本发明涉及钢材料领域，特别是涉及一种高韧性防断裂耐磨损合金钢。
背景技术：
：搅拌头是搅拌摩擦焊技术的关键，被誉为搅拌摩擦焊的心脏。搅拌头的好坏不仅决定了搅拌摩擦焊接头的性能，而且决定着搅拌摩擦焊的生产成本。搅拌头由轴肩、夹持部分和搅拌针组成。在搅拌摩擦焊过程中，搅拌针要旋转着插入被焊材料的结合界面处，并在一定速度下沿着焊缝前进。因此，在搅拌摩擦焊时搅拌针的工作环境较为恶劣，对耐磨损性能，尤其是高温耐磨损性能要求高。国内最常用的搅拌头材料为H13钢。但是H13钢制作的搅拌头在焊接过程中的高温热疲劳作用下，位于搅拌针根部与轴肩相连的过渡处形成疲劳源，当进行铝铜、紫铜等材料的对接焊时，由于在较大扭矩作用下沿夹持区和搅拌针的根部断裂。申请号为201510991313.2的中国发明专利公开了一种搅拌摩擦焊用的高氮钢搅拌头及其制造工艺。该搅拌头的高氮钢材料以重量百分比计，含有以下元素：Mn16-19％、Cr20-30％、N0.5-0.9％、Mo1.5-2.5％、Ni≤0.2％、S≤0.03％、P≤0.03％、C≤0.03％、Si≤0.4％，余量为铁及不可避免杂质。该高氮钢材料强度高、抗蠕变、疲劳性能好，采用该材料制作的搅拌头强度高，受用寿命长，产热稳定，能够满足铝合金等低熔点有色金属对搅拌头性能的要求。但是上述搅拌头材料是针对铝合金等低熔点有色金属焊接用，并且该搅拌头材料并非是以高韧性为特点，因此，在进行铝铜、紫铜等材料的对接焊时，在较大扭矩作用下，夹持区和搅拌针的根部容易断裂。技术实现要素：鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高韧性防断裂耐磨损合金钢，用于解决现有技术中搅拌头合金钢的韧性差、易断裂、易磨损等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种高韧性防断裂耐磨损合金钢，按重量百分比包括如下组分：C0.10-0.23％、Si0.3-1.5％、Mn0.8-2.0％、Cr0.3-2.0％、Mo0.1-0.8％、Sr0.02-1.50％、B0.002-0.008％、Nb0.02-0.50％、In0.01-0.80％、Er0.01-0.80％、P≤0.03％(不包含0％)、S≤0.03％(不包含0％)，余量为Fe和不可避免杂质。在本发明的一些实施例中，按重量百分比包括如下组分：C0.16-0.23％、Si0.3-0.9％、Mn1.35-2.0％、Cr0.3-1.2％、Mo0.4-0.8％、Sr0.02-0.85％、B0.005-0.008％、Nb0.02-0.50％、In0.30-0.80％、Er0.01-0.45％、P≤0.03％(不包含0％)、S≤0.03％(不包含0％)，余量为Fe和不可避免杂质。在本发明的一些实施例中，按重量百分比包括如下组分：C0.16-0.20％、Si0.7-0.9％、Mn1.35-1.50％、Cr0.8-1.2％、Mo0.4-0.45％、Sr0.35-0.85％、B0.005％、Nb0.18-0.50％、In0.30-0.40％、Er0.25-0.45％、P≤0.03％(不包含0％)、S≤0.03％(不包含0％)，余量为Fe和不可避免杂质。在本发明的一些实施例中，按重量百分比包括如下组分：C0.16-0.20％、Si0.7-0.85％、Mn1.35-1.50％、Cr0.8-1.1％、Mo0.40-0.42％、Sr0.35-0.85％、B0.005％、Nb0.18-0.28％、In0.30-0.40％、Er0.25-0.45％、P≤0.03％(不包含0％)、S≤0.03％(不包含0％)，余量为Fe和不可避免杂质。在本发明的一些实施例中，按重量百分比包括如下组分：C0.18-0.20％、Si0.7-0.8％、Mn1.35-1.50％、Cr1.0-1.1％、Mo0.40-0.42％、Sr0.35-0.6％、B0.005％、Nb0.18-0.25％、In0.35-0.40％、Er0.38-0.45％、P≤0.03％(不包含0％)、S≤0.03％(不包含0％)，余量为Fe和不可避免杂质。在本发明的一些实施例中，按重量百分比包括如下组分：C0.20％、Si0.8％、Mn1.35％、Cr1.0％、Mo0.42％、Sr0.6％、B0.005％、Nb0.25％、In0.35％、Er0.38％、P≤0.03％(不包含0％)、S≤0.03％(不包含0％)，余量为Fe和不可避免杂质。在本发明的一些实施例中，P的重量百分比≤0.008％(不包含0％)。在本发明的一些实施例中，P的重量百分比≤0.005％(不包含0％)。在本发明的一些实施例中，S的重量百分比≤0.008％(不包含0％)。在本发明的一些实施例中，S的重量百分比≤0.005％(不包含0％)。在本发明的一些实施例中，S的重量百分比≤0.004％(不包含0％)。在本发明的一些实施例中，不可避免杂质的重量百分比≤0.10％(不包含0％)。在本发明的一些实施例中，不可避免杂质的重量百分比≤0.08％(不包含0％)。本发明第二方面提供上述高韧性防断裂耐磨损合金钢在搅拌头生产中的应用。如上所述，本发明的一种高韧性防断裂耐磨损合金钢，具有以下有益效果：本发明的合金钢在兼具优异高温耐磨损性能的前提下，具有优异的强韧性，能够有效避免搅拌头在进行铝-铜、紫铜等材料的对接焊时，由于较大扭矩作用沿夹持区和搅拌针的根部发生形变或断裂，从而延长搅拌头使用寿命，降低企业生产成本。焊接时峰值温度低于材料的熔点，一般介于被焊材料熔点的50％-90％之间。其中，在合金钢中：碳(C)的主要作用是保持材料较好的强度。硅(Si)的主要作用是作为还原剂和脱氧剂，并提高钢的弹性极限，屈服点、抗拉强度和抗氧化性能。锰(Mn)的主要作用是作为脱氧剂和脱硫剂，并提高材料的强韧性，改善材料的热加工性能。铬(Cr)的主要作用是提高材料的强度、硬度、耐磨性、抗氧化性和耐腐蚀性。钼(Mo)的主要作用是细化晶粒，提高材料的淬透性和热强性能，使材料在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力。锶(Sr)的主要作用是提高材料的高温抗氧化性能，增强材料的高温耐磨损性能。硼(B)的主要作用是改善材料的致密性，提高强度。铌(Nb)的主要作用是细化晶粒、降低材料的过热敏感性及回火脆性，提高强度和耐腐蚀性能。铟(In)的主要作用是改善材料的韧性。铒(Er)的主要作用是改变材料中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善材料的韧性、冷加工性能和耐磨损性能。本发明第二方面提供上述高韧性防断裂耐磨损合金钢的搅拌头生产中的用途。与现有技术对比，本发明的有益效果是：本发明的合金钢在兼具优异高温耐磨损性能的前提下，具有优异的强韧性，能够有效避免搅拌头在进行铝铜、紫铜等材料的对接焊时，由于较大扭矩作用沿夹持区和搅拌针的根部发生形变或断裂，从而延长搅拌头使用寿命，降低企业生产成本。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指绝对压力。实施例1一种高韧性耐高温耐磨防断裂搅拌摩擦焊接机用搅拌头合金钢，按重量百分比包括如下组分：C0.10％、Si1.5％、Mn0.8％、Cr2.0％、Mo0.1％、Sr1.50％、B0.002％、Nb0.50％、In0.01％、Er0.80％、P0.03％、S0.03％、不可避免杂质0.08％，余量为Fe。实施例2一种高韧性耐高温耐磨防断裂搅拌摩擦焊接机用搅拌头合金钢，按重量百分比包括如下组分：C0.23％、Si0.3％、Mn2.0％、Cr0.3％、Mo0.8％、Sr0.02％、B0.008％、Nb0.02％、In0.80％、Er0.01％、P0.01％、S0.01％、不可避免杂质的含量0.08％，余量为Fe。实施例3一种高韧性耐高温耐磨防断裂搅拌摩擦焊接机用搅拌头合金钢，按重量百分比包括如下组分：C0.16％、Si0.9％、Mn1.4％、Cr1.2％、Mo0.45％、Sr0.75％、B0.005％、Nb0.50％、In0.40％、Er0.40％、P0.005％、S0.004％、不可避免杂质0.08％，余量为Fe。实施例4一种高韧性耐高温耐磨防断裂搅拌摩擦焊接机用搅拌头合金钢，按重量百分比包括如下组分：C0.20％、Si0.8％、Mn1.35％、Cr1.0％、Mo0.42％、Sr0.6％、B0.005％、Nb0.25％、In0.35％、Er0.38％、P0.005％、S0.005％、不可避免杂质0.08％，余量为Fe。实施例5一种高韧性耐高温耐磨防断裂搅拌摩擦焊接机用搅拌头合金钢，按重量百分比包括如下组分：C0.18％、Si0.7％、Mn1.50％、Cr1.10％、Mo0.40％、Sr0.35％、B0.005％、Nb0.18％、In0.40％、Er0.45％、P0.005％、S0.008％、不可避免杂质0.08％，余量为Fe。实施例6一种高韧性耐高温耐磨防断裂搅拌摩擦焊接机用搅拌头合金钢，按重量百分比包括如下组分：C0.16％、Si0.85％、Mn1.45％、Cr0.80％、Mo0.40％、Sr0.85％、B0.005％、Nb0.28％、In0.30％、Er0.25％、P0.008％、S0.008％，不可避免杂质0.08％，余量为Fe。参照GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》标准进行材料的冲击试验，试验温度为室温；参照GB/T21143-2014《金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法》标准进行材料的断裂试验，测试温度为室温(25℃)；参照GB/T12444-2006《金属材料磨损试验方法试环-试块滑动磨损试验》标准进行材料的高温磨损试验，测试温度为500℃。为了与商用H13钢进行更直观的对比，将测试结果分别转换成了相对冲击韧性、相对断裂韧度、相对耐磨损性能，并将H13钢的测试值定义成1。各实施例所述一种高韧性耐高温耐磨防断裂搅拌摩擦焊接机用搅拌头合金钢，与H13钢材料的试验数据对比：表1实施例相对冲击韧性相对断裂韧度相对耐磨损性能H13钢111实施例11.241.281.34实施例21.311.371.46实施例31.481.491.54实施例41.621.631.69实施例51.541.581.74实施例61.511.531.72所述合金钢的制备工艺：第一步，采用“中频感应炉+电渣重熔”工艺制备出电渣锭，具体为：先在中频感应炉中熔炼铁锰中间合金及其他相应组分的单质，熔炼温度1520～1590℃，当成分调整达到合格之后，采用下注法将钢液浇成棒状自耗电极，在浇铸完成后脱模并立即埋入沙坑中进行缓冷；第二步，钢锭退火处理，在箱式电阻炉中进行退火，退火温度840～890℃、保温时间根据钢锭直径确定，按1.5分钟/毫米确定时间；第三步，轧制，按照粗轧后精轧的常规轧制工艺进行轧制，获得棒状材料；第四步，热处理，采用淬火后二次回火的热处理工艺，淬火温度1010～1080℃，淬火时间1.5min/mm(尺寸按材料最大直径计算)，油冷；回火温度530℃～620℃，回火二次，每次回火时间为淬火时间的2～4倍。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属
技术领域：
中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。当前第1页1 2 3