[发明专利]铬-钨-稀土-硼系空冷中高碳贝氏体钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铬-钨-稀土-硼系空冷中高碳贝氏体钢及其制备方法，属合金钢技术领域。

背景技术

工业上需要的耐磨钢必须具备高硬度和一定的韧性储备，才能达到使用寿命长，收到节约能源、节省资源的效益。为了达到高硬度和高韧性的合理配合，国内外大量的研究都是从合理选配合金元素和实施相应的生产工艺两方面来进行。尤其是近20年来，取得了大量的出色成果，生产出综合力学性能优越的新型贝氏体耐磨钢。美国专利US6884306公开了一种以硅、锰、铬、镍为主体的高碳贝氏体耐磨钢，其主要化学元素组成(wt％)为：C0.6-1.1，Si1.5-2.0，Mn1.8-4.0，Cr1.2-1.4，NiO-3.0，Mo0.2-0.5，V0.1-0.2，其余为Fe。这种耐磨钢的热处理是：先在炉中以1150℃保温24小时，再空冷至190-250℃，然后加热到900-1000℃，最后在190-260℃之间的温度下保温1-3周。该钢具有高强度、高韧性和优良的塑性，但热处理工艺复杂耗时间太长，劳动生产率很低。中国专利CN200510079346.6，公开了一种以硅、锰、铬、钨为主体的超细贝氏体耐磨钢，其主要化学元素组成(wt％)为：C0.7-1.1，Si1.0-3.0，Mn0.5-3.0，Cr0.5-3.0，W0.1-2.0，Al0.1-2.0，V0.05-0.3，s＜0.05，p＜0.05，其余为Fe。这种钢的生产工艺如下：电炉冶炼出钢温度1520-1550℃，浇注温度为1460-1480℃，锻后在350℃炉中保温1小时，再加热到650℃保温2小时，再加热到880℃保温1小时，再冷到650℃均温后等温退火以每100mm厚度截面保温5小时，炉冷到400℃，再空冷。这种钢的锻态和铸态再进行相同的热处理，即首先将其加热到800-950℃奥氏体化处理，再快速冷却到MS点以上10-100℃，保温5-500小时，最后再空冷。这种钢的工件获得了优异的综合力学性能，硬度达到HRC60-65，韧度可达40-80J/cm²。但是这种钢加工工艺太复杂，前后需要20几天，太耗时间，很难形成规模化生产。

发明内容

本发明的目的是提出一种铬-钨-稀土-硼系空冷中高碳贝氏体钢及其制备方法，根据贝氏体相变原理和钢的强化理论，合理设计多元合金化元素、微合金化元素的协同作用及复合变质处理，使钢获得高淬透性，高细晶强化和高弥散强化，从而简化热处理工艺，缩短生产周期，制造高硬度、高韧性和高耐磨性的贝氏体钢。

本发明提出的铬-钨-稀土-硼系空冷中高碳贝氏体钢，各化学组份的质量百分比为：

C     0.38-1.2

Mn    1.8-3.0

Si    0.6-1.8

Cr    0.3-2.8

W     0.05-2.0

Mo    0-0.6

Ni    0-0.5

V     0-0.2

Re    0.04-0.16

B     0.001-0.006

Al    0.08-0.25

P和S  小于0.035

其余为Fe。

本发明提出的上述铬-钨-稀土-硼系空冷中高碳贝氏体钢的制备方法，包括以下各步骤：

(1)用电炉按常规方法熔炼，原料采用废钢、铬铁、硅铁、钼铁、钨铁、钒铁、电解锰、99镍板、稀土和硼组成的复合变质剂、电极粉和脱氧铝丝；

(2)先将废钢加热熔化，炉料全熔后依次加入电极粉、电解锰、硅铁进行沉淀预脱氧，再加入铬铁、钨铁、钼铁、钒铁、99镍板，分析化验C、Mn、Si含量，升温至1550℃，调C，加电解锰和硅铁，调Mn、Si的含量，增渣复盖；

(3)温度升至1670-1700℃后，加入钢水质量0.2-0.5％的铝丝，保温1-3分钟出钢；

(4)将经破碎250℃下烘干后的稀土和硼组成的复合变质剂包裹好，放入钢水包底部，用钢水冲包，稀土和硼的加入量占钢水质量百分数为：Re：0.04-0.16，B：0.001-0.006，包中钢水温度降到1620-1640℃时正常浇注；

(5)铸件在880-1220℃下保温2-5小时，空冷至250-350℃回火，保温2-7小时，空冷至室温。

本发明提出的铬-钨-稀土-硼系空冷中高碳贝氏体钢及其制备方法，与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过设定合金化元素和微合金化元素的种类和含量配合，可使各种碳化物数量增多，弥散分布均匀，组织细化，使制备的贝氏体钢具有高的强硬度、高韧性和高耐磨性。