[发明专利]一种耐磨钢及其热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种耐磨钢及其热处理方法。

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，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比较低，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，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，且大都需要进行离线热处理，存在生产能耗大、生产效率低等问题。

现有专利技术CN 101381847A“高抗拉强度的耐冲刷磨蚀钢及其生产方法”，提供了一种抗拉强度为800Mpa左右的耐磨钢，其含有Cr1.0～6.5％，成本较高；而且其1200℃左右的开轧温度，导致其奥氏体晶粒过分长大且能源消耗较多。

现有专利技术CN 101250673A“一种超高强度耐磨钢及其生产方法”，提供了一种抗拉强度为1300Mpa左右的耐磨钢，具有较好的耐磨性，但其需要进行950℃淬火+500℃回火的调质工艺，同样存在生产能耗大、生产效率低的问题。

日本NKK公司发明的EP 0527276“An abrasion resistant steel”，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为0.19～0.34％，典型成分为0.30％，将导致钢材的冲击韧性和焊接性降低，而且该钢也采取离线淬火工艺生产。

美国Armco公司发明的US 4494988“Galling and wear resistant steel alloy”，该钢HRC达到45左右，具有较好的耐磨性，但该钢含有较高的合金含量Cr4～6％，Ni4～6％，必将提高炼钢成本；而且该钢含有0.07％的P，将导致钢材的韧性下降，不利于加工和焊接。

由以上现有对比技术可知，目前可用于机械设备等构件的耐磨钢存在如下不足：1)碳、铬含量较高，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。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐磨钢及其热处理方法，克服现有技术的不足，成分设计合理，经离线热处理后屈服强度≥1050Mpa、抗拉强度≥1220Mpa、布氏硬度HB＞360。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种耐磨钢，其特征在于，其化学成分的含量按重量百分比为：C0.14～0.16％、Si0.36～0.49％、Mn1.06～1.24％、P≤0.020％，S≤0.010％，Ni0.26～0.34％、Cr0.41～0.49％、Mo0.31～0.39％、Nb0.03～0.05％、V0.04～0.06％、Ti0.01～0.025％、B≤0.003％、Als0.005～0.04％，其余为Fe以及不可避免的杂质。

上述合金元素种类中，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会造成韧性不足，且不利于结构件的焊接，低碳合金韧性较高而硬度偏低；Si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；Mn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；Al是脱氧元素，可以作为AlN形成元素，有效地细化晶粒，达到很好的脱氧效果；Ni对钢的强度贡献较小，但钢中添加适当的Ni能显著改善钢的韧性，尤其是能显著提高钢的低温韧性，但含量超过一定值后效果就不再明显；Cr能扩大铁素体区，提高淬火硬化、耐蚀性的优点，但过高的Cr对韧性造成损害；Mo有提高硬度和耐磨性的作用，同时具有不降低钢的低温冲击功的优点，但含量过高会导致钢的脆化；Nb、V、Ti在钢中形成碳化物，能提高屈服强度、抗拉强度和硬度，但会使冲击功下降，所以一般总和不超过0.1％；B能显著提高钢材的淬透性，但会降低钢材的冲击功；钢中杂质元素P≤0.020％，S≤0.010％，以减少杂质元素的有害作用。