[发明专利]一种含N、Al高强低合金耐磨钢

说明书

技术领域

本发明属于合金钢技术领域，涉及一种高强度、高硬度、高耐磨性的经济型含N、Al的低合金耐磨钢及制备方法相关领域。

背景技术

我国是钢铁生产大国，随着经济技术的发展以及矿物资源的日益匮乏，现有的耐磨钢种在价格和资源方面已经无法满足多元化生产的需求。开发高性能经济型耐磨钢已成为当务之急。在众多耐磨钢种类中，低合金高强度耐磨钢具有硬度高（≥360HB）、加工性能好、生产工艺简单、经济等特点，在电力、矿山、建材和机械等领域具有无法替代的作用。多年来，以瑞典、德国、日本为代表的世界主要耐磨钢生产厂商相继研发了不同超高强耐磨钢系列，他们采用添加少量多种合金元素，并通过严格控制冶炼、轧制及热处理生产工艺获得了性能稳定适合不同场合需求的超高强度耐磨钢种。我国近年来在报导的文献以及公开的专利中主要添加Mo、Nb、V、Ti 等元素在钢中提高耐磨性。李卫申请的专利“高硬韧低合金耐磨钢及其应用”，专利号为L200910037500.1，利用加入Nb、B、RE元素，提高了高硬低合金耐磨钢的淬透性、韧性、加工硬化程度以及耐磨性能，但明显增加了钢的成本。胡筱旋在2014年10期《钢铁》发表“钒，氮含量对耐磨钢NM400组织及性能的影响”一文，指出添加质量分数0.089%V、0.029%N钢板-20℃冲击功提高至42 J，且细化了马氏体板条束，但硬度没有变化。目前较多专利中，Al通常作为脱氧剂加入钢液之中，在一些专利中（一种超高强度耐磨钢及其生产方法，公开号CN101250673A）、（一种调质型耐磨钢及其热处理方法，公开号CN101451218A）也涉及实验钢中含有Al元素，此类专利中Al在钢液脱氧之后组织中形成了Al氧化物，当钢液中的氧含量降低至一定程度后，在钢液中N含量较高条件下也可能形成些许AlN，并且对AlN相与耐磨性之间的研发不多。此类专利与此发明专利有目的在钢中添加Al与N形成AlN化合物以改善其耐磨性能，并在Al、N成分、AlN生成含量精确调控，以及分析了所加入合金元素的作用，AlN对奥氏体晶粒尺寸的影响，通过综合成分设计匹配适宜热处理工艺获得了优质的耐磨钢。此发明专利在成分设计、性能和组织调控的根本目的及实验方法上与目前并存专利存在显著的差异。

本发明涉及的含N、Al高强低合金耐磨钢中，析出的AlN增强相具有高的热分解温度、高的热导率和低的热膨胀系数，因此材料的综合性能优异，可广泛用作高性能结构件。目前，研究增强相AlN主要用于基体以铝合金、镁合金，及少量的钛合金和硅铁/钼铁合金，而在钢基耐磨材料领域（特别增强相AlN对耐磨性的影响）迄今无人问津。因此，为优化现有耐磨材料体系，本发明通过首次在钢基耐磨材料中添加廉价元素N、Al增强相的应用基础研究，以此得出适宜的制备技术和材料配组来提高耐磨件的性能，有效降低了生产成本，这是一个具有重大技术意义和经济价值的研究开发领域。

发明内容

为了减少成本并进一步提高材料的耐磨性，本发明涉及一种含N、Al高强低合金耐磨钢。基于N、Al对钢的强韧化作用以及AlN颗粒进一步弥散强化钢的原理，通过适宜成分设计，在中碳Mn-Si-Cr低合金钢中加入些许的N、Al元素生成AlN相及合金碳化物相，借助热处理手段控制得到具有高强度、高硬度、高耐磨性的经济实用型低合金耐磨钢，从而满足耐磨构件生产企业需求，为耐磨钢相关领域提供技术参考。

本发明实现上述目的采取的技术方案如下：