一种含碳化物高强韧性贝氏体耐磨钢及其制备方法转让专利
申请号 : CN202011526830.X
文献号 : CN112695253B
文献日 : 2021-12-03
发明人 : 潘庆 , 卢现稳 , 郑昊 , 边泊乾 , 金学军 , 刘丙岗
申请人 : 江西耐普矿机股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种含碳化物高强韧性贝氏体耐磨钢,其特征在于,所述贝氏体耐磨钢的化学组成包括:C为0.6~1.2wt%,Si为1.2~2.5wt%,Mn为0.8~2.0wt%,Cr为5~10wt%,P≤
0.015wt%,S≤0.01wt%,Mo为0.3~0.7wt%,Ni为0.3~0.7wt%,余量为Fe和不可避免的微量杂质;
所述贝氏体耐磨钢的微观组织包括相间分布着微/纳米级贝氏体铁素体和薄膜状奥氏体的基体,以及在基体上均匀分布的直径为0.5~2um的球状碳化物。
2.根据权利要求1所述的含碳化物高强韧性贝氏体耐磨钢,其特征在于,所述耐磨钢的化学组成包括:C为0.7~1.0wt%,Si为1.2~2.5wt%,Mn为0.8~2.0wt%,Cr为6~9wt%,P≤0.015wt%,S≤0.01wt%,Mo为0.3~0.7wt%,Ni为0.3~0.7wt%,余量为Fe和不可避免的微量杂质。
3.根据权利要求1所述的含碳化物高强韧性贝氏体耐磨钢,其特征在于,所述贝氏体耐磨钢的硬度为45~60HRC,抗拉强度为1300~2000MPa,延伸率为7~15%,无缺口冲击功200~350J。
4.根据权利要求1所述的含碳化物高强韧性贝氏体耐磨钢,其特征在于,所述贝氏体耐磨钢的淬硬深度达150mm。
5.根据权利要求1所述的含碳化物高强韧性贝氏体耐磨钢,其特征在于,所述贝氏体耐磨钢中球状碳化物的体积百分比分数为7~12%,且球状碳化物包括Cr7C3、M23C6、M2C。
6.基于权利要求1‑5任一项所述的含碳化物高强韧性贝氏体耐磨钢的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:
1)熔炼及锻压:采用电炉或者转炉冶炼权利要求1或2所述耐磨钢的化学成分的钢水,钢水经过常规炉外精炼和常规真空脱气处理,并在脱气后加入RE,浇铸成铸锭,随后将铸锭锻造或轧制成板材;
2)球化退火处理:锻造或轧制板材随后进行球化退火,出炉空冷至室温,所得板材为包含球状碳化物和球化珠光体组织,得到的板材用于后续热处理;
3)等温淬火热处理:将步骤2)得到的板材先以100℃/h的升温速度升温至600℃保温4~6h,随后加热至900~1050℃并保温2~6h完成奥氏体化;然后以足以避免珠光体相变的冷速快速降温至220~350℃,随后转移至相同温度的空气炉中等温2~48h,最后空冷至室温,得到符合应用要求的贝氏体耐磨钢。
7.根据权利要求6所述的含碳化物高强韧性贝氏体耐磨钢的制备方法,其特征在于,所述步骤1)中铸锭锻造处理工艺为:加热温度为1150~1180℃,始锻温度为1100~1150℃,终锻温度为950~1000℃,锻造比为5~10,锻后缓冷至室温。
8.根据权利要求6所述的含碳化物高强韧性贝氏体耐磨钢的制备方法,其特征在于,所述步骤2)球化退火处理工艺为:加热至850~900℃后以25℃/h的速度冷却至720℃等温4h,然后以10℃/h的速度冷却至600℃,出炉空冷至室温。
9.根据权利要求6所述的含碳化物高强韧性贝氏体耐磨钢的制备方法,其特征在于,所述步骤3)中快速降温的方式为盐浴。
10.根据权利要求6所述的含碳化物高强韧性贝氏体耐磨钢的制备方法,其特征在于,所述步骤3)中快速降温的方式为水空循环冷却处理工艺。
说明书 :
一种含碳化物高强韧性贝氏体耐磨钢及其制备方法
技术领域
背景技术
成衬板表面材料的不断迁移,甚至有时会造成衬板断裂失效。目前使用的金属衬板材质均
为铸造材料,有高锰钢、高铬铸铁、CADI、低合金钢等。高锰钢是单相奥氏体组织,其屈服强
度低,在使用过程中易发生塑性变形,以致维修拆卸非常困难。高硬度的耐磨铸铁,如高铬
铸铁、CADI等,制造球磨机衬板冲击韧性低,在较大的冲击载荷下由于韧性不足而易出现断
裂,影响球磨机的安全运行。用低合金钢制造衬板磨机衬板,也存在强度和硬度低,耐磨性
差的不足。
白口铸铁具有较高的硬度和韧性。尽管如此,高铬白口铸铁仍是一类脆性材料,在应用过程
中仍存在韧性储备不足的缺点。
0.0004%,当加入的硼超过其溶解度时,会形成硼化物。硼化物具有较高的硬度,例如Fe2B
的硬度可以达到HV1200~1600,与高铬白口铸铁中碳化物硬度相当,可以用来做为耐磨相。
通过硼、碳的含量的调整实现硼化物耐磨相数量和基体碳含量的分别控制以及通过合理的
等温淬火热处理来控制和调整基体的力学性能。此合金力学性能为:硬度45~63HRC,抗拉
强度650~950MPa,冲击韧度4~15J,相同试验条件下耐磨性为高铬白口铸铁的1~1.8倍。
B、Ti耐磨相属于液析碳化物容易形成粗大的一次碳化物,很难通过固溶改变其形态,所以
对铸造工艺要求较高。
余奥氏体薄膜将有助于阻止裂纹的萌生和扩展,而且其显微组织结构为纳米级,所以其具
有很高的塑性。贝氏体耐磨钢具有较高强度和韧性,磨损时主要靠基体耐磨。而相对于矿石
的硬度800~1500HV,贝氏体的基体硬度400~700HV不够,所以长远考虑需要提高在半自磨
机衬板使用工况下贝氏体耐磨钢的耐磨性上限。
发明内容
的冲击韧性和耐磨性。
10wt%,P≤0.015wt%,S≤0.01wt%,Mo为0.3~0.7wt%,Ni为0.3~0.7wt%,余量为Fe和
不可避免的微量杂质;
钢中碳化物体积分数为7~12%。
~0.7wt%,余量为Fe和不可避免的微量杂质。
造成板材;
的冷速快速降温至220~350℃,随后转移至相同温度的空气炉中等温2~48h,最后空冷至
室温,得到符合应用要求的贝氏体耐磨钢。
比优选为6~10。
计、制造工艺、热处理工艺三个过程相辅相成:将耐磨钢成份设计与冷却工艺配合,保证了
淬透深度;Cr、Mn、Mo、Ni增加了合金钢的淬透性;锻造或轧制减小了铸造缺陷,使材料致密;
合理的等温淬火工艺结合成分定制,使贝氏体耐磨钢的微观组织为相间分布微/纳米级贝
氏体铁素体和薄膜状奥氏体的基体,以及在基体上均分分布直径为0.5~2um的球状碳化
物,保证贝氏体耐磨钢较高的性能。本发明贝氏体耐磨钢及其制备方法相较于现有技术,具
有如下优势:
铸造耐磨材料;
高的强度的同时保持较高的塑性;大量直径为0.5~2um的球状碳化物在磨损时充当硬质颗
粒增加了材料的耐磨性;
的描述中显见,或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
现在,将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例,其中:
具体实施方式
明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术
人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。除
非另作定义,此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的
人士所理解的通常意义。
列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件,并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、
操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
远考虑在半自磨机衬板使用工况下提高贝氏体耐磨钢的耐磨性上限;本发明旨在提出一种
相较于现有技术中贝氏体耐磨钢显著提高耐磨性的含碳化物高强韧性贝氏体耐磨钢,以及
制备该贝氏体耐磨钢的制备方法。
0.01wt%,Mo为0.3~0.7wt%,Ni为0.3~0.7wt%,余量为Fe和不可避免的微量杂质;贝氏
体耐磨钢的微观组织包括相间分布着微/纳米级贝氏体铁素体和薄膜状奥氏体的基体,以
及在基体上均匀分布的直径为0.5~2um的球状碳化物,并且球状碳化物体积分数为7~
12%,包括Cr7C3、M23C6、M2C。该贝氏体耐磨钢的硬度为45~60HRC,抗拉强度为1300~
2000MPa,延伸率为7~15%,无缺口冲击功200~350J,淬硬深度达150mm。
0.3~0.7wt%,余量为Fe和不可避免的微量杂质。
≤0.015wt%,S≤0.01wt%,Mo为0.3~0.7wt%,Ni为0.3~0.7wt%,余量为Fe和不可避免
的微量杂质;将钢水需经过常规炉外精炼和常规真空脱气处理,并在脱气后加入RE,浇铸成
铸锭,随后将铸锭轧制或锻造成板材,所述板材包含球状碳化物和球化珠光体组织;若铸锭
经锻造成板材,其锻造处理工艺为:加热温度为1150~1180℃,始锻温度为1100~1150℃,
终锻温度为950~1000℃,锻造比为5~10,锻后缓冷至室温。某些制备方法中,锻造比调整
为6~10。
然后以10℃/h的速度冷却至600℃,出炉空冷至室温。
的冷速快速降温至220~350℃,随后转移至相同温度的空气炉中等温2~48h,最后空冷至
室温,得到符合应用要求的贝氏体耐磨钢;其中,快速降温的方式为盐浴或水空循环冷却处
理工艺。
锭成份为:C为0.9wt%,Si为1.5wt%,Mn为1.5wt%,Cr为9wt%,Mo为0.5wt%,Ni为
0.5wt%,P为0.016wt%,S为0.006wt%,余量为Fe和不可避免的微量杂质。
基体,如图1、图2和图3所示。碳化物含量如图6所示,Cr7C3体积分数可达7%、M23C6体积分数
可达5.5%。
15h,随后移入270℃的空气炉等温70h,缓冷至室温即得到产品,贝氏体耐磨钢;其组织特征
是微/纳米级的贝氏体铁素体+薄膜状奥氏体+细小的球状碳化物,其中从图3、图4和图5中
可以看出该产品组织包含了球状碳化物和贝氏体铁素体与薄膜状奥氏体相间分布的基体。
如图6所示,奥氏体化后未熔碳化物Cr7C3体积分数7.5%、M23C6体积分数1.5%,共计体积分
数为9%的碳化物弥散分布在最终的组织中。
耐冲击磨损性是70Cr3NiMo铸钢的1.8倍。
锭成份为C为0.75wt%,Si为1.5wt%,Mn为1.2wt%,Cr为6wt%,Mo为0.5wt%,Ni 0.6wt%,
P 0.015wt%,S 0.006wt%,余量为Fe和不可避免的微量杂质。
体。
入250℃的空气炉等温50h,缓冷至室温即得到产品。其组织特征是微/纳米级的贝氏体铁素
体+薄膜状奥氏体+细小的球状碳化物。
铸钢的1.5倍。
机中矿石颗粒对耐磨金属的切削磨损程度。
本申请制备的贝氏体耐磨钢中球状碳化物主要为硬度较高的Cr7C3碳化物作为耐磨颗粒,一
般硬度为1200~1800HV,以阻挡磨粒在磨损面的滑动。Cr7C3碳化物相比较于其他碳化物如
TiC,表层硬度3200HV,Cr的碳化物虽然硬度稍低但成本低且制备工艺简单,可以通过固溶
和析出的热处理工艺调节碳化物的含量和形状,更易于得到大量的弥散分布的球状碳化
物。
和热处理工艺,保证形成的高强韧性贝氏体基体的剩余元素成分一致、在后续热处理过程
中碳化物基本不变,Cr7C3碳化物直径保持在0.5~2um,并且弥散分布在贝氏体基体上。本发
明最终制备的含碳化物贝氏体耐磨钢的微观组织为:基体为相间分布的微/纳米级的贝氏
体铁素体和薄膜状奥氏体,并且在基体上弥散分布着直径为0.5~2um的球状碳化物,碳化
物体积百分比为7~12%。
此,本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。