技术领域
[0001] 本
发明涉及金属材料领域,特别涉及一种适用于受中等冲击的中
碳多元低
合金马氏体耐磨铸钢。
背景技术
[0002] 目前国外中碳低合金马氏体耐磨铸钢多为Cr、Mo或Cr、Mo、Ni系
合金钢,
热处理工艺采用淬火加低温回火的工艺,以获得高强度、高硬度和一定韧性的合金性能。典型的钢种有著名的美国ESCO公司ESCO-12系列耐磨钢种,此钢种即以Cr、Mo、Ni为主体
合金元素,美国HENSLY公司的30CrMoSi及30CrMoSi2也属于同一范畴。我国中碳低合金耐磨铸钢的研究和应用始于20世纪80年代以后,取得了一系列成果,较典型的钢种是30CrMnSiMoNi和Cr5Mo钢,现在也有部分生产厂家从国外引进了及自主开发了30CrMoSi及30CrMoSi2的生产技术,其间有一段时间还着
力开发了符合我国合金资源情况的Si、Mn系合金钢30Si2Mn。现在人们逐渐认识到了多元合金化是提高耐磨铸钢淬透性、强韧性和硬度的有效方法,因而国内外耐磨铸钢多采用Cr、Mo、Ni、Si、Mn多元合金化,近年来的研究表明,在抵抗中小
能量撞击
磨料磨损的状况下,高锰钢并不耐磨。如
球磨机衬板就是采用高锰钢制作,由于高锰钢的组织结构为奥氏体,硬度较低,
耐磨性较差,尤其在没有经受剧烈冲击的情况下,短时间内得不到加工硬化,因此导致
研磨初期磨损速度较快,平均使用寿命仅为四个月左右。此外,中锰钢及其他奥氏体铸钢都存在抗冲击差不耐磨的问题。
[0003] 为了解决上述问题,
专利号为SU1650759的文献中公开了一种
铸铁材料,是由C、Si、Mn、Cr、V、Ti、B、Ca、Al、Ce、Ba等合金元素组成,
抗拉强度为710-750Mpa。这种铸钢虽然硬度较高,耐磨性较好,但强度较低,只能在较小的冲击
载荷下工作。此外,由于该钢的化学成分比较复杂,贵重金属如Cr的含量较高,不仅导致钢的价格昂贵,而且在熔炼中Ca、Ce、Ba等合金元素很难控制。中国专利
申请号97105661.7中已公开的一种“多元微合金化
贝氏体钢”、中国专利申请号96119545中已公开的“一种耐磨铸”、中国专利申请号95106429中已公开的一种“Mn-Si-Mo-B贝氏体钢”中国专利号93106429中已公开的一种“高强韧性高淬透性空冷贝氏体钢”、以及中国专利公开了一种微合金马氏体耐磨铸钢及制造方法CN1600889A,所述的微合金马氏体耐磨铸钢基本化学成份C、Si、Mn、Cr、S、P的
质量百分比为:C 0.25~0.34、Si 0.4~0.7、Cr 0.5~1.0、Mn 1.15~1.65、S≤0.035、P≤0.035;并具有微量元素Ti、RE、B、Al,所述的微量元素的质量百分比为:B 0.0005~
0.005、Ti 0.01~0.06、Ce 0.01~0.045、La 0.01~0.035、Al 0.01~0.1,其余为Fe。
中国专利公开的一种
薄膜奥氏体增韧的马氏体耐磨铸钢及其制造方法CN1718829A,其特征在于其具有基本合金元素C、Si、Mn、Cr,微合金元素B、i、RE,Fe,以及杂质元素S、P;具体组成为:C:0.25~0.34wt%,Si:1.45~2.05wt%,Mn:0.90~1.20wt%,Cr:1.80~
2.50wtB:0.0005~0.005wt%,Ti:0.01~0.06wt%,RE:0.015~0.08wt%,Al:0.015~
0.06wt%,S≤0.035wt%,P≤0.035wt%,余量为Fe。中国专利公开了一种耐磨铸钢及其制备方法CN1560311A,含有碳、
硅、锰、镍、铬和钼元素,其特征是:耐磨铸钢中微量元素的重量百分比组成为C 0.2-0.35、Si 0.6-1.0、Mn 0.8-1.2、Ni 0.2-0.6、Cr 0.6-1.2、Mo
0.15-0.35。等多项发明专利,在实际
铸造中易产生热裂和冷裂,存在抗冲击差不耐磨的问题,使用寿命短。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种既能够满足耐磨又有较高冲击韧性和强度,铸件初始硬度高,
屈服强度高、不易
变形断裂的马氏体耐磨铸钢。
[0005] 本发明通过如下技术方案来实现:马氏体耐磨铸钢,包含碳、硅、磷、硫、锰、铬、钼、铁,其重量百分比为C:0.35-0.55%,Si:0.75-1.25%,P:≤0.035%,S:≤0.03%,Mn:0.95-2.20%,Cr:1.95-2.95%,Mo:0.15-0.22%,余量为不可避免的杂质和Fe。
[0006] 所述的高强度耐磨钢还包含Ce,其质量百分比为0.005-0.021%。
[0007] 本发明中,各合金元素的主要作用在于:
[0008] (1)碳:碳高则碳化物数量多、硬度高、但韧性低,使用时易断裂,碳低则韧性高、硬度低,不利于耐磨,因此碳含量控制在0.35-0.55%。
[0009] (2)硅:硅能增加钢的回火
稳定性,提高强度和淬透性,硅量过高,对冲击韧性不利,故选择硅含量为0.75-1.25%。
[0010] (3)锰:强烈稳定奥氏体的元素,显著提高钢的淬透性,增加耐磨性,降低钢的韧脆性转变
温度。但锰过高对钢的冲击韧性不利,故锰含量控制在0.95-2.20%。
[0011] (4)铬:Cr是提高钢淬透性的主要合金元素,铸钢中加入1.95-2.95%的Cr,能有效提高钢的淬透性,强化基体组织。
[0012] (5)钼:钼可显著提高钢的淬透性,还能改善铸钢的
凝固性,钼属贵重金属,故选择在0.15-0.22%。
[0013] (6)硫、磷:含量分别控制在P:≤0.035%,S:≤0.03%;
[0014] (7)稀土元素Ce不仅可以有效的细化铸态组织,
净化晶界,改善碳化物和夹杂物的形态和分布,提高低合金耐磨钢的抗疲劳性能和抗剥落性能,还可使低合金耐磨钢保持足够的韧性故选择稀土在0.005-0.021%。
[0015] 与
现有技术相比,本发明的优点在于:1.不使用Ni贵重的合金元素,而是使用微量的钼提高钢的淬透性、改善铸钢的凝固性,通过微合金化来达到强韧化和硬韧化目的,因而制造成本较低。
具体实施方式
[0016]
实施例1:一种马氏体耐磨铸钢,包含碳、硅、磷、硫、锰、铬、钼、铈、铁,其重量百分比为:C:0.402%,Si:0.86%,P:0.022%,S:0.015%,Mn:1.21%,Cr:1.95%,Mo:0.201%,Ce:0.0066%,余量为不可避免的杂质和Fe。
[0017] 实施例2:一种马氏体耐磨铸钢,包含碳、硅、磷、硫、锰、铬、钼、铈、铁,其重量百分比为:C:0.55%,Si:0.77%,P:0.024%,S:0.012%,Mn:2.20%,Cr:2.96%,Mo:0.201%,Ce:0.011%,余量为不可避免的杂质和Fe。
[0018] 实施例3:一种马氏体耐磨铸钢,包含碳、硅、磷、硫、锰、铬、钼、铈、铁,其重量百分比为:C:0.37%,Si:1.23%,P:0.020%,S:0.004%,Mn:1.00%,Cr:2.00%,Mo:0.196%,