一種用于濕式磨損的低合金耐磨鋼及其熱處理工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種耐磨鋼，具體地說是一種用于濕式磨損的低合金耐磨鋼。本 發(fā)明也涉及一種低合金耐磨鋼的熱處理工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 濕式低合金耐磨鋼可以用于采礦業(yè)中常用的濕式球磨機的襯板材料或挖掘機的 鋸齒材料等。在采礦、電站、港口建設(shè)和航道疏浚等濕磨工況領(lǐng)域中，磨損一直都給實際工 程應(yīng)用帶來極其巨大的損失。機器中的耐磨部件，除了受到磨損外，還要受到濕式環(huán)境下腐 蝕作用，在腐蝕磨損交互作用下，磨損量更會提高數(shù)倍，大大降低了設(shè)備中耐磨材料甚至整 臺設(shè)備的使用壽命，降低生產(chǎn)效率。
[0003] 目前，在合金耐磨鋼方面，主要以C、Mn、Cr等為主要添加元素的高錳鋼為主，如公 開號為CN 101886225 B的專利文獻(xiàn)中公開的"一種耐蝕耐磨鋼及其制備方法"等，其鋼以 C、Mn、Mo和Cr為主要合金元素，錳的百分含量在14%~16%，屬于高錳鋼。主要制備工序 為1590°C澆鑄成形，在1050~1080°C奧氏體化后水韌處理，由于Pr、Nd、Gd和Dy等微合金 元素的加入，在提高材料的綜合力學(xué)性能和耐蝕耐磨性的同時也大大提高了生產(chǎn)成本。公 開號為CN 103114252 B的專利文件中公開了"一種襯板用低合金耐磨鋼的方法"，該方法 大大提高了低合金耐磨鋼的強度、硬度及沖擊性能，同時具有較高的耐磨性，但是熔煉和冶 煉工藝工序較多，降低了工業(yè)化生產(chǎn)的效率。公開號為CN101397632B的專利文件中公開了 "一種多元素低合金水淬耐磨鋼C30CrMn2SiM 〇TiV"，該材料是一種多元素低合金鋼，可用于 破碎機錘頭、牙板和鏟車鏟齒等方面。
[0004] 目前，盡管現(xiàn)有不少耐磨合金鋼的性能比較優(yōu)良，但是其所含有的合金元素如Ni、 Cr的含量相對較高，成本較高，增加了資金投入，不利于工程推廣和提高企業(yè)效益，因此，研 制能更好的適應(yīng)諸多惡劣工況的高性能低成本的新型耐磨合金鋼是本領(lǐng)域發(fā)展的重要方 向，本發(fā)明正是針對這一情況研制出的新型低合金耐磨鋼及其熱處理工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種不僅具有高強度、高硬度、良好的韌性和優(yōu)異耐磨性， 而且還具有一定的耐腐蝕性能的用于濕式磨損的低合金耐磨鋼。本發(fā)明的目的還在于提供 一種可以改善合金鋼的加工性能，能使材料獲得符合要求的性能指標(biāo)的用于濕式磨損的低 合金耐磨鋼的熱處理工藝。
[0006] 本發(fā)明的用于濕式磨損的低合金耐磨鋼的元素重量比為：C:0.28-0.32 %、 Cr:l. 3-1. 7 %, Cu:0. 3-0. 5 %、Mo:0· 3_0· 6 %、Mn: I. 0_1· 5 %、Ni :0· 7_1· 0 %、 Si :0· 5-0. 8%、Nb:0· 04-0. 08%、V:0. 06-0. 1 %、余量的 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
[0007] 本發(fā)明的用于濕式磨損的低合金耐磨鋼的優(yōu)選元素重量比為：C :0. 30 %、Cr : 1. 50 %、Cu :0. 45 %、Mo :0. 50 %、Mn :1. 20 %、Ni :0. 95 %、Si :0. 70 %、Nb :0. 04 %、V : 0. 08%、余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0008] 本發(fā)明的用于濕式磨損的低合金耐磨鋼的熱處理工藝為：采用退火工藝對鑄態(tài) 合金鋼進(jìn)行熱處理，所述退火工藝為：200°C以下裝爐，升溫速度< 80°C /h，700°C下保溫， 保溫后隨爐冷卻至250°C，出爐空冷；對加工后的零件進(jìn)行淬火熱處理，淬火工藝為：200°C 以下裝爐，升溫速度< 80°C /h，900°C下保溫，后油淬；最后進(jìn)行回火熱處理，回火工藝為： 200°C以下裝爐，升溫速度< 80°C /h，300°C下保溫，后出爐空冷。
[0009] 本發(fā)明提供了一種濕式工況下使用的高性能低合金耐磨鋼，該合金鋼不僅具有高 強度、高硬度、良好的韌性和優(yōu)異耐磨性，還具有一定的耐腐蝕性能。特別添加 Nb、V兩種元 素，針對Nb、V在熱處理過程中形成MC型碳化物，可產(chǎn)生彌散強化，大大提高馬氏體耐磨鋼 性能。本發(fā)明還提供了一種適合于該合金鋼生產(chǎn)的退火熱處理工藝，以改善該合金鋼的加 工性能，隨后進(jìn)行淬火+回火熱處理，以使材料獲得符合要求的性能指標(biāo)。
[0010] 本發(fā)明是根據(jù)材料的使用工況和性能指標(biāo)進(jìn)行的材料設(shè)計，并對發(fā)明材料進(jìn)行了 實驗測試和工藝優(yōu)化，以獲得馬氏體組織為目標(biāo)，具有優(yōu)良的力學(xué)性能。碳含量選在中碳鋼 范圍內(nèi)，既保證了材料的強度，又兼顧材料的韌性，采用以Mn代Ni，以Cu代Cr的方法來降 低材料的生產(chǎn)成本，采用Nb、V復(fù)合強化的方式，提高材料強度。
[0011] 采用本發(fā)明優(yōu)選的化學(xué)成分得到的耐磨鋼，材料的鑄態(tài)組織為珠光體和鐵素體的 混合組織，硬度約為38HRC。經(jīng)熱處理后，所得到耐磨合金鋼回火組織主要是回火馬氏體，硬 度值在51~53HRC，抗拉強度達(dá)到1600MPa，沖擊韌性為57. 4J/cm2,具有良好的綜合力學(xué)性 能，并有良好的耐磨性和耐蝕性，滿足材料在濕式球磨機襯底材料中的使用要求。
【附圖說明】
[0012] 圖1是濕式磨損的低合金耐磨鋼的制備及熱處理工藝流程圖。
[0013] 圖2是濕式磨損的低合金耐磨鋼鑄件圖。
[0014] 圖3是濕式磨損的低合金耐磨鋼的鑄態(tài)組織。
[0015] 圖4是濕式磨損的低合金耐磨鋼的退火態(tài)組織。
[0016] 圖5是濕式磨損的低合金耐磨鋼的回火態(tài)組織。
[0017] 圖6是濕式磨損的低合金耐磨鋼的磨損圖。
[0018] 圖7是載荷為20N時的摩擦系數(shù)隨時間變化。
[0019] 圖8是載荷為30N時的摩擦系數(shù)隨時間變化。
[0020] 圖9是載荷為40N時的摩擦系數(shù)隨時間變化。
[0021] 圖10是不同載荷下的平均摩擦系數(shù)。
[0022] 圖11是濕式磨損的低合金耐磨鋼和ZGMnl3鋼的磨損質(zhì)量損失。
[0023] 圖12是磨損率實驗數(shù)據(jù)表。
【具體實施方式】
[0024] 下面舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)的描述。
[0025] 其合金元素重量比為：C:0. 28-0. 32 %，Cr: 1. 3-1. 7 %， Cu:0. 3-0. 5 %, Mo:0. 3-0. 6 %, Mn: I. 〇-l. 5 %, Ni:0. 7-1. 0 %, Si :0. 5-0. 8 %, Nb:0. 04-0. 08%，V:0. 06-0. 1%，余量為Fe。優(yōu)選地，本發(fā)明的合金耐磨鋼，其合金元素重 量比為：(：為0.30%，0為1.50%，〇1為0.45%，]\1〇為0.50%，]\111為1.20%，附為0.95%， Si為0. 70%，Nb為0. 04%，V為0. 08%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0026] 按照上述合金鋼成分進(jìn)行配料，經(jīng)過熔煉、鑄造、退火熱處理、機械加工和淬火+ 回火熱處理工序，獲得符合本材料使用工況背景的低合金耐磨鋼。工藝流程圖如圖1所示。 其制備方法具體按以下步驟實現(xiàn)：1)、按設(shè)計耐磨合金鋼的優(yōu)選化學(xué)成分選擇配料；2)、將 配比好的原料進(jìn)行熔煉、鑄造。其中熔煉設(shè)備可采用普通中頻感應(yīng)熔煉爐、真空感應(yīng)熔煉 爐或電弧熔煉爐進(jìn)行熔煉，得到鑄件如圖2所示；3)、采用退火工藝對鑄態(tài)合金鋼進(jìn)行熱 處理，目的是改善材料的機械加工性能。退火工藝為：200°C以下裝爐，升溫速度< 80°C / h，700°C下保溫，保溫后隨爐冷卻至250°C，出爐空冷，并根據(jù)零件