专利名称：一种高强度廉价低合金耐磨铸钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低合金耐磨铸钢，特别是一种不含钼、镍、铜、钒等贵金属元素，以硅、锰、铬为主要合金元素，可制造挖掘机斗齿、破碎机锤头、球磨机衬板等抗磨部件的高强度耐磨铸钢。
背景技术：
材料磨损是与材料断裂、材料腐蚀并列的材料破坏的三大形式之一，造成的经济损失相当惊人。据统计，我国每年因磨损造成球磨机磨球消耗近230万吨，球磨机和各种破碎机衬板消耗近50万吨，轧辊消耗近90万吨，各种工程挖掘机和装载机斗齿、各种耐磨输送管道、各种破碎机锤头和颚板、各种履带板消耗也超过50万吨。在各类磨损中，磨料磨损又占有重要的地位，在金属磨损总量中占50%以上，磨损是冶金、矿山、机械、电力、煤炭、 石油、交通、军工等许多工业部门普遍存在并成为引起设备失效或材料破坏的一个重要原因，也是造成经济损失最多的问题之一。
目前广泛应用的耐磨材料主要有三大类①高锰钢；②低、中合金耐磨钢③高铬铸铁。高锰钢自1882年问世以来，已有100多年的历史，成为传统的耐磨材料，得到广泛的应用，我国在20世纪50-60年代几乎把高锰钢作为万能的耐磨材料。使用实践中发现，高锰钢的耐磨性是有条件的，只有在冲击大、应力高、磨料硬的情况下，高锰钢才耐磨。而且其屈服强度低、易于变形。因此，在许多领域已逐渐为其它耐磨材料所代替。低、中合金耐磨钢是以硅、锰为基础，加入铬、钼以及其它微量元素而发展起来的。其合金系统由成分简单的单一锰系、硅系、铬系、铬锰系到成分复杂的铬.锰.硅.钼.其他微量元素的多元复合系统。低、中合金耐磨钢具有较好的强韧性，低、中冲击载荷下的耐磨性优于高锰钢，但存在淬透性和淬硬性低的不足，耐磨性较差。高铬铸铁组织中含有超过20%的高硬度共晶碳化物，具有优异的耐磨性，但是，存在合金元素含量高、生产成本高以及高温热处理易变形和开裂的不足，普通白口铸铁和低合金白口铸铁碳化物硬度低，碳化物呈连续状分布，脆性大，使用中易剥落甚至开裂。
另外，目前国内外所开发的耐磨合金钢多数都含有镍、钼等昂贵合金元素，导致耐磨铸钢成本居高不下，竞争力减弱。因此，研究和发展新一代耐磨材料，以减少金属磨损，对国民经济有重要的意义。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种不含钼、镍、铜、钒等贵金属元素，以硅、 锰、铬为主要合金元素，可制造球磨机衬板、挖掘机斗齿等抗磨部件的高强度耐磨铸钢。
为解决上述问题，本发明的技术方案为所述铸钢的化学成分及其质量百分比为C :0. 2-0. 6 ；Si 0. 5-1. 5 ；Mn 0. 5-1. 5 ； Cr 0. 5-1. 5 ； Ti < 0. 20 ；RE < 0. 20 ；B < 0. 015 ；Ca < 0. 15 ；Al < 0. 15。
所述铸钢经热处理前，其铸态组织为珠光体和铁素体，还含有少量马氏体。先在950士 10°C下进行淬火，再在200士 10°C下进行回火处理后，X射线衍射分析其热处理组织为板条马氏体，在高倍透射电镜下，所述马氏体板条间含有大量纳米晶奥氏体薄膜，其抗拉强度大于1550MPa，冲击韧性大于90J/cm2，断裂韧性大于80Mpa. m1/2'，硬度大于52HRC。
本发明的有益效果解决了目前以钼、镍等贵金属元素作为主要合金元素制造耐磨铸钢，造成耐磨铸件成本居高不下的难题。提供了一种以廉价硅、锰为主要合金元素廉价、高强度、高耐磨合金铸钢。
具体实施方式
本发明提供了一种以低价硅、锰等为主要合金元素，可制造球磨机衬板、挖掘机斗齿等抗磨部件的廉价高强度耐磨铸钢，其所述铸钢的化学成分及其质量百分比为C: 0. 2-0. 6 ；Si 0. 5-1. 5 ；Mn 0. 5-1. 5 ； Cr 0. 5-1. 5 ； Ti < 0. 20 ；RE :< 0. 20 ;B :< 0. 015 ； Ca :< 0. 15 ；Al < 0. 15。其中，各合金所具有的主要功能为碳(C)碳含量越高，钢的强度和硬度值增加，而塑性和韧性指标降低； 硅(Si)强化铁素体，提高抗拉强度和屈服强度，提高耐热性和耐蚀性，降低塑性和韧性；锰(Mn)提高强度，硬度和耐磨性； 铬(Cr)降低钢的导热性，提高钢的耐磨性；钛(Ti)明显细化铸钢晶粒，减少枝晶偏析，提高钢的强度和韧性，改善钢的耐磨性； 铼(Re) = Re加入钢中具有脱硫、除气的作用，并能改变硫化夹杂物的形态以减轻其在铸钢件中的危害，同时铼与液态金属反应生成的细小粒子，具有加速凝固的形核作用，提高钢水纯净度，限制枝晶偏析，提高钢的冲击韧性；硼(B)硼元素作为微量元素加入钢中，能显著提高钢的淬透性，另外，硼与钛复合加入钢中，可形成细小的TB2，改善铸钢的强度和耐磨性；钙(Ca)钙与氧有很大的亲和力，钙的脱氧能力很强，对钢水有很好的除气效果。钙还对铸钢中夹杂物的变质具有显著作用，加入适量钙可将铸钢中的长条状硫化物夹杂转变为球状的CaS或(Ca，Mn) S夹杂，适量钙还可以显著降低硫在晶界的偏聚，钙对降低铸钢脆性和提高铸钢铸造时抗热裂性十分有益。
铝(Al)增加铸钢耐磨性能。
本发明的高强度廉价低合金耐磨铸钢，先于950 士 10°C下进行淬火，再在 200士 10°C下进行回火处理后，X射线衍射分析其热处理组织为板条马氏体，在高倍透射电镜下，所述马氏体板条间含有大量纳米晶奥氏体薄膜，其抗拉强度大于1550MPa，冲击韧性大于90J/cm2，断裂韧性大于80Mpa. m1/2'，硬度大于52HRC。
通过上述合金技术方案的揭示可见，本发明中合金钢具有高强度、高耐磨、低成本等特点，特别适合用作球磨机衬板、破碎机锤头、挖掘机斗齿和颚式破碎机颚板的抗磨部件。
本发明所揭示的实施例，将通过权利要求得到体现和保护，任何根据本发明中所得到的启示，均落入本发明所保护的范围之中。
权利要求
1.一种高强度廉价低合金耐磨铸钢，其特征在于，其所述曙钢的化学成分及其质量百分比为C :0. 2-0. 6 ；Si 0. 5-1. 5 ；Mn :0. 5-1. 5 ；Cr :0. 5-1. 5 ;Ti < 0. 20 ；RE < 0. 20 ;B < 0. 015 ；Ca < 0. 15 ；Al < 0. 15。
2.根据权利要求1所述的低合金耐磨喁钢，其特征在于所述铸钢经热处理后，其抗拉强度大于1550MPa，冲击韧性大于90J/cm2，断裂韧性大于80Mpa. m1/2'，硬度大于52HRC。
3.根据权利要求2所述的低合金耐磨铸钢，其特征在于所述热处理工艺过程为所述铸钢先在950士 10°C下进行淬火，再在200士 10°C下进行回火处理。
4.根据权利要求1或2或3所述的低合金耐磨铸钢，其特征在于所述铸钢的铸态组织是珠光体和铁素体，还含有少量马氏体。
5.根据权利要求2或3所述的无钼镍高强度耐磨铸钢，其特征在于所述铸钢经热处理后，X射线衍射分析其热处理组织为板条马氏体，在高倍透射电镜下，所述马氏体板条间含有大量纳米晶奥氏体薄膜。
全文摘要
本发明公开了一种以硅、锰为主要合金元素，可制造球磨机衬板、挖掘机斗齿等抗磨部件的低成本高强度耐磨铸钢，其所述铸钢的化学成分及其质量百分比为C0.2-0.6；Si0.5-1.5；Mn0.5-1.5；Cr0.5-1.5；Ti＜0.20；RE＜0.20；B＜0.015；Ca＜0.15；Al＜0.15，所述铸钢先在950±10℃下进行淬火，再在200±10℃下进行回火处理，其抗拉强度大于1550MPa，冲击韧性大于90J/cm2，断裂韧性大于80Mpa.m1/2，，硬度大于52HRC。
文档编号C22C38/28GK102517499SQ20111042548
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者郭凯成 申请人:张家港市鼎力铸钢有限公司