[发明专利]一种细晶高强硅锰贝氏体耐磨铸钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铸造和钢铁耐磨材料领域，特别是一种细晶高强硅锰贝氏体耐磨铸钢及其制备方法。

背景技术

贝氏体尤其是下贝氏体具有优异的性能，以其为基体组织的贝氏体钢具有良好的强韧性搭配和较高的硬度。与高锰钢相比，贝氏体钢硬度高耐磨性能优良，被认为是一种很有发展前途的耐磨钢。

要获得性能优良的贝氏体钢，钢中的贝氏体组织含量必须通过成分控制和热处理来获得。传统获得贝氏体组织的方法是通过盐浴等温淬火，如中国发明专利ZL99105704.X即是通过这一方式获得性能优良的贝氏体耐磨钢。这一工艺的优点是工艺稳定可靠，易于获得大量的贝氏体，然而等温盐浴所使用的盐浴介质对环境污染严重，且能耗极大。另一种方法是通过添加合金元素，使钢的珠光体转变与贝氏体转变分离，从而可以在连续冷却条件下，获得贝氏体组织。如中国发明专利ZL89109594.2、ZL97115715.4、ZL200510017523.8、ZL200510032524.X、ZL200910089298.7、ZL200910016600.6等公开贝氏体钢均是通过合金化方法获得的。这些贝氏体钢的共同特点是，大量添加Mn、Si、Cr、W、Mo、Ni、V、Re等多种合金元素，合金体系复杂，成本较高。中国发明专利ZL200710065833.6公开了一种仅通过添加Si、Mn结合控制冷却工艺获得贝氏体耐磨钢的方法。但是这种钢存在的主要问题是晶粒较为粗大，不利于性能的提高。

传统观点认为，硼在钢铁材料中容易引起硼脆。硼含量超过0.05%就会导致结构钢晶界析出脆性相，使得塑性韧性大大下降。然而，我们通过研究发现，微量的硼可以细化硅锰贝氏体钢的晶粒，大大提高其性能。如与微量镧配合使用，则效果更好。

发明内容

本发明公开一种细晶高强硅锰贝氏体耐磨铸钢及其制备方法，该钢仅使用Si、Mn为合金元素，通过添加微量La和B，经过热处理后，其铸态晶粒尺寸＜100μm，抗拉强度可以达到1200MPa以上，硬度可达48～60HRC，无缺口冲击值可达30～50J。

本发明的技术方案是：细晶高强硅锰贝氏体耐磨铸钢其化学成分及重量百分

比为：C 0.40～0.70%，Si 2.2～2.5%，Mn 2.4～2.8%，B 0.01～0.05%，La 0.005～0.01%，P ＜0.04%，S ＜0.04%，其余为Fe以及不可避免的杂质，其铸态晶粒尺寸＜100μm，其抗拉强度达到1200MPa以上，硬度为48~60HRC，无缺口冲击值达到30~50J。其制备工艺如下：

（1）将废钢、生铁、硼铁、硅铁、锰铁、La铁合金、增碳剂等炉料按上述

合金成分及各元素的收得率进行配料； 

（2）熔炼钢液前先将La铁合金和硼铁粉碎成直径为1mm～5mm的颗粒并

烘干，然后先将La铁合金置于浇包底部，硼铁颗粒先不放入浇包中；

（3）将废钢、生铁、硅铁、锰铁、增碳剂等炉料烘干后，先将称量好的废钢、

生铁与增碳剂加入电炉中进行熔化，熔清后插铝脱氧，然后依次加入锰铁、硅铁，熔炼钢液，钢液熔清后，将温度升到1560℃～1580℃，然后插铝脱氧扒渣后，将电炉中的合金液倒入装有La铁合金颗粒的浇包中，再将硼铁颗粒放入浇包同时进行搅拌，待颗粒完全熔化后，扒渣静置；

（4）合金液在浇包内静置2～5min并加入除渣剂除渣，待温度降至1490℃～1500℃，浇入铸型，凝固冷却后即得到得到铸钢；

（5）将步骤（4）中得到的铸钢在温度为880℃～950℃的条件下奥氏体化后，喷水雾冷却到280~320℃，然后进入加热炉在280～320℃保温后，出炉空冷即得到细晶高强硅锰耐磨铸钢。

所述废钢、生铁、硅铁、锰铁、增碳剂、La铁合金和硼铁的加入量是按照高韧耐磨钢中各元素的含量及收得率进行配料的。

所述增碳剂为常规工艺中使用的增碳剂。

所述奥氏体化保温时间按公式1.2×δ+40分钟进行控制，其中δ为工件厚度，单位为mm。

所述喷水雾冷却后在加热炉内加热时的保温时间，按照公式2×δ+30分钟进行控制，其中δ为工件厚度，单位为mm。

本发明细晶高强硅锰贝氏体耐磨铸钢各元素收得率：碳的收得率按90%计

算，硼的收得率按70%计算，Si收得率按95%计算，Mn收得率按90%计算，La收得率按50%计算，硫和磷在本发明中属于有害元素，不限定收得率。

所述插铝所使用的铝为纯铝。

所述除渣剂为珍珠岩颗粒，加入量根据具体熔炼时的渣量调节。