[发明专利]一种高强度耐磨合金铸钢及其制造方法

说明书

本发明涉及新材料领域，公开了一种高强度耐磨合金铸钢，各成分以质量百分比计，配比如下：碳0.19‑0.22％、硅0.40‑0.60％、锰0.8‑1.0％、磷≤0.015％、硫≤0.010％、铬0.90‑1.10％、镍1.70‑2.10％、钼0.35‑0.45％、铜≤0.2％、钒≤0.02％、铝0.01‑0.03％、锆0.01‑0.04％、钙0.01‑0.04％、其余为铁以及不可避免的杂质；本发明还公开了一种高强度耐磨合金铸钢的制造方法和铸造品，通过科学的成分配比、配合优良的熔炼及热处理工艺，抗拉强度达到1450MPa以上，屈服强度达到1240MPa以上，伸长率4％以上，断面收缩率15％以上，硬度达到440HBW‑480HBW，适合大众化设备生产，工艺简单。

技术领域

本发明涉及新材料领域，特别涉及一种高强度耐磨合金铸钢及其制造方法。

背景技术

耐磨材料按材质一般分为金属与合金耐磨材料、陶瓷与陶瓷复合材料、高分子耐磨材料。目前金属耐磨材料在工业生产过程中应用最广、使用最多。常用的金属类耐磨材料主要有三大类：高锰钢和超高锰钢系列、合金耐磨钢系列和耐磨铸铁系列。高锰钢和超高锰钢特点是自身强度和硬度很低，在承受剧烈冲击或接触应力下，其表面会迅速硬化，耐磨性随之提高。耐磨铸铁自身强度和硬度高，但其脆性大，焊接性差。合金耐磨钢可以通过特定的合金化及热处理工艺获得自身硬度高，耐磨性好的材料，但成本高，韧性有所不足。

根据易损件的使用工况条件及其磨损机理，了解各种耐磨材料的性能指标，热处理与焊接工艺以及各种科学技术结合起来研究，再从经济性、可靠性等方面综合考虑，合理选择与应用，开创耐磨材料的新天地。

公司承接了国外某用户林业机械用伐木滚轮系列产品的研发生产，其中一款产品外形尺寸为主要壁厚10mm，产品单重为49kg。用户的技术要求为：其中化学成分磷和硫含量小于0.020％；机械性能抗拉强度1450MPa以上，屈服强度1240MPa以上，硬度440-480HBW；伸长率不低于4％，断面收缩率不低于15％。该产品外形复杂，机械性能要求高，常规材质无法达到要求。

经检索，在本发明之前已有多个关于耐磨钢的发明专利，但与本发明存在明显差异，下面简单介绍与本发明接近的几个：

专利1：CN108950432A公开了一种高强度高韧性低合金耐磨钢及其制造方法，其化学组成如下：碳(C)0.25-0.35％、锰(Mn)1.2-1.8％、硅(Si)0.45-0.55％、铬(Cr)1.0-1.5％、镍(Ni)0.6-0.8％、钼(Mo)0.4-0.6％、硼(B)0.002-0.003％、磷(P)＜0.015％、硫(S)＜0.025％、稀土元素0.02-0.06％、其余为铁(Fe)以及不可避免的杂质元素。热处理工艺为扩散退火+淬火+高温回火。本发明获得的材料强度最大值为抗拉强度1332MPa，屈服强度1107MPa，伸长率9.5％，断面收缩率25％。本发明耐磨铸钢材的不足之处是：(1)获得的抗拉强度1332MPa小于1450MPa，屈服强度1107MPa小于1240MPa；(2)成分配比碳含量0.25-0.35％比较高，降低了材料的焊接性。(3)热处理工艺扩散退火随炉冷却时间长，降低了热处理设备的利用率。

专利2：CN109023119A公开了一种具有优异塑韧性的耐磨钢及其制造方法，其化学组成如下：碳(C)0.15-0.30％、硅(Si)0.10-0.30％、锰(Mn)1.10-1.40％、铌(Nb)0.03-0.05％、钛(Ti)0.01-0.03％、铬(Cr)0.15-0.40％、钼(Mo)0.30-0.60％、镍(Ni)0-0.50％、铝(Al)0.01-0.04％、磷(P)≤0.015％、硫(S)≤0.005％、[N]≤0.0040％、[O]≤0.0020％、其余为铁(Fe)以及不可避免的杂质元素。制造方法包括冶炼-连铸-板坯缓冷-板坯加热-轧制-回火。本发明耐磨钢获得的抗拉强度最大值为1345MPa，表面布氏硬度最大为431HBW。本发明耐磨铸钢材的不足之处是：(1)获得的抗拉强度1345MPa小于1450MPa，布氏硬度431HBW小于440HBW。(2)生产工艺复杂，生产设备灵活性差，不适合制造形状复杂的铸件产品。