专利名称：一种中低合金耐磨钢及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种耐磨金属材料，具体说是涉及一种中低合金耐磨钢及其制备方法。
背景技术：
目前，关于耐磨钢铁材料的研究已经相当广泛，特别是近二十年来，国内外根据用途和资源状况开发了一系列耐磨钢铁品种，已经广泛地应用于冶金、矿山、交通、电力、煤炭、建材等各个工业门中，许多工件及设备由于磨损而迅速失效，从而造成了大量的经济损失。因此，高寿命钢铁耐磨材料的研制和使用，一直是企业和科研单位共同关注的重要课题。常用的耐磨钢铁材料主要包括高锰钢、铬系白口铸铁、奥-贝球墨耐磨铸铁以及含稀土的中低合金耐磨钢，中低合金耐磨钢的合金元素含量较低，综合性能好，生产灵活方便，价格低廉，可以在较大范围内控制硬度和韧性的匹配，在多种磨损工况条件下均可获得较好的耐磨性，已成为多种耐磨工件的使用材质，有着非常广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的提供一种硬度高，耐磨性好，韧性佳，综合性能优良的中低合金耐磨钢及其制备方法，该耐磨钢可广泛应用于锤头、衬板、刮板、导向板等耐磨工件。为此，本发明提供了一种中低合金耐磨钢，其化学成分按质量百分比计为碳 (C)为 0. 41 % -0. 50 %，硅(Si)为 0. 85 % -0. 95 %，猛(Mn)为 1. 1 % -1. 4 %，铬(Cr) 为 1. 5 % -2. 3 %，钼(Mo)为 0. 31 % -0. 45 %，铜(Cu)为 1. 25 % -1. 35 %, Ι (Ce)为 0. 30% -0. 45%, | (B)为 0.001%-0.003%，磷(P)彡 0.04%，硫(S)彡 0.04%，余量为铁饰)。该中低合金耐磨钢的化学成分质量百分比可进一步为C :0. 45-0. 48%，Si: 0.88-0.9 %，Mn :1. 2-1. 3 %, Cr 1. 7-1. 9 %, Mo 0. 35-0. 40 %, Cu 1. 28-1. 3 %, Ce 0. 35-0. 40%, B 0. 001-0. 003%, P ( 0. 04%, S 彡 0. 04%，余量为 Fe。本发明还提供了制备所述中低合金耐磨钢的方法，其包括(1)按中低合金耐磨钢各组分比例称量相应的铬铁、钼铁、硅铁和锰铁；(2)将称量好的铬铁、钼铁、硅铁和锰铁加入到中频感应电炉中熔炼，待钢液温度达到1580-1610°C时，加入铜和硼，搅拌，按lkg/t的量插入铝条进行脱氧；(3)先将稀土铈放在浇包内，然后出钢液，钢液温度不低于1580°C，进行浇注，浇注温度为1500-1540°C ；(4)浇注后的工件先进行正火处理，加热至840_860°C保温4小时，在空气中冷却至室温，然后进行淬火处理，加热至900°C保温1小时再在油中冷却，然后在保温 2小时回火。碳(C)对钢的强度、硬度、淬透性、耐磨性以及耐磨性都有非常重要的影响。碳含量低时，熔点高，流动性差，冲击韧度好，但淬硬性不高；碳含量较高时，淬火后的高碳马氏体硬度高，耐磨性好，但冲击韧度低，铁和碳形成的渗碳体(Fe53C)是钢的主要强化相之一， 在钢的抗磨过程中起着非常重要的作用。硅(Si)能提高钢中固溶体的强度，能显著提高钢的弹性极限、屈服极限和屈服比，降低碳在铁素体中的扩散速度，增加钢的回火稳定性。锰(Mn)既可以提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，又是碳化物形成元素，还是好的脱氧剂和脱硫剂，同时锰还可以降低临界转变温度和细化珠光体。铬(Cr)可以提高钢的淬透性，与碳、铁形成多种化合物(Fe，Cr)3C，可显著提高耐磨性，同时固溶强化基体，在提高强度和硬度的同时而不降低冲击韧度，是耐磨材料的基本
元素之一。钼(Mo)在钢中与铁素体和奥氏体固溶并形成碳化物，使钢的等温曲线右移，可显著提高钢的淬透性，提高钢的强度、硬度和回火稳定性，同时可抵抗高温回火脆性。铜(Cu)可以提高电极电位、增强材料的耐蚀性，尤其对湿式磨料磨损工况条件下的耐磨件更为重要，能有效地抑制奥氏体的冷却转变速度，细化、强化基体组织。铈(Ce)能够改善钢的铸态组织、细化晶粒、净化钢液，通过变质非金属夹杂物，可以控制钢中夹杂物的形态，从而提高钢材韧性和抗疲劳性。硼⑶在钢中的作用是增加悴透性，微量(0. 001% )的硼就可以使钢的淬透性成倍的增加。硫⑶容易导致钢在高温下沿晶界开裂，同时加强钢中化学成分的不均勻性和增加非金属夹杂，是有害元素，所以其含量要求S < 0. 04%。磷(P)能全部溶于铁素体内，在低温时会显著降低钢的塑形和韧性，同时加强钢中的成分偏析，是有害元素，所以其含量要求P < 0. 04%。本发明的有益效果如下本发明所述的中低合金耐磨钢是一种硬度高、耐磨性好、韧性佳、综合性能优良的中低合金耐磨材料，可应用于球磨机衬板、混砂机的刮板、导向板以及破碎机的锤头等多种工业耐磨场合。采用本材质生产的衬板在郑州铝厂的Φ 2200mmX 6500mm湿式无螺栓衬板球磨机上试用，其衬板最大厚度120mm，最小厚度80mm ；在鸡西水泥厂Φ 1830mmX 6200mm球磨机衬板上试用，根据其实际的应用效果，其硬度大于50HRC，冲击韧性值21-34J/cm2，抗拉强度1030-1480MPa，延伸率6. 4-7. 8%，残余伸长率为0. 2%时的屈服强度为716_784MPa。 在较小冲击功的工况条件下，其耐磨性优于高锰钢，使用寿命约是高锰钢的2倍，且成本较高锰钢低廉，具有明显的经济效益和社会效益。
具体实施例方式本发明提供了一种中低合金耐磨钢，该中低合金耐磨钢的化学成分按质量百分比计为碳(C)为 0. 41% -0. 50%，硅(Si)为 0. 85% -0. 95%，锰(Mn)为 1. -1. 4%，铬 (Cr)为 1. 5% -2. 3%，钼(Mo)为 0. 31 % -0. 45%，铜(Cu) % 1. 25% -1. 35%，铺(Ce)为 0. 30% -0. 45%，硼(B)为 0. 001% -0. 003%，磷(P) ^ 0. 04%，硫(S) ^ 0. 04%，余量为铁饰)。该中低合金耐磨钢的化学成分按质量百分比计为C :0. 45-0. 48 %, Si 0. 88-0. 9 %, Mn :1. 2-1. 3 %, Cr :1. 7-1. 9 %, Mo :0. 35-0. 40 %, Cu :1. 28-1. 3 %, Ce
0.35-0. 40%, B 0. 001-0. 003%, P ( 0. 04%, S 彡 0. 04%，余量为 Fe。另外，本发明还提供了一种制备上述中低合金耐磨钢的方法，该方法包括如下操作步骤(1)按中低合金耐磨钢各组分比例称量相应的铬铁、钼铁、硅铁和锰铁；(2)将称量好的铬铁、钼铁、硅铁和锰铁加入到中频感应电炉中熔炼，待钢液温度达到1580-1610°C时，加入铜和硼，并进行搅拌，按lkg/t的量插入铝条进行脱氧；(3)先将稀土铈放在浇包内，然后出钢液，钢液温度不低于1580°C，进行浇注，浇注温度为1500-1540°C ；(4)浇注后的工件先进行正火处理，加热至840_860°C保温4小时，在空气中冷却至室温，然后进行淬火处理，加热至900°C保温1小时再在油中冷却，然后在保温 2小时回火。下面以3个具体实例来详细说明。实例1按质量百分比取C 0. 41%, Si 0. 9%, Mn 1. 1 %, Cr -.1.5%, Mo 0. 31%, Cu
1.25%, Ce 0. 3%, B :0. 001%, P :0. 04%, S :0. 04%, Fe :94. 149%。采用中频感应电炉熔炼，加入称量好的铬铁、钼铁、硅铁、锰铁，待钢液温度达到1580-1610°C时，加入铜和硼，搅拌，按lkg/t的量插入铝条进行脱氧；将稀土铈放在浇包内，出钢液，温度不低于1580°C，浇注温度1500-1M0°C。浇注后的工件先进行正火处理，加热至840-860°C保温4小时，在空气中冷却至室温，其目的是细化组织，减少应力，然后进行淬火处理，加热至900°C保温1小时再在油中冷却，然后在240-260°C保温2小时回火，其硬度值为52HRC，冲击韧性值32J/ cm2，抗拉强度1055MPa，延伸率7. 7 %，残余伸长率为0. 2%时的屈服强度为721MPa。实例2按质量百分比取C 0. 45%, Si 0. 9%, Mn 1. 4%, Cr -.1.9%, Mo :0. 37%, Cu 1. 3%, Ce 0. 4%, B :0. 002%, P :0. 04%, S :0. 04%, Fe :93. 198%。采用中频感应电炉熔炼，加入称量好的铬铁、钼铁、硅铁、锰铁，待钢液温度达到1580-1610°C时，加入铜和硼，搅拌，按lkg/t的量插入铝条进行脱氧；将稀土铈放在浇包内，出钢液，温度不低于1580°C，浇注温度1500-1M0°C。浇注后的工件先进行正火处理，加热至840-860°C保温4小时，在空气中冷却至室温，其目的是细化组织，减少应力，然后进行淬火处理，加热至900°C保温1小时再在油中冷却，然后在240-260°C保温2小时回火，其硬度值为53HRC，冲击韧性值25J/ cm2，抗拉强度1310MPa，延伸率6. 8 %，残余伸长率为0. 2%时的屈服强度为755MPa。实例3按质量百分比取C 0. 50%, Si 0. 95%, Mn 1. 4%, Cr -.2.2%, Mo :0. 44%, Cu 1. 35%,Ce 0. 45%,B :0. 003%,P :0. 04%, S :0. 04%,Fe :92. 627%。采用中频感应电炉熔炼，加入称量好的铬铁、钼铁、硅铁、锰铁，待钢液温度达到1580-1610°C时，加入铜和硼，搅拌，按lkg/t的量插入铝条进行脱氧；将稀土铈放在浇包内，出钢液，温度不低于1580°C，浇注温度1500-1M0°C。浇注后的工件先进行正火处理，加热至840-860°C保温4小时，在空气中冷却至室温，其目的是细化组织，减少应力，然后进行淬火处理，加热至900°C保温1小时再在油中冷却，然后在240-260°C保温2小时回火，其硬度值为56HRC，冲击韧性值21J/cm2，抗拉强度1440MPa，延伸率6. 4%，残余伸长率为0. 2%时的屈服强度为764MPa。
权利要求
1.一种中低合金耐磨钢，其特征为，该中低合金耐磨钢的化学成分按质量百分比计为碳(C)为 0. 41 % -0. 50 %，硅(Si)为 0. 85 % -0. 95 %，锰(Mn)为 1. 1 % -1. 4 %，铬 (Cr)为 1. 5% -2. 3%，钼(Mo)为 0. 31 % -0. 45%，铜(Cu) % 1. 25% -1. 35%，铺(Ce)为 0. 30% -0. 45%，硼(B)为 0. 001% -0. 003%，磷(P)彡 0. 04%，硫(S)彡 0. 04%，余量为铁饰)。
2.根据权利要求1所述的中低合金耐磨钢，其特征在于，该中低合金耐磨钢的化学成分按质量百分比计为:C :0. 45-0. 48%, Si :0. 88-0. 9%, Mn :1. 2-1. 3%, Cr :1. 7-1. 9%, Mo :0. 35-0. 40 %, Cu :1. 28-1. 3 %, Ce :0. 35-0. 40 %, B :0. 001-0. 003 %, P ^ 0. 04 %, S彡0. 04%，余量为Fe。
3.一种制备根据权利要求1或2所述的中低合金耐磨钢的方法，该方法包括(1)按中低合金耐磨钢各组分比例称量相应的铬铁、钼铁、硅铁和锰铁；(2)将称量好的铬铁、钼铁、硅铁和锰铁加入到中频感应电炉中熔炼，待钢液温度达到 1580-1610°C时，加入铜和硼，并进行搅拌，按lkg/t的量插入铝条进行脱氧；(3)先将稀土铈放在浇包内，然后出钢液，钢液温度不低于1580°C，进行浇注，浇注温度为 1500-15400C ；(4)浇注后的工件先进行正火处理，加热至840-860°C保温4小时，在空气中冷却至室温，然后进行淬火处理，加热至900°C保温1小时再在油中冷却，然后在240-260°C保温2小时回火。
全文摘要
本发明涉及一种中低合金耐磨钢及其制备方法，该中低合金耐磨钢的化学成分按质量百分比计为碳为0.41％-0.50％，硅为0.85％-0.95％，锰为1.1％-1.4％，铬为1.5％-2.3％，钼为0.31％-0.45％，铜为1.25％-1.35％，铈为0.30％-0.45％，硼为0.001％-0.003％，磷≤0.04％，硫≤0.04％，余量为铁。本发明硬度高、耐磨性好、韧性佳、综合性能优良的中低合金耐磨材料，可应用于球磨机衬板、混砂机的刮板、导向板以及破碎机的锤头等多种工业耐磨场合。
文档编号C22C38/32GK102304672SQ20111027607
公开日2012年1月4日 申请日期2011年9月16日 优先权日2011年9月16日
发明者刘志强, 南红艳, 曹建彬, 李启民, 米国发, 郑喜平 申请人:河南理工大学