[发明专利]马氏体耐磨铸钢的热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料制备领域，特别涉及一种适用于受中等冲击的中碳多元低合金马氏体耐磨铸钢的热处理工艺。

背景技术

目前国外中碳低合金马氏体耐磨铸钢多为Cr、Mo或Cr、Mo、Ni系合金钢，热处理工艺采用淬火加低温回火的工艺，以获得高强度、高硬度和一定韧性的合金性能。典型的钢种有著名的美国ESCO公司ESCO-12系列耐磨钢种，此钢种即以Cr、Mo、Ni为主体合金元素，美国HENSLY公司的30CrMoSi及30CrMoSi2也属于同一范畴。我国中碳低合金耐磨铸钢的研究和应用始于20世纪80年代以后，取得了一系列成果，较典型的钢种是30CrMnSiMoNi和Cr5Mo钢，现在也有部分生产厂家从国外引进了及自主开发了30CrMoSi及30CrMoSi2的生产技术，其间有一段时间还着力开发了符合我国合金资源情况的Si、Mn系合金钢30Si2Mn。现在人们逐渐认识到了多元合金化是提高耐磨铸钢淬透性、强韧性和硬度的有效方法，因而国内外耐磨铸钢多采用Cr、Mo、Ni、Si、Mn多元合金化，近年来的研究表明，在抵抗中小能量撞击磨料磨损的状况下，高锰钢并不耐磨。如球磨机衬板就是采用高锰钢制作，由于高锰钢的组织结构为奥氏体，硬度较低，耐磨性较差，尤其在没有经受剧烈冲击的情况下，短时间内得不到加工硬化，因此导致研磨初期磨损速度较快，平均使用寿命仅为四个月左右。此外，中锰钢及其他奥氏体铸钢都存在抗冲击差不耐磨的问题以及热处理工艺复杂，成本偏高的问题。为了解决上述问题，专利号为SU1650759的文献中公开了一种铸铁材料，是由C、Si、Mn、Cr、V、Ti、B、Ca、Al、Ce、Ba等合金元素组成，抗拉强度为710-750Mpa。这种铸钢虽然硬度较高，耐磨性较好，但强度较低，只能在较小的冲击载荷下工作。此外，由于该钢的化学成分比较复杂，贵重金属如Cr的含量较高，不仅导致钢的价格昂贵，而且在熔炼中Ca、Ce、Ba等合金元素很难控制。中国专利公开了一种微合金马氏体耐磨铸钢及制造方法CN1600889A，所述的微合金马氏体耐磨铸钢的制造方法包括微合金化处理和淬火与回火的热处理工艺，所述的微合金化处理包括第一步在温度为1600～1610℃的熔炼炉内加入TiFe，以及第二步在定量浇包内先放置RESiFe和BFe合金，再紧接着倾出钢水，或在倾出钢水同时向浇包内投入RESiFe和BFe合金；所述的淬火与回火的热处理工艺为铸件经900～920℃保温1～2小时后水中淬火，再经200～230℃保温2～3小时回火。中国专利公开的一种薄膜奥氏体增韧的马氏体耐磨铸钢及其制造方法CN1718829A，其特征在于铸钢浇铸件经过了高温正火、淬火与低温回火处理。中国专利公开了一种耐磨铸钢及其制备方法CN1560311A，(1)冶炼工艺钢水冶炼过程中，在钢包钢液溶化1/5-2/5时，放入铬、镍、钼溶化，在钢水出炉前5-15分钟投入锰、硅，然后投入脱氧剂净化钢水；(2)热处理工艺钢水铸造成型铸件进行热处理，热处理正火910-930℃，保温2小时后出炉空冷，淬火860-900℃保温1.5小时后出炉水淬，水的温度为30℃以下，回火210-230℃，保温2-2.5小时，出炉空冷。通过以上文献不难看出，现有技术中耐磨铸钢的热处理工艺复杂，制备成本仍偏高。

发明内容

本发明的目的是提供一种满足耐磨又有较高冲击韧性和强度，铸件初始硬度高，屈服强度高、不易变形断裂，并且热处理工艺简单，生产成本较低的马氏体耐磨铸钢的热处理工艺。

本发明通过如下技术方案来实现：马氏体耐磨铸钢的热处理工艺，所述的马氏体耐磨铸钢包含碳、硅、磷、硫、锰、铬、钼、铁，其重量百分比为：C：0.35-0.55％，Si：0.75-1.25％，P：≤0.035％，S：≤0.03％，Mn：0.95-2.20％，Cr：1.95-2.95％，Mo：0.15-0.22％，余量为不可避免的杂质和Fe，其特征在于：所述的马氏体耐磨铸钢的热处理工艺是将上述经冶炼铸造的铸件，加热至440-460℃后保温2-2.5小时，再加热至660-680℃保温2-2.5小时，然后加热至860-880℃保温0.5-1.5小时，水淬。

本发明中，各合金元素的主要作用在于：

(1)碳：碳高则碳化物数量多、硬度高、但韧性低，使用时易断裂，碳低则韧性高、硬度低，不利于耐磨，因此碳含量控制在0.35-0.55％。

(2)硅：硅能增加钢的回火稳定性，提高强度和淬透性，硅量过高，对冲击韧性不利，故选择硅含量为0.75-1.25％。