo為主要合金元素,輔加少量V、Ti及微量RE和B合金元素。其化學成分含量為(wt%):C:0.15～0.50,Si≤0.50,Mn≤1.0,Cr:1.0～2.0,Mo:0.20～0.50,V:0.02～0.10,Ti:0.02～0.10,B:0.005～0.10,RE:0.05～0.50,S、P≤0.04,該種成分的鑄鋼經熱處理後,其顯微組織為馬氏體加貝氏體及少量的殘餘奧氏體,具有良好的強韌性及耐磨性,使用壽命比高錳鋼提高一倍以上,是製造承受大撞擊性接觸負載時的劇烈撞擊磨損備件的理想原材料。文檔編號C22C38/28GK1182142SQ9611954公開日1998年5月20日申請日期1996年11月7日優先權日1996年11月7日發明者張東風,曹忠孝,韓萬有申請人:鞍山鋼鐵集團公司