[发明专利]一种高强耐磨用钢及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，特别涉及到一种高强耐磨用钢及其生产方法。

背景技术

在科学技术和现代工业高速发展的今天，机械设备的运转速度越来越高，许多工件和设备由于磨损而迅速失效，造成的材料浪费和经济损失相当惊人，耐磨材料的发展已成为影响现代生产效率的重要因素。耐磨钢广泛地应用于冶金、矿山、建材、电力、铁路和军事等各个部门中，如挖掘机斗齿、球磨机衬板、破碎机颚板、破碎壁、轧臼壁、拖拉机履带板、风扇磨冲击板和铁路道岔等等。

目前生产的耐磨钢综合性能较低，如较早的高锰耐磨钢，需要在强烈的冲击载荷或挤压载荷下受力表面被加工硬化，硬度提高才具有较好的耐磨性，其使用范围较窄；一些低合金耐磨钢因为碳当量较高而不利于焊接使用，或者贵金属合金含量较高而增加成本，而且还存在生产能耗过大等问题，如以下几个专利：

韩国专利“一种高强耐磨钢”，专利号为10-2009-0102791，涉及一种布氏硬度为360到440的耐磨钢，具有良好的焊接性能，但其具有较高的铬含量(Cr1.2％左右)，并含有Mo0.03～0.3％，使其成本较高，且需要进行930℃淬火+350℃回火的调质工艺，生产能耗大、生产效率低。

日本NKK公司发明的“An abrasion resistant steel”欧洲专利，专利号为EP 0527276，该钢同时申请了“Abrasion-resistant steel”美国专利，专利号为US 5403410，该钢具有硬度值HB最大为503，抗拉强度约为1230MPa，因此具有优异的耐磨性能。但是该专利实施例中HB＞300级别耐磨钢的碳含量典型成分为0.30％，将导致钢材的冲击韧性和焊接性降低。

美国Armco公司申请的名为“Galling and wear resistant steelalloy”的美国专利，专利号为US 4494988，该钢HRC达到45左右，具有较好的耐磨性。但该钢中含有较高的合金含量Cr4～6％，Ni4～6％，必将提高炼钢成本；而且该中钢含有0.07％的P，将导致钢材的韧性下降，不利于加工和焊接。

武汉钢铁集团公司申请的名为“一种超高强度耐磨钢及其生产方法”，公开号为CN 101250673A的专利，提供一种抗拉强度为1300Mpa左右的耐磨钢，具有较好的耐磨性，但其含Mo 0.1％～0.4％、B0.001％～0.005％，增加了合金成本和冶炼工艺成本，且需要进行950℃淬火+500℃回火的调质工艺，生产能耗大、生产效率低。

由以上对比专利可知，目前可用于机械设备等构件的耐磨钢存在如下不足：

1、碳含量较高，降低钢的韧性，且不利于焊接；

2、含有较高的Cr、Mo等合金元素，生产成本较高；

3、生产工艺能耗大、成本高，生产节奏较低；

发明内容

基于上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种较低合金含量、不需离线热处理、具有高强度、高耐磨性和易焊接性的一种高强耐磨用钢及其生产方法。

本发明以较低的合金含量、在线淬火和自回火为基本特征，其化学成分为按(Wt％)：C0.20％～0.26％、Si0.25％～0.35％、Mn0.85％～1.05％、P≤0.020％，S≤0.010％，Ni0.01％～0.05％、Cr0.70％～1.05％、Nb0.03％～0.05％、Als0.005％～0.04％，其余为Fe以及不可避免的杂质。

本发明所以选择以上合金元素种类及其含量是因为：

C：是影响低合金耐磨钢组织性能的关键元素，其变化幅度很大，碳含量不同可获得硬度和韧性的不同匹配关系，也是提高钢材硬度最便宜最直接的元素，但是高碳合金硬度高而韧性不足，也不利于结构件的焊接，低碳合金韧性较高而硬度偏低，本发明确定最适合的碳含量0.20％～0.26％；

Si：硅是炼钢脱氧的必要元素，具有一定固溶强化的作用。也能抑制第一类回火脆性，改善马氏体的回火稳定性，提高回火温度，获得较好性能，本发明硅的含量范围为0.25％～0.35％；Mn：锰是提高强度和韧性的主要元素，能显著提高钢淬透性的元素，成本十分低廉，是主要添加元素，但Mn过高会使钢的延展性降低，本发明的含量限定在0.8％5～1.05％；

Al：铝是脱氧元素，可以作为AlN形成元素，有效地细化晶粒，为了达到很好的脱氧效果本发明的Al含量的范围为Als0.005％～0.04％；