CN102230140A - 新型马氏体耐磨钢及其铸钢件生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁冶金铸造业中的耐磨钢技术领域，特别是涉及一种新型马氏体耐磨钢及其铸钢件生产工艺，化学成分为按重量百分比计量：C：0.3％～0.5％，Si：0.8％～1.5％，Cr：2.1％～2.5％、Mn：0.8％～1.5％，Ni：0.7％～1.2％，Mo：0.6％～1.0％，Nb：0.1％～0.3％，Ti：0.1％～0.5％，Re：0.04％～0.05％，P、S≤0.04，余量为铁。铸钢件生产工艺包括冶炼工艺、铸造工艺、热处理工艺、质量检查。本发明的新材质耐磨钢在较低冲击下，应用在冶金矿山的球磨机衬板、锤矿机的锤头等，适用于金矿、铁矿、水泥等各类矿山使用的耐磨产品，是代替传统高锰钢的新耐磨材料。在铁矿和水泥选矿厂上使用表明，使用寿命比高锰钢提高2～2.3倍。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金铸造业中的耐磨钢技术领域，特别是涉及一种新型马氏体耐磨钢及其铸钢件生产工艺。
背景技术
最近几年国内外在冶金耐磨产品上发展较快，也倍受各界重视。国内外都在寻求用合金钢代替高锰钢生产的新材质和新方法，但收效甚微。主要问题是合金钢的耐磨性提高了，但韧性却很低，易在使用中产生断裂，很难满足使用要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型马氏体耐磨钢。
本发明的另一个目的是提供一种新型马氏体耐磨钢的铸钢件生产工艺。
本发明是通过研究一种新材质耐磨钢在较低冲击下，应用在冶金矿山的球磨机衬板、锤矿机的锤头等，适用于金矿、铁矿、水泥等各类矿山的耐磨产品，是代替传统高锰钢的新耐磨材料。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：
本发明的新型马氏体耐磨钢，其特征在于按重量百分比计量化学成分为：C：0.3％～0.5％，Si：0.8％～1.5％，Cr：2.1％～2.5％、Mn：0.8％～1.5％，Ni：0.7％～1.2％，Mo：0.6％～1.0％，Nb：0.1％～0.3％，Ti：0.1％～0.5％，Re：0.04％～0.05％，P、S≤0.04，余量为铁。
所述的按重量百分比计量化学成分优选为：C：0.35％～0.45％，Si：0.8％～1.5％，Cr：2.1％～2.5％，Mn：0.8％～1.2％，Ni：0.7％～1.0％，Mo：0.6％～1.0％，Nb：0.1％～0.3％，Ti：0.1％～0.15％，Re：0.04％～0.05％，P、S≤0.04，余量为铁。
优选化学成分的依据和理由：
(1)在钢中加入铌(Nb)可增加钢的延展性和抗腐蚀性。铌在常温下不与空气里的氧发生化学反应。王水能把白金、黄金消溶，把铌放在浓热硝酸里两个月或在王水里六个月，铌安然无恙，铌在本材料中起抗腐蚀能力，它在本材料所起的作用来看，选0.1％～0.3％为宜。
(2)镍(Ni)加入0.4％就可以显著提高钢的抗大气和弱酸腐蚀的能力，随着Ni含量的提高，这种能力增大。Ni是非碳化物形成元素，能固溶在αFe中起固溶强化作用。Ni能提高钢的淬透性和基体的电极电位，减少腐蚀介质中的微电池作用，促使基体钝化，有效降低腐蚀磨损的速度。跟据本发明的材料的性质优选为0.7％～1.2％。
(3)铬(Cr)起固溶强化、细化晶粒等作用外，Cr能形成碳化物，与碳亲合力最强，更能在最终组织中形成弥散分布的硬质合金碳化物，提高钢的初始硬度，有效的增加耐磨性能。通过多年试验Cr大于1.6％时起的作用明显，在本成分中2.4％时最佳。
(4)钼(Mo)主要提高钢的淬透性，改善碳化物的形态和分布，防止回火脆性。跟据用量效果Mo达到0.5％时起的作用较大，考虑生产成本可取能达到以上效果的下限为宜。
(5)Mo、Si、Nb联合作用，促使钢表面形成致密的氧化膜，既能提高钢在氧化性介质中的稳定性，使钢的耐腐蚀磨损性能提高。
(6)C选取应为0.3％～0.5％，因为本材料加入的合金元素后增加了含C当量，增加值为0.3％左右，如果综合碳含量较低不能达到热处理时达到马氏体组织，会形成珠光体，会降低机械性能，影响耐磨性；如果碳含量过高，会使韧性降低，造成碎裂。因此碳的含碳当量必须严格控制。
一种所述的新型马氏体耐磨钢的铸钢件生产工艺，其特征在于包括冶炼工艺、铸造工艺、热处理工艺、质量检查等。
所述的冶炼工艺采用氧化法冶炼，首先加废钢进行熔化，随后加入Mo铁和铜，在熔化68～72％时进行吹氧助熔，并按钢水重量的3％加造渣剂，炉料完全熔化后化验成分，然后扒渣，再进行造新渣，进入还原期，先后加入Cr铁、Mn铁、Ni铁和Nb铁，待加入的合金料全熔后进行全成分分析化验，根据化验结果调整各个元素，全成分合格后，在出钢前加入造渣剂，当渣子成白渣并达到出钢温度时出钢，
所述的铸造工艺采用粘土砂造型，浇铸系统采用半封密式浇注工艺，如果铸钢件本件厚度超过120毫米，在造型中采取外冷铁来进一步细化晶粒组织的措施，冷铁厚度在50至70毫米之间，冒口设在铸钢件本件最厚部位，冒口采用发热保温式冒口，打箱温度控制在铸件体温在290～310℃左右，
所述的热处理工艺：采用常温入炉，加热640～700℃保温110～130分钟，然后升至875～985℃保温，每25毫米铸钢件本件厚度保温60分钟，保温后在1分钟内快速出炉，用油淬火，淬火后立即进行250-350℃回火保温8小时热处理结束，
所述的质量检查包括外形尺寸检查、热处理后的金相组织检查和硬度检查。
所述的冶炼工艺为采用可调整化学成分的电弧炉冶炼工艺，或者采用中频炉冶炼工艺，采用中频炉冶炼工艺时必须检测和计算好合金料加入量，Cr、Mn烧损按10％控制，Ti回收量按60％计算。
所述的出钢温度控制在1550℃至1570℃，所述的浇注工艺中的浇注温度控制在1470℃至1490℃之间。
所述的铸造工艺用树脂砂造型，冒口设计为易割侧冒口，采用自然空气冷却。
所述的热处理后的金相组织检查为检查金相组织是否为板条马氏体+残留奥氏体+弥散分布碳化物，板条马氏体为高位错马氏体组织，硬度检查：洛氏硬度HRC53-58，达到上限为优。
本发明的新材质耐磨钢在较低冲击下，应用在冶金矿山的球磨机衬板、锤矿机的锤头等，适用于金矿、铁矿、水泥等各类矿山使用的耐磨产品，是代替传统高锰钢的新耐磨材料。
在铁矿和水泥选矿厂上使用表明，使用寿命比高锰钢提高2～2.3倍。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的具体实施方式。
按照本发明的新型马氏体耐磨钢，其特征在于按重量百分比计量化学成分为：C：0.3％～0.5％，Si：0.8％～1.5％，Cr：2.1％～2.5％、Mn：0.8％～1.5％，Ni：0.7％～1.2％，Mo：0.6％～1.0％，Nb：0.1％～0.3％，Ti：0.1％～0.5％，Re：0.04％～0.05％，P、S≤0.04，余量为铁。
实施例
所述的按重量百分比计量化学成分优选为：C：0.35％～0.45％，Si：0.8％～1.5％，Cr：2.1％～2.5％，Mn：0.8％～1.2％，Ni：0.7％～1.0％，Mo：0.6％～1.0％，Nb：0.1％～0.3％，Ti：0.1％～0.15％，Re：0.04％～0.05％，P、S≤0.04，余量为铁。
一种所述的马氏体耐磨钢的铸钢件生产工艺，其特征在于包括冶炼工艺、铸造工艺、热处理工艺、质量检查。
所述的冶炼工艺采用氧化法冶炼，首先加废钢进行熔化，随后加入Mo铁和铜，在熔化68～72％时进行吹氧助熔，并按钢水重量的3％加造渣剂，炉料完全熔化后化验成分，然后扒渣，再进行造新渣，进入还原期，先后加入Cr铁、Mn铁、Ni铁和Nb铁，待加入的合金料全熔后进行全成分分析化验，根据化验结果调整各个元素，全成分合格后，在出钢前加入造渣剂，当渣子成白渣并达到出钢温度时出钢，
所述的铸造工艺采用粘土砂造型，浇铸系统采用半封密式浇注工艺，如果铸钢件本件厚度超过120毫米，在造型中采取外冷铁来进一步细化晶粒组织的措施，冷铁厚度在50至70毫米之间，冒口设在铸钢件本件最厚部位，冒口采用发热保温式冒口，打箱温度控制在铸件体温在290～310℃左右，
所述的热处理工艺：采用常温入炉，加热640～700℃保温110～130分钟，然后升至875～985℃保温，每25毫米铸钢件本件厚度保温60分钟，保温后在1分钟内快速出炉，用油淬火，淬火后立即进行250-350℃回火保温8小时热处理结束，
所述的质量检查包括外形尺寸检查、热处理后的金相组织检查和硬度检查。
所述的冶炼工艺为采用可调整化学成分的电弧炉冶炼工艺，或者采用中频炉冶炼工艺，采用中频炉冶炼工艺时必须检测和计算好合金料加入量，Cr、Mn烧损按10％控制，Ti回收量按60％计算。
所述的出钢温度控制在1550℃至1570℃，所述的浇注工艺中的浇注温度控制在1440℃至1490℃之间。
所述的铸造工艺用树脂砂造型，冒口设计为易割侧冒口，采用自然空气冷却。
所述的热处理后的金相组织检查为检查金相组织是否为板条马氏体+残留奥氏体+弥散分布碳化物，板条马氏体为高位错马氏体组织，硬度检查：洛氏硬度HRC53-58，达到上限为优。
本发明的新材质耐磨钢在较低冲击下，应用在冶金矿山的球磨机衬板、锤矿机的锤头等，适用于金矿、铁矿、水泥等各类矿山使用的耐磨产品，是代替传统高锰钢的新耐磨材料。
在铁矿和水泥选矿厂上使用表明，使用寿命比高锰钢提高2～2.3倍。
Claims (7)
1.一种马氏体耐磨钢，其特征在于按重量百分比计量化学成分为：C：0.3％～0.5％，Si：0.8％～1.5％，Cr：2.1％～2.5％、Mn：0.8％～1.5％，Ni：0.7％～1.2％，Mo：0.6％～1.0％，Nb：0.1％～0.3％，Ti：0.1％～0.5％，Re：0.04％～0.05％，P、S≤0.04，余量为铁。
2.根据权利要求1所述的马氏体耐磨钢，其特征在于按重量百分比计量化学成分优选为：C：0.35％～0.45％，Si：0.8％～1.5％，Cr：2.1％～2.5％，Mn：0.8％～1.2％，Ni：0.7％～1.0％，Mo：0.6％～1.0％，Nb：0.1％～0.3％，Ti：0.1％～0.15％，Re：0.04％～0.05％，P、S≤0.04，余量为铁。
3.一种根据权利要求1所述的新型马氏体耐磨钢的铸钢件生产工艺，其特征在于包括冶炼工艺、铸造工艺、热处理工艺、质量检查，
所述的冶炼工艺采用氧化法冶炼，首先加废钢进行熔化，随后加入Mo铁和铜，在熔化68～72％时进行吹氧助熔，并按钢水重量的3％加造渣剂，炉料完全熔化后化验成分，然后扒渣，再进行造新渣，进入还原期，先后加入Cr铁、Mn铁、Ni铁和Nb铁，待加入的合金料全熔后进行全成分分析化验，根据化验结果调整各个元素，全成分合格后，在出钢前加入造渣剂，当渣子成白渣并达到出钢温度时出钢，
所述的铸造工艺采用粘土砂造型，浇铸系统采用半封密式浇注工艺，如果铸钢件本件厚度超过120毫米，在造型中采取外冷铁来进一步细化晶粒组织的措施，冷铁厚度在50至70毫米之间，冒口设在铸钢件本件最厚部位，冒口采用发热保温式冒口，打箱温度控制在铸件体温在290～310℃，
所述的热处理工艺：采用常温入炉，加热640～700℃保温110～130分钟，然后升至875～985℃保温，每25毫米铸钢件本件厚度保温60分钟，保温后在1分钟内快速出炉，用油淬火，淬火后立即进行250-300℃回火保温8小时热处理结束，
所述的质量检查包括外形尺寸检查、热处理后的金相组织检查和硬度检查。
4.根据权利要求3所述的马氏体耐磨钢的铸钢件生产工艺，其特征在于所述的冶炼工艺为采用可调整化学成分的电弧炉冶炼工艺，或者采用中频炉冶炼工艺，采用中频炉冶炼工艺时必须检测和计算好合金料加入量，Cr、Mn烧损按10％控制，Ti回收量按60％计算。
5.根据权利要求3所述的马氏体耐磨钢的铸钢件生产工艺，其特征在于所述的出钢温度控制在1550℃至1570℃，所述的浇注工艺中的浇注温度控制在1440℃至1490℃之间。
6.根据权利要求3所述的马氏体耐磨钢的铸钢件生产工艺，其特征在于所述的铸造工艺用树脂砂造型，冒口设计为易割侧冒口，采用自然空气冷却。
7.根据权利要求3所述的马氏体耐磨钢的铸钢件生产工艺，其特征在于所述的热处理后的金相组织检查为检查金相组织板条马氏体是否为高位错马氏体加残留奥氏体组织，硬度检查：洛氏硬度HRC50-55，达到上限为优。
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