一種斗齒用高強韌性低合金耐磨鋼的制備方法
【專利摘要】本發明公開一種斗齒用高強韌性低合金耐磨鋼的制備方法，組成及其質量分數為：C:0.35?0.45%、Si:1.20?1.60%、Mn:1.00?1.40%、Cr:0.70?0.90%、Mo:0.15?0.25%、Cu:0.40?0.60%、Re:0.05?0.10%、P：0?0.025%、S：0?0.025%，制備方法包括：熔煉：用酸性感應爐熔煉合金，金屬爐料包括煉鋼用生鐵、廢鋼、鉬鐵和銅，熔煉成鋼水，然后在澆包內放入硅鐵、錳鐵、鉻鐵和稀土元素，將熔煉好的鋼水澆入澆包中，澆注；冷卻，開箱落砂，進行空冷；熱處理：將鑄件進行奧氏體化；淬火；鹽浴爐中進行碳配分；放入保溫爐中進行貝氏體等溫轉變，最后取出空冷。本發明的上述成分組成并經熔煉和熱處理工藝制備獲得的低合金耐磨鋼，其內部晶粒結構細致，表面硬度高，耐磨性好，且成本低廉，可廣泛應用于斗齒制造中。
【專利說明】
一種斗齒用高強韌性低合金耐磨鋼的制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及煉鋼技術領域，特別是一種斗齒用高強韌性低合金耐磨鋼的制備方法。
【背景技術】
[0002]挖掘機廣泛應用于礦山機械、土建工程，水利工程以及市政工程中，而斗齒是挖掘機上的關鍵易損部件，近年來，隨著礦山機械及水利工程的迅速發展，挖掘機的使用量也與日倶增，使得斗齒的消耗量迅速增大。一個大型水利工程或一個中等規模的礦山，一般同時使用十臺以上的挖掘機，每年消耗的斗齒高達百萬噸，價值在百萬元人民幣以上。斗齒的主要功能是分離物料和保護鏟車前壁，其工況條件十分惡劣。在接觸物料時，物料的快速運動使得斗齒受到強大的沖擊作用，斗齒尖部受到物料強大的沖擊滑動而磨損，通常出現各種犁溝、變形等，表面很容易由于磨損而脫落，所以斗齒的壽命往往很短，消耗量巨大。與此同時，因設備損壞停機、停產而造成的間接經濟損失更是巨大的和無法統計的，由此可見，在保證挖掘機斗齒硬度的如提下提尚其沖擊初性，對提尚斗齒的壽命、降低成本和提尚廣品質量具有重要的經濟意義。

【發明內容】

[0003]本發明提供了一種斗齒用高強韌性低合金耐磨鋼的制備方法，要求其韌性好，硬度較高，綜合性能優異，使用壽命長，且合金元素配比較低，具有較高的性價比。
[0004]為實現上述目的，本發明的技術方案為:
一種斗齒用高強韌性低合金耐磨鋼的制備方法，包括熔煉工藝和熱處理工藝，其中，所述熔煉工藝包括以下步驟:
511.準備好煉鋼用生鐵、廢鋼、鉻鐵、鉬鐵、銅、硅鐵、錳鐵、鉻鐵和稀土元素，控制鋼的組成及其質量分數為:C: 0.35-0.45%、S1:1.20-1.60%^Mn:1.00-1.40%、Cr: 0.70-0.90%^Mo:
0.15-0.25%、Cu: 0.40-0.60%、Re: 0.05-0.10%、P: 0-0.025%、S: 0-0.025%，其余為 Fe 和不可避免的雜質；
512.用酸性感應爐熔煉合金，金屬爐料包括煉鋼用生鐵、廢鋼、鉬鐵和銅，將金屬爐料熔煉成鋼水，熔煉溫度為1550-1590 °C ;
513.在澆包內放入硅鐵、錳鐵、鉻鐵和稀土元素，然后將熔煉好的鋼水澆入澆包中，澆注溫度為1480-1500 °C。
[0005 ] S14.待鑄件冷卻到900-1000 °C時，開箱落砂，進行空冷。
[0006]更進一步的，所述熱處理工藝包括以下步驟:
521.將鑄件升溫至860-880°C進行奧氏體化；
522.放入235-290°C的鹽浴爐中淬火；
523.從鹽浴爐中取出立即轉入320-400°C的鹽浴爐中進行碳配分；
524.放入290-350°C保溫爐中進行貝氏體等溫轉變，轉變時間30-90min，最后取出空冷至室溫O
[0007]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進和選擇。
[0008]優選的，所述步驟S21中，進行奧氏體化時升溫速率<10°C/min。
[0009]優選的，所述步驟S22中，在鹽浴爐中淬火，保溫時間為l-5min。
[0010]優選的，所述步驟S23中，在鹽浴爐中進行碳配分，保溫時間為l-10min。
[0011]在本發明熔煉過程中所采用的化學成分，碳元素是影響鑄鋼強度、硬度、韌性及淬透性、耐磨性的至關重要的元素，其經熱處理后形成的馬氏體硬度高，淬透性號，耐磨性佳，獲得的滲碳體Fe3C是鋼的主要強化相之一;鉬元素具有較強的碳化物形成能力，使較低含碳量的合金鋼也具有較高的硬度，且鉬能夠阻止奧氏體化的晶粒粗大，造成C曲線的右移，減小了過冷度，極大的提高了淬透性;銅元素，除了可提高鋼的淬透性外，還可以改善鋼的耐腐蝕性。
[0012]本發明通過澆包進一步調整鋼的化學成分，錳元素和鐵元素能形成固溶體，提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強度，且其又是碳化物形成元素，由于錳在鋼中降低臨界轉變溫度，起到細化珠光體的作用，另外，錳還是好的脫氧劑和脫硫劑;鉻元素是耐磨材料的基本元素之一，其作用是提高鋼的淬透性，顯著增加鋼抗腐蝕的能力，增加鋼的抗回火穩定性能;且鉻和鐵形成的連續固溶體，能與碳形成多種化合物，可能形成(Fe，Cr) 3C、(Fe，Cr) 7 C3、(Fe，Cr) 23 C 6等多種碳化物，鉻在奧氏體中溶解度很大，能強化奧氏體但不降低韌性，鉻在回火時阻止或延緩碳化物的析出與聚集，使其保持分散，有利于提高強度和硬度，且性能穩定;硅元素在鋼中以固溶體的形態存在于鐵素體或奧氏體中，可以抑制和延緩碳化物的析出，有助于貝氏體組織的轉變;稀土元素加入鋼中具有脫氧脫硫和除氣作用，還有加速凝固的形核作用，幫助細化晶粒，減輕合金元素偏析，提高機械性能和耐磨性;通過澆包對鋼水進行進一步的微合金化處理，有效提高了鑄鋼的耐磨性。
[0013]磷元素和硫元素是鋼鐵中的有害雜質，硫在鋼中能與鐵化合，容易導致鋼在高溫下沿晶界開裂，磷在低溫時會顯著降低鋼的塑性和韌性，因此要控制嚴格控制鋼中P元素和S元素含量。
[0014]本發明的熱處理工藝中，在鹽浴爐中淬火之后，又增加了碳配分處理，能改善滲碳層的組織和性能，使馬氏體中過飽和的碳能擴散到奧氏體中，對奧氏體富碳，得到穩定的馬氏體和殘留奧氏體組織，提高了奧氏體的機械穩定性和抗沖擊性，從而保證鋼材料保持有較好的表面硬度。
[0015]本發明通過保溫爐進行貝氏體等溫轉變，對保溫溫度和時間進行有效的控制，從而實現奧氏體向貝氏體的等溫轉變，更有利于貝氏體組織的形成。在這個過程中形成的貝氏體組織均勻細小，表面硬度高、耐磨性好，內部的結構又能確保有良好的韌性，在受到沖擊時能吸收更多的沖擊能量，提高了抗沖擊性。
[0016]本發明的上述成分組成并經熔煉和熱處理工藝制備獲得的低合金耐磨鋼，是高硬度高韌性的鋼材料，其內部晶粒結構細致，表面硬度高，耐磨性好，具備良好的韌性，在受到沖擊時能吸收更多的能量，抗沖擊性能耗，能有效延長其使用壽命，且成本低廉，可廣泛應用于斗齒制造中。
【具體實施方式】
[0017]以下結合實施例對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。
[0018]實施例1 S 1.冶煉:
511.準備好煉鋼用生鐵、廢鋼、鉻鐵、鉬鐵、銅、硅鐵、錳鐵、鉻鐵和稀土元素(Re，全部稀土元素中的一種或多種)，其中，廢鋼和鐵合金(硅鐵、鉻鐵、鉬鐵)預先打碎，粒度為10-20mm，控制低合金耐磨鋼的組成及其質量分數為:C: 0.38%、S1: 1.25%,Mn: 1.10%,Cr: 0.77%、Mo: 0.18%、Cu: 0.50%^Re: 0.08%、P: 0-0.02%、S: 0-0.01%，其余為Fe和不可避免的雜質；
512.采用11酸性感應電爐熔煉合金，金屬爐料包括生鐵、廢鋼、鉬鐵、銅，將金屬爐料熔煉成鋼水，鋼水加熱至1550-1590 0C，扒出爐渣；
513.在澆包內放入硅鐵、錳鐵、鉻鐵和稀土元素，然后將孕育好的鋼水澆入小澆包，澆注溫度為1480-1500 °C;
514.待鑄件冷卻到900-10000C時，開箱落砂，進行空冷。
[0019]S2.熱處理:
521.將鑄件升溫至860-880°C進行奧氏體化，升溫速率<5°C/min;
522.放入溫度為235-290°C的鹽浴爐中淬火，并保溫l_5min ；
523.從鹽浴爐中取出立即轉入320-400°C的鹽浴爐中進行碳配分，并保溫1-1Omin;
524.放入290-350°C保溫爐中進行貝氏體等溫轉變，轉變時間30-90min，最后取出空冷至室溫，得到所述的斗齒用高強韌性低合金耐磨鋼。
[0020]將得到的挖掘機斗齒經取樣處理后，用掃描電鏡分析，表面組織為15%_25%的馬氏體加下貝氏體加合金碳化物，貝氏體組織細小，里層組織為下貝氏體，心部組織為上貝氏體加下貝氏體。這種組織分布表面強度高、硬度好、耐磨，心部組織韌性好，殘留奧氏體含量為8.1%。經測試其性能，測試結果為:表面硬度45-49HRC;沖擊韌性達25-30J/cm2。
[0021]實施例2
S1.冶煉:
511.準備好煉鋼用生鐵、廢鋼、鉻鐵、鉬鐵、銅、硅鐵、錳鐵、鉻鐵和稀土元素(Re，全部稀土元素中的一種或多種)，其中，廢鋼和鐵合金(硅鐵、鉻鐵、鉬鐵)預先打碎，粒度為10-20mm，控制低合金耐磨鋼的組成及其質量分數為:C: 0.45%、S1: 1.20%,Mn: 1.30%,Cr: 0.70%、Mo: 0.25%、Cu: 0.40%^Re: 0.09%、P: 0-0.02%、S: 0-0.01%，其余為Fe和不可避免的雜質；
512.采用11酸性感應電爐熔煉合金，金屬爐料包括生鐵、廢鋼、鉬鐵、銅，將金屬爐料熔煉成鋼水，鋼水加熱至1550-1590 0C，扒出爐渣；
513.在澆包內放入硅鐵、錳鐵、鉻鐵和稀土元素，然后將孕育好的鋼水澆入小澆包，澆注溫度為1480-1500 °C;
514.待鑄件冷卻到900-10000C時，開箱落砂，進行空冷。
[0022]S2.熱處理:
521.將鑄件升溫至860-880°C進行奧氏體化，升溫速率<5°C/min;
522.放入溫度為235-290°C的鹽浴爐中淬火，并保溫l_5min ；
523.從鹽浴爐中取出立即轉入320-400°C的鹽浴爐中進行碳配分，并保溫1-1Omin;
524.放入290-350°C保溫爐中進行貝氏體等溫轉變，轉變時間30-90min，最后取出空冷至室溫，得到所述的斗齒用高強韌性低合金耐磨鋼。
[0023]將得到的挖掘機斗齒經取樣處理后，用掃描電鏡和XRD分析，表面組織為15%_25%的馬氏體加下貝氏體加合金碳化物，貝氏體組織細小，里層組織為下貝氏體，心部組織為上貝氏體加下貝氏體。這種組織分布表面強度高、硬度好、耐磨，心部組織韌性好，殘留奧氏體含量為8.1%。經測試其性能，測試結果為:表面硬度50-55HRC;沖擊韌性達30-35J/cm2。
【主權項】
1.一種斗齒用高強韌性低合金耐磨鋼的制備方法，包括熔煉工藝和熱處理工藝，其特征在于:所述熔煉工藝包括以下步驟: 511.準備好煉鋼用生鐵、廢鋼、鉻鐵、鉬鐵、銅、硅鐵、錳鐵、鉻鐵和稀土元素，控制鋼的組成及其質量分數為:C: 0.35-0.45%、S1:1.20-1.60%^Mn:1.00-1.40%、Cr: 0.70-0.90%^Mo:0.15-0.25%、Cu: 0.40-0.60%、Re: 0.05-0.10%、P: 0-0.025%、S: 0-0.025%，其余為 Fe 和不可避免的雜質； 512.用酸性感應爐熔煉合金，金屬爐料包括煉鋼用生鐵、廢鋼、鉬鐵和銅，將金屬爐料熔煉成鋼水，熔煉溫度為1550-1590 °C ; 513.在澆包內放入硅鐵、錳鐵、鉻鐵和稀土元素，然后將熔煉好的鋼水澆入澆包中，澆注溫度為1480-1500 °C; 514.待鑄件冷卻到900-1000°C時，開箱落砂，進行空冷。2.根據權利要求1所述的斗齒用高強韌性低合金耐磨鋼的制備方法，其特征在于: 所述熱處理工藝包括以下步驟: 521.將鑄件升溫至860-880°C進行奧氏體化； 522.放入235-290°C的鹽浴爐中淬火； 523.從鹽浴爐中取出立即轉入320-400°C的鹽浴爐中進行碳配分； 524.放入290-350°C保溫爐中進行貝氏體等溫轉變，轉變時間30_90min，最后取出空冷至室溫O3.根據權利要求2所述的斗齒用高強韌性低合金耐磨鋼的制備方法，其特征在于: 所述步驟S21中，進行奧氏體化時升溫速率〈10 °C/min。4.根據權利要求2所述的斗齒用高強韌性低合金耐磨鋼的制備方法，其特征在于: 所述步驟S22中，在鹽浴爐中淬火，保溫時間為l-5min。5.根據權利要求2所述的斗齒用高強韌性低合金耐磨鋼的制備方法，其特征在于: 所述步驟S23中，在鹽浴爐中進行碳配分，保溫時間為l-10min。6.根據權利要求1所述的斗齒用高強韌性低合金耐磨鋼的制備方法，其特征在于: 所述步驟S12中，熔煉完成后扒出爐渣。
【文檔編號】C22C38/04GK105838987SQ201610372085
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】魏德強, 高 浩, 王榮, 李新凱, 鐘盛, 韋鳳蘭, 王優, 胡超凡
【申請人】桂林電子科技大學