工程机械斗齿用钢及斗齿的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机械制造技术领域，尤其是一种用于制造工程机械斗齿的低合金钢。
【背景技术】
[0002] 常用的斗齿为低合金材质，成分为：C:0. 25%-0. 35%，Si: 0. 30%-0. 80%， Mn: 0. 80%-l. 50%,S^ 0. 03% ,p^ 0. 03%,Cr：0. 50%-l. 0%,Ni: 0. 40%-〇. 90%,Mo: 0. 25%-0. 60%,含有比较高的Mo、Ni等贵重金属，产品成本较高；经铸造和热处理后，产品 的机械性能为：抗拉强度〇b:1100Mpa-1500Mpa，洛氏硬度（HRC) :44-54,断后延伸率为： 2%-5%，冲击功（AKv):8J-15J，冲击韧性常常不理想，相当部分在10J以下或10J左右徘徊， 在使用过程中斗齿的主要失效方式是断裂，使用寿命在150小时-300小时之间，尤其是在 矿石、采石场、钢渣等工况下使用寿命更短，严重影响挖掘机、装载机等工程机械的使用性 能和生产效率。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种工程机械斗齿用钢及斗齿的制备方法，它 可以解决工程机械斗齿冲击韧性差，易断裂，使用寿命短的问题。同时去掉贵重金属Ni、Mo， 较大幅度地降低了斗齿的制造成本。
[0004] 为了解决上述问题，本发明的技术方案是：这种工程机械斗齿用钢包含有下 列重量百分比组分的物质：C:0. 25%-0. 33%，Si: 0. 30%-0. 80%，Mn: 0. 80%-1. 20%,Cr: 0? 60%-L0%，B:0? 0005%-0. 0035%，Re-Si稀土硅铁合金：0? 030%-0. 036%，S:彡 0? 030%， P:彡0. 030% ;纯度>97. 0%，总氧含量〈1. 0%，晶型为立方结构，平均粒度20nm，加入量为 0? 20%-0. 40% 的纳米级TiN。
[0005] 上述技术方案中，更为具体的方案可以是：C:0. 26%，Si: 0.41%，Mn: 0.90%，Cr: 0. 75%，B:0. 0012%，Re-Si稀土硅铁合金：0. 032%，纳米级TiN:0. 32%。
[0006]另一更为具体的方案还可以是：C:0? 30%，Si: 0? 52%，Mn: 1. 10%,Cr:0? 80%，B: 0. 0018%，Re-Si稀土硅铁合金：0. 030%，纳米级TiN:0. 25%。
[0007] 这种工程机械用斗齿的制备方法，步骤如下： 第一，熔炼铸造： 1) 将铸钢原料熔化，在钢水化清温度升至1540°C-1560°C时加入0. 3%的锰铁和0. 3% 的硅铁预脱氧并调整成分，将钢中化学成分按物质重量百分数计控制在C:0. 25%-0. 33%， Si: 0. 30%-0, 80%,Mn: 0. 80%-l. 20%,Cr：0. 60%-l. 0%,S0. 030%,P: ^ 0. 030% ； 2) 将钢水温度升至1600°C-1620°C加0. 1%的纯铝终脱氧，停电静置3 -5分钟后扒渣 出钢， 3) 在浇包底部加入预先粉碎成小于10mm的小块状的Re含量为30%的Re-Si稀土 硅铁合金、B含量为20%的B-Fe硼铁合金和纳米级TiN复合变质剂，B的质量百分比为 0? 0005%-0. 0035%，Re-Si稀土硅铁合金：0? 030%-0. 0036%，纳米级TiN:0? 20%-0. 40% ;出 钢钢水温度控制1590°C-1620°C，静置1-2分钟后浇注于斗齿铸模即得到斗齿铸件； 第二，斗齿铸件热处理工艺： 1) 正火工艺：将斗齿铸件加热到890°C-910°C保温后在空气中冷却； 2) 淬火工艺：将斗齿铸件加热至920°C-940°C，采用水溶性淬火液冷却； 3) 回火工艺：将淬火后的斗齿铸件加热至210°C-220°C，保温后空气冷却。
[0008] 由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果： 1、本发明稀土（Re)重量百分含量为0.030%-0. 036%，斗齿熔炼过程中添加稀土（Re)的 作用：1)净化作用：脱硫去气，去除非金属夹杂物的作用。Re是较活泼的金属元素，对氧和 硫有较强的亲和力，生成Re的硫化物和氧化物，生成高熔点稳定的稀土硫化物，及复杂的 硅酸盐，聚集上浮入渣，除渣，从而达到去除钢液中硫的目的。Re与氧、氢和氮亲和力很大， 在钢液中极易生成Re的H、N、0化物，从而稳定了钢中气体，减轻了气体在钢中的有害作用， 尤其是降低了 〇、H的含量。RE能很好地去除非金属夹杂物。此外，Re还能与钢中残余有 害的Pb、Sb、Bi、As等低熔点杂质元素形成高熔点化合物，从而消除这些元素沿晶界分布所 造成脆断倾向。2)变质作用（改善铸态组织)Re的加入对钢的初次结晶有良好的影响，不同 程度上细化了晶粒，消除了铸件柱状组织和魏氏组织。3)合金化作用，Re在奥氏体中有一 定的溶解度与奥氏体形成固溶体，Re又是强烈的碳化物形成元素，钢中随着Re加入量的增 加，铸钢组织中珠光体数量减少而铁素体数量增加，此外Re的加入还导致钢中其它金属元 素在固溶体中和碳化物二个基本相中的分配关系的改变，反映到钢的性能的变化，从而改 善钢的力学性能，总之Re元素的加入使斗齿熔模铸件的力学性能得到改善。同时，Re元素 加入改善铸钢的铸造性能，尤其是流动性和抗热裂倾向得到提高，从而获得优质铸件。
[0009] 2、本发明硼（B)重量百分含量为0. 0005%-0. 0035%，斗齿加入微量B，B对晶界强化 作用很明显，它偏聚于晶界上，使晶界区域的晶格缺位和空穴减少，晶界自由能降低；硼还 能减缓合金元素沿晶界的扩散过程，硼能使沿晶界的析出物降低，改善晶界状态，加入微量 的B能延迟晶界上的裂纹形成过程，此外，B还能有利于碳化物相的稳定，B能大幅度地提 高斗齿的淬透性，〇. 005%的B对钢的淬透性提高的效果相当于在钢中加入0. 5%M〇、0. 5%Mn、 0. 5%Ni和0. 5%Cr等4种合金的综合效果。总之，加入微量B对斗齿的机械性能提高效果非 常明显，也可相应减少Ni、Mo贵重金属的加入量，降低成本。
[0010] 3、本发明变质处理加入了纳米级氮化钛（TiN)，重量百分含量为0. 2%-0. 4%，纳米 级TiN的纯度>97. 0%，总氧含量〈1. 0%，晶型为立方结构，平均粒度20nm，比表面积80m2 / g，松装密度〇? 08g/cm3 ; 由于在配方中加入了纳米级TIN做变质剂，纳米变质剂是以分散尺寸极细亦具有巨大 表面能的纳米材料为主体的特种添加剂，既能增加结晶核心，明显地细化晶粒和改变基体 组织结构，又能在组织中形成均匀分布硬质点，阻碍晶体滑移和磨损。因此，它能同时显著 地提高钢铁材料的强度、硬度、淬透性和韧性；本发明中纳米级TiN的作用主要是： 第一，细晶强化：纳米变质剂加入钢液中，其中的TiN纳米硬质微粒可以直接成为形核 中心，大大增加成晶数量和细化晶粒尺寸，改善产品的硬度、韧性、抗粒、耐磨、淬透性等性 能。
[0011] 第二，弥散强化：纳米级TiN，晶格为立方型，高熔点、高硬度，表面活性大，晶格匹 配度高，颗粒分布均匀（30 -50nm)，可以自发地填补晶体和晶格中的缺陷，在组织中形成均 匀分布的硬质点，阻碍晶体滑移和磨损，从而改善产品性能。
[0012] 第三，降低成本，增加效益，在保证和改善产品的使用性能的同时，可适当地减少 或取消部分稀有贵重金属的使用，降低成本，节约资源。
[0013] 因而本发明的合金金相组织更细化均匀，冲击韧性提高了 50%-80%，成本下降 8%-