专利名称：中合金耐磨钢及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种耐磨钢，特别涉及一种硬度高、冲击韧性好、加工硬 化程度高，具有良好综合力学性能和淬透性能的中合金耐磨钢及其应用， 属于金属耐磨材料技术领域。
背景技术：
目前在冶金、电力、建材、建筑、煤炭、化工等行业的冲击载荷磨损 工况条件下，常用中合金耐磨钢。
中合金耐磨钢通过在空气或油或缓冷水溶液中冷却淬火可得到马氏 体基体为主的显微组织。此钢具有一定的硬度、冲击韧性和耐磨性，特别 是空气中淬火的钢应力较小，使用中不易断裂。
中合金耐磨钢的代表为铸造30Cr5Mo钢，30Cr5Mo钢V型缺口冲击 韧度为23J/cm2，硬度为47HRC。其缺点是钢的硬度、冲击韧性和耐磨性 还有待提高，钢件因用空淬工艺而显得淬透性有些不足。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种硬度
高、冲击韧性好、加工硬化程度高，具有良好综合力学性能和淬透性能的
中合金耐磨钢。
本发明的另一目的在于提供上述中合金耐磨钢的应用。 本发明的目的通过下述技术方案实现 一种中合金耐磨钢，含有下列
质量百分比的化学成分碳(C) 0.25 0.45%，硅(Si) 0.3 2.0%，锰 (Mn) 0.3 1.5%，铬(Cr) 3.0 6.0%，钼(Mo) 0.2 1.0%，硼(B)
0.001 0.01%，稀土元素(RE)0.01 0.30/。，磷(P)S0.040/0，硫(S)^).040/0
余量为铁(Fe)。
所述中合金耐磨钢还可以包含以下一种或至少两种的化学成分，各化 学成分质量百分含量为铌(Nb) 0.01 0.2%，镍(Ni) 0.1 1.0%，
3鸭(W) 0.1 1.00/0，钛(Ti) 0.01 0.2%， 锆(Zr) 0.01 0.2%，钒 (V) 0.01 0.2%或铝(Al) 0.01 0.1%。
为了更好地实现本发明，所述碳的质量百分含量优选为0.28 0.35%。 所述铬的质量百分含量优选为4.0 5.0%。
所述中合金耐磨钢在淬火热处理后的显微组织包括马氏体、贝氏体和 残余奥氏体，其中，以马氏体为主。
本发明的中合金耐磨钢的制备方法，包括如下步骤将生铁、废钢、 纯金属和各种铁合金加入电炉冶炼，出炉钢液用硼合金和稀土合金在盛钢 桶内做孕育变质处理，浇铸成型后，将铸造零部件加热至940 102(TC保 温不少于2小时，保温后将零部件在空气或油或缓冷水溶液中淬火冷却， 再在28(TC进行不少于2小时的回火处理，即得中合金耐磨钢。
所述制备方法中的纯金属为镍或铜。
所述制备方法中用到的生铁、废钢、纯金属、铁合金、硼合金和稀土 合金等原材料均为公知的商品化普通原材料，均可从市场上购买获得。
所述中合金耐磨钢淬透性好，韧性和硬度高，加工硬化率较高，综合 力学性能突出，耐磨性提高，扩大了中合金耐磨钢的应用范围，适于制备 磨损特别是冲击磨损工况用的零部件。
在所述中合金耐磨钢中，硼的作用为细化钢的晶粒，固溶强化基体， 提高淬透性，有利于钢获得强韧性较好的淬火贝氏体显微组织，提高钢的 冲击韧性，提高钢的加工硬化率即钢的硬度，强化了钢的抗磨性；稀土元 素的作用为细化钢的晶粒，净化钢液；硼和稀土元素协同作用，能进一步 细化钢的晶粒，提高钢的硬度和韧性、淬透性、加工硬化率和抗冲击磨损 性能；铬、钼、镍、钨、锰和硅的主要作用是提高钢的淬透性和固溶强化 基体；铌、钒、钛和锆的主要作用是细化钢的晶粒和固溶强化基体；铌、 硼和稀土元素交互和协同作用，显著细化钢的晶粒，提高钢的硬度和韧性、 淬透性、加工硬化率和抗冲击磨损性能；铝和硅的作用为净化钢液。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果本发明的中合金耐磨钢， 因为在钢中加入了硼和稀土元素，使得中合金耐磨钢比起现有的钢种具有 更多的优势淬透性好，韧性好，初始硬度高，加工硬化程度高，耐磨性 能更好，应用范围更广，适于制备磨损特别是冲击磨损工况用的零部件。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式 不限于此。
实施例1
本实施例的中合金耐磨钢，含有下列质量比的化学成分碳0.31%， 硅1.6%,锰0.52%，铬5.0%，钼0.5%，硼0.01%，稀土元素0.01%， 铝0.1%,磷0.035%，硫0.04%，余量为铁。经孕育变质处理，浇铸成型 后的铸造零部件加热至102(TC保温2小时，空气淬火冷却后，再加热至 28(TC进行2小时的回火。制备的中合金耐磨钢硬度为48 49HRC， V型缺 口冲击韧度为28 31J/cm2。
与不含有硼元素和稀土元素的中合金耐磨钢(按本实施例方法制备和 处理，仅不含硼和稀土元素，其他化学成分相同，其硬度为47HRC， V型 缺口冲击韧度为23J/cm2)相比，本实施例的中合金耐磨钢抗冲击磨料磨损 性能提高15%，冲击磨料磨损加工硬化率提高8%，淬透性即球磨机衬板 件淬透厚度提高20%以上。
实施例2
本实施例的中合金耐磨钢，含有下列质量比的化学成分碳0.45%， 硅2.0%，锰0.65%，铬3.0%，钼1.0%，锆0.2%，硼0.001%，稀土元 素0.3%，磷0.028%，硫0.027%，余量为铁。经孕育变质处理，浇铸成型 后的铸造零部件加热至94(TC保温3小时，空气淬火冷却后，再加热至280°C 进行2小时的回火。制备的中合金耐磨钢硬度为51 52HRC，无缺口冲击 韧度为40 43J/cm2。
与不含有硼元素和稀土元素的中合金耐磨钢(按本实施例方法制备和 处理，仅不含硼和稀土元素，其他化学成分相同，其硬度为50HRC，无缺 口冲击韧度为30J/cm2)相比，本实施例的中合金耐磨钢抗冲击磨料磨损性 能提高12%,冲击磨料磨损加工硬化率提高6%，淬透性即球磨机衬板件 淬透厚度提高20%以上。
本实施例的中合金耐磨钢，含有下列质量比的化学成分碳0.25%，硅0.55%，锰0.3%，铬6.0%，钼0.2%，镍1.0%，鸨0.1%，铌0.08%,硼0.007%，稀土元素0.15%，钒0.2%，钛0.01%,磷0.04%，硫0.029%，
余量为铁。经孕育变质处理，浇铸成型后的铸造零部件加热至IOO(TC保温2小时，油淬火冷却后，再加热至28(TC进行3小时的回火。制备的中合金耐磨钢硬度为46 47HRC， V型缺口冲击韧度为30 33J/cm2。
与不含有铌、硼和稀土元素的中合金耐磨钢(按本实施例方法制备和处理，仅不含铌、硼和稀土元素，其他化学成分相同，其硬度为45HRC，V型缺口冲击韧度为25J/cm2)相比，本实施例的中合金耐磨钢抗冲击磨料磨损性能提高18Q^，冲击磨料磨损加工硬化率提高10%，淬透性即球磨机衬板件淬透厚度提高20%以上。
实施例4
本实施例的中合金耐磨钢，含有下列质量比的化学成分碳0.35%，硅0.3%，锰1.5%，铬4.6%，钼0.2%，镍0.1%，鸨1.0%，铌0.01%，硼0.004%，稀土元素0.18%，钛0.2%，锆0.01%，钒0.01%，铝0.01%，磷0.027%，硫0.028%，余量为铁。经孕育变质处理，浇铸成型后的铸造零部件加热至98(TC保温3小时，空气淬火冷却后，再加热至28(TC进行2小时的回火。制备的中合金耐磨钢硬度为50 51HRC， V型缺口冲击韧度为26 29J/cm2。
与不含有铌、硼和稀土元素的中合金耐磨钢(按本实施例方法制备和处理，仅不含铌、硼和稀土元素，其他化学成分相同，其硬度为48HRC,V型缺口冲击韧度为20J/cm2)相比，本实施例的中合金耐磨钢抗冲击磨料磨损性能提高18%，冲击磨料磨损加工硬化率提高10%,淬透性即球磨机衬板件淬透厚度提高20%以上。
实施例5
本实施例的中合金耐磨钢，含有下列质量比的化学成分碳0.28%,硅1.1%，锰0.8%，铬4.0%，钼0.5%，铌0.2%，硼0.006%，稀土元素0.1%，磷0.03%，硫0.028%，余量为铁。经孕育变质处理，浇铸成型后的铸造零部件加热至IOO(TC保温3小时，空气淬火冷却后，再加热至280°C进行2小时的回火。制备的中合金耐磨钢硬度为47 48HRC， V型缺口冲击韧度为29 32J/cm2。
与不含有铌、硼和稀土元素的中合金耐磨钢(按本实施例方法制备和处理，仅不含铌、硼和稀土元素，其他化学成分相同，其硬度为46HRC，V型缺口冲击韧度为24J/cm2)相比，本实施例的中合金耐磨钢抗冲击磨料磨损性能提高18%，冲击磨料磨损加工硬化率提高10%，淬透性即球磨机衬板件淬透厚度提高20%以上。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种中合金耐磨钢，含有下列质量百分比的化学成分碳 0.25～0.45％，硅 0.3～2.0％，锰 0.3～1.5％，铬 3.0～6.0％，钼 0.2～1.0％，硼0.001～0.01％，稀土元素 0.01～0.3％，磷≤0.04％，硫≤0.04％，余量为铁。
2、 根据权利要求1所述的中合金耐磨钢，其特征在于所述中合金耐磨钢还包含以下一种或至少两种的化学成分，各化学成分质量百分含量为铌0.01 0.2%、镍0.1 1.0%、鸨0.1 1.0%、钛0.01 0.2%、 锆0.01 0.2%、钒0.01 0.2%或铝0.01 0.1%。
3、 根据权利要求1或2所述的中合金耐磨钢，其特征在于所述碳的质量百分含量为0.28 0.35%。
4、 根据权利要求1或2所述的中合金耐磨钢，其特征在于所述铬的质量百分含量为4.0 5.0%。
5、 根据权利要求1或2所述的中合金耐磨钢，其特征在于.，所述中合金耐磨钢在淬火热处理后的显微组织包括马氏体、贝氏体和残余奥氏体。
6、 根据权利要求5所述的中合金耐磨钢，其特征在于所述中合金耐磨钢在淬火热处理后的显微组织以马氏体为主。
7、 一种权利要求1或2所述的中合金耐磨钢应用于制备磨损工况用零部件。
8、 一种权利要求1或2所述的中合金耐磨钢应用于制备冲击磨损工况用的零部件。
全文摘要
本发明公开了一种硬度高、冲击韧性好、加工硬化程度高，具有良好综合力学性能和淬透性能的中合金耐磨钢。本发明的中合金耐磨钢，由于加入硼元素和稀土元素，使得中合金耐磨钢淬透性更好，韧性更好，初始硬度高，加工硬化程度高，耐磨性能更好，从而扩大了材料的应用范围。本发明的中合金耐磨钢适于制备磨损特别是冲击磨损工况用的零部件。
文档编号C22C38/54GK101497963SQ200910037498
公开日2009年8月5日 申请日期2009年3月2日 优先权日2009年3月2日
发明者英 刘, 卫 李 申请人:暨南大学