[发明专利]一种高耐磨性超高碳钢及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种低成本主要含合金元素铬的超高碳耐磨钢，特别涉及破碎机锤头及球磨机衬板等耐磨零件用钢。

技术背景：

随着钢铁工业、电力、建筑业的迅猛发展，带动矿石、原煤、石料等原材料的破碎、研磨量剧增，而耐磨材料作为破碎、研磨机械中重要的消耗量大的易损零件，它的质量和性能及其合理选用直接影响着破碎、研磨加工的工作效率和生产成本。因此，耐磨零件在不同服役条件下的失效形式、机制的研究受到重视，研究结果表明，磨料磨损的特征和机理具有多样性，这种多样性不仅与耐磨材料的成分设计、组织状态和制造质量有关，还与耐磨零件的服役工况有关。长期以来，国内破碎机械广泛使用高锰钢作为耐磨零件用钢，然而生产实践已经证明，高锰钢只有在冲击剧烈的工作条件下产生显著的加工硬化后，高耐磨特性才能得以充分发挥。对于锤头破碎机的锤头，破碎物料时锤头受到撞击磨损和冲刷磨碎，在许多情况下，特别是12Kg以下的锤头，其冲击负荷并不显著，导致高锰钢高锰钢加工硬化特性难以充分发挥，出现磨损快、寿命短的问题。为了克服高锰钢上述问题，并具有比高铬铸铁显著低的成本，近年来开发了低、中合金耐磨钢，其含碳量多为0.8％以下，其硬度一般低于55HRC，硬度提高后，冲击韧性下降。超高碳钢是一类近年来得到较多研究的新型钢铁材料，具有比一般高碳钢更高的碳含量，通过合金元素Cr、Mn、Al(或Si)的合理配合，以及Mo、V微合金化，通过控冷，控制铸态碳化物的形态，经过等温淬火处理后，可得到下贝氏体组织为主含有残留碳碳化物和少量残余奥氏体的复合组织，从而获得高的硬度和耐磨性，并具有良好的韧性，适于制造中型规格的破碎机锤头和球磨机衬板。

发明内容：

为了高锰钢锤头存在的上述问题，以及进一步提高现有低中合金耐磨钢的硬度并具有良好的冲击韧性，与高铬铸铁耐磨材料相比，生产成本显著降低，本发明提供一种新型的高耐磨性超高碳钢。本发明采用的技术方案是：一种主要含合金元素铬的超高碳耐磨钢，其化学成分(按重量百分数)如下：C 1.25-1.35％；Cr 3.2-4.2％；Si+Al：0.5-1.2％；Mn：0.85-1.25％，V：0.08-0.15％；Mo≤0.3％，S≤0.025％，P≤0.025％；并经以下热处理制得：900～920℃加热，300℃盐浴等温30min，之后放入320℃箱式电阻炉中保温180min后空冷。

试验表明，本发明钢锻造性能良好，可经过轧制成钢板。经过退火后，具有良好的切削加工性能。本发明钢经过等温淬火处理后，获得以下贝氏体组织为基体，基体上分布细小颗粒的残留碳化物，无网状碳化物，并含有少量的残余奥氏体。该混合组织使得本发明钢具有较高的硬度和冲击韧性，硬度为55HRC～58HRC，无缺口冲击韧性40～55J/cm2，制成的20kg破碎机锤头，在生产现场与高锰钢作对比试验，本发明钢使用寿命使高锰钢的3.5倍，该发明钢具有生产成本低、贵重合金元素少，具有显著的经济效益。

具体实施方式：

1本发明所述的一种高耐磨性超高碳钢，其化学成分(按质量百分数)为：C 1.25-1.35％；Cr 3.2-4.2％；Si 0.5-1.2％；Mn：0.85-1.25％，V：0.08-0.15％；Mo≤0.3％，S≤0.025％，P≤0.025％；其余为Fe及不可避免的杂质。采用中频感应炉熔炼，以成品钢的边角料和炼钢生铁为原料，加入钼铁、铬铁后，通电熔化，控制钢液温度至1580℃，依次加入硅铁、锰铁、钒铁，熔化均匀后，并用铝脱氧，出钢浇注；并经以下热处理制得：900～920℃加热，300℃盐浴等温30min，之后放入320℃箱式电阻炉中保温180min后空冷。

2本发明所述的一种高耐磨性超高碳钢，其化学成分(按质量百分数)为：C 1.25-1.35％；Cr 3.2-4.2％；Al 0.5-0.8％；Al+Si 1.2％；Mn：0.85-1.25％，V：0.08-0.15％；Mo≤0.3％，S≤0.025％，P≤0.025％；其余为Fe及不可避免的杂质。采用真空中频感应炉熔炼，以成品钢的边角料和炼钢生铁为原料，加入钼铁、铬铁后，通电熔化，控制钢液温度至1580℃，依次加入硅铁、锰铁、钒铁，熔化均匀后，加入铝，出钢浇注；并经以下热处理制得：900～920℃加热，300℃盐浴等温30min，之后放入320℃箱式电阻炉中保温180min后空冷。

3本发明所述的一种高耐磨性超高碳钢，其化学成分(按质量百分数)为：C 1.25-1.35％；Cr 3.2-4.2％；Si 0.5-1.2％；Mn：0.85-1.25％，V：0.08-0.15％；Mo≤0.3％，S≤0.025％，P≤0.025％；其余为Fe及不可避免的杂质。采用电弧炉+LF炉外精炼，以废钢和炼钢生铁为原料，加入钼铁、铬铁后，通电熔化，控制钢液温度至1580℃，依次加入硅铁、锰铁、钒铁，熔化均匀后，并用铝脱氧，出钢浇注；并经以下热处理制得：900～920℃加热，300℃盐浴等温30min，之后放入320℃箱式电阻炉中保温180min后空冷。