一种锻造用超高强度低合金耐磨钢及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种锻造用超高强度低合金耐磨钢，其材质的主要化学成分及含量如下(wt.％):C：0.20‑0.40 Si：1.00‑1.55 Mn：0.70‑1.00 Cr：1.00‑1.40 Mo：0.05‑0.20 Ni：0.05‑0.10 Cu：0.05‑0.20 S：≤0.035 P：≤0.035其余为Fe。本发明专利技术的有益效果：本发明专利技术可以极大的提高耐磨钢的淬透性和耐磨性；本发明专利技术锻造用超高强度低合金耐磨钢同时具有超高强度、良好的韧性、高的硬度、良好的耐磨性，其使用寿命比普通的低合金耐磨钢可以提高三倍以上；本发明专利技术还提供了一种锻造用超高强度低合金耐磨钢的制备方法，保证了工艺不复杂、易控，生产成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种锻造用超高强度低合金耐磨钢及其制备方法
本专利技术涉及金属材料领域，尤其涉及一种适合于斗齿的锻造用超高强度低合金耐磨钢及其制备方法。
技术介绍
斗齿是工程机械行业挖掘机、装载机作业中磨损最严重的零件，广泛应用于矿山、冶金、水利、电力、建筑、机械等行业，直接与岩石、矿物、砂子、泥土等长期接触，由于工况条件恶劣，在接触物料时，既承受冲击作用力，又承受弯曲作用力，斗齿尖部经常受到较强烈的冲击滑动磨料磨损，斗齿主要的失效方式是磨损和断裂，斗齿表面受磨损导致断裂，造成斗齿使用寿命短，更换频繁。目前斗齿常采用高锰钢和低合金钢，高猛钢一方面合金钢中金属Mn元素含量高达百分之十几，是一种铸造奥氏体锰钢(简称高猛钢)，其耐磨性主要在较高的冲击载荷作用下发生表面加工硬化的情况下产生。而在挖掘泥土、砂子冲击载荷不是很高的情况下，表面产生加工硬化并不明显，反而使得高锰钢的耐磨性不能得到充分发挥，导致一般冲击载荷作用下耐磨性很差，寿命较短。而低合金耐磨钢是工程机械行业目前应用很广泛的一类的耐磨材料，具有良好的综合性能，而且合金含量低，生产价格较低。低合金耐磨钢主要通过添加少量(≤5％)的合金元素，以及热处理工艺，来获得马氏体或者马氏体+贝氏体组织，从而提高合金钢的硬度和耐磨性。对于斗齿用低合金耐磨钢需要该种钢具有高的强度，良好的韧性，以及高的硬度，才能真正的提高斗齿的耐磨性和使用寿命，然而低合金钢由于化学成分、热处理工艺可在很大的范围内变化，所以其力学性能表现波动较大，不能同时满足高的强度、良好的韧性、以及高的硬度的要求。目前国内外常见的中低碳低合金耐磨铸钢中为ZG30CrMoSi、ZG30CrMoNi、ZG35CrMo、ZG35CrMoNi等系列合金，由于加入Mo、Ni质量百分含量较高，制造成本高。在Cr-Mn-Mo基础上，加入B、Ti、V、Nb、RE(稀土元素)等细化晶粒的微量元素是比较常用的方法，例如公开号为CN201310067281.8的中国专利“一种中碳多元素低合金耐磨钢的制备方法”在Cr-Mn-Si钢的基础上，通过添加一定量的Mo、V来提高淬透性、耐磨性，还加入B、Ti、Nb、Ce等多种微量合金元素起到细化晶粒作用来概述综合力学性能，该专利技术添加元素多，除普通合金熔炼外，主要进行微量元素的变质处理，工艺相对复杂，且难以控制。公开号为CN201510099344.7的中国专利公开了“一种韧性大于50J/cm2的低合金耐磨钢及生产方法”，该专利技术专利的低合耐磨钢的成分中需要加入Mo:0.30-0.50％,Ti:0.25-0.35％,B:0.01-0.05％,制备的低合金耐磨钢的抗拉强度1500MPa以上，韧性优良高于50J/cm2，延伸率≥16％，硬度值≥450HV(≥45.3HRC)。虽然塑性和韧性良好，但是抗拉强度只有1500MPa以上，硬度只有45.3HRC以上，对于超高强度耐磨钢而言还有待进一步提高。另外该专利技术中添加Mo元素含量相对较高，制备工艺中除铸钢的合金熔炼之外，必须经过粗轧制和精轧工序，制造工艺复杂，制造成本较高。公开号为CN201110276071.0的中国专利，公开了“一种中低合金耐磨钢的制备方法”，其成分为C：0.41％-0.50％，Si：0.85％-0.95％，Mn：1.1％-1.4％，Cr：为1.5％-2.3％，：Mo：0.31％-0.45％，Cu：1.25％-1.35％，Ce：0.30％-0.45％，B：0.001％-0.003％，P≤0.04％，S≤0.04％，余量为Fe。该专利技术专利中C含量较高，含碳量越高，强度硬度越高，但塑性、韧性也会随之降低，耐磨钢在使用时候容易断裂，添加的Mo较高，造成成本增加，Cu含量非常高，铜元素含量过高时，耐磨钢的强度和耐磨性反而会降低，另外还要添加Ce，B等细化晶粒的合金元素。低合金耐磨钢的硬度值为52-56HRC，冲击韧性值可达35-75J/cm2，抗拉强度为1550-1750MPa。综上，目前常见的低合金耐磨钢制造成本高，采取添加微量元素的手段提高耐磨性、淬透性，却造成制造工艺复杂且难以控制，耐磨钢的塑性、韧性、强度和耐磨性等力学性能均不能够同时达到要求。
技术实现思路
因此本专利技术提出一种既能同时满足力学性能要求又能降低制造成本的锻造用超高强度低合金耐磨钢，解决了现有低合金耐磨钢的问题。另外，本专利技术的另一目的在于提供一种锻造用超高强度低合金耐磨钢的制备方法。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种锻造用超高强度低合金耐磨钢，其材质的主要化学成分及含量如下(wt.％):进一步地，本专利技术所述锻造用超高强度低合金耐磨钢，其材质的主要化学成分及含量如下(wt.％):进一步地，本专利技术所述锻造用超高强度低合金耐磨钢的抗拉强度σb＞1770-1960MPa、延伸率A≥7-11％，淬火硬度≥52-54HRC。本专利技术C的含量为0.20-0.40wt.％，碳(C)：是最重要的固溶强化元素，对钢的硬度、韧性、耐磨性有重要的影响；含碳量越高，强度硬度越高，但塑性、韧性也会随之降低，耐磨钢在使用时候容易断裂；含碳量越低，塑性、韧性越高，其强度、硬度低会随之降低。为了达到工程机械用斗齿耐磨钢超高强度又具有较好的塑性，综合考虑，本专利技术锻造用耐磨钢的C元素质量百分含量为0.20-0.40wt.％，进一步控制在0.25-0.35wt.％，属于中低碳钢范畴，既兼顾了强度和耐磨性，也考虑了冲击韧性。本专利技术Si的含量为1.00-1.55wt.％，硅(Si)：是常见的固溶强化合金元素之一，因为硅溶于铁素体之后，具有很强的固溶强化作用，同时显著提高钢的强度和硬度，提高钢的弹性极限、屈服极限和屈服比，增加钢的回火稳定性，随着硅含量的增加，碳化物的析出被抑制或延缓，易于形成贝氏体组织，当Si元素超高一定值时，耐磨钢的韧性会急剧下降。故本专利技术将含硅量控制在1.00-1.55wt.％，进一步控制在1.20-1.40％，既保证了强度和硬度又不降低韧性。本专利技术Cr的含量为1.00-1.40wt.％，铬(Cr)：是耐磨材料的基本元素之一，可以固溶强化基体，并可以起到细化晶粒作用和提高钢的淬透性、耐磨性和耐腐蚀性，铬可以使钢的珠光体转变和贝氏体转变分开，能与碳形成多种化合物(Fe,Cr)3C，提高硬度和强度的同时不降低冲击韧度，具有较高的回火抵抗能力.钢中加入一定的Cr元素，可以明显提高耐磨钢的强度和硬度。此外，Cr、Mn、Si三元素配比的相互作用，对耐磨钢的奥氏体稳定性、淬透性、淬硬性能均有明显的强化作用。故本专利技术将含铬量控制在1.00-1.40wt.％，进一步控制在1.20-1.30wt.％。本专利技术Mn的含量为0.70-1.00wt.％，锰(Mn)：是合金强化元素之一，可以起到固溶强化作用，提高合金的淬透性，同时Mn元素是很好的脱氧剂和脱硫剂，可以用来进行钢水中脱氧和脱硫处理，当Mn元素含量在0.70-1.00％，可以使耐磨钢的强度明显提高，并能够提高Mn在低温下的冲击韧性,故本专利技术将含锰量控制在0.70-1.00wt.％，进一步控制在0.80-0.90wt.％。本专利技术Mo的含量为0.05-0.20wt.％，钼(Mo)：主要起到提高钢的高温稳定性、钢的硬度、能提高钢的强度。钼与铁素体和奥氏体固溶并形成碳化物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锻造用超高强度低合金耐磨钢，其特征在于：其材质的主要化学成分及含量如下(wt.％):

【技术特征摘要】
1.一种锻造用超高强度低合金耐磨钢，其特征在于：其材质的主要化学成分及含量如下(wt.％):2.如权利要求1所述的一种锻造用超高强度低合金耐磨钢，其特征在于：其材质的主要化学成分及含量如下(wt.％):3.如权利要求1所述的一种锻造用超高强度低合金耐磨钢，其特征在于：所述锻造用超高强度低合金耐磨钢的抗拉强度σb为1770-1960MPa、延伸率A为7-11％，淬火硬度为52-54HRC。4.如权利要求1-3任一所述的一种锻造用超高强度低合金耐磨钢的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)熔炼：采用碱性电弧炉或中频感应熔炼炉对原料进行加热熔炼，在1600-1620℃的熔炼温度、1580-1600℃的出钢温度下得到钢液，所述钢液的主要化学成分及含量如下(wt.％):2)炉外精练：将熔炼步骤中得到的钢液送至盛钢桶内进行吹氩处理，所述吹氩处理操作压力为0.5-0.6MPa，操作时间为10-15分钟；3)浇注成型：采用腊模或消失模对完成炉外精炼步骤后的钢液进行铸造成型处理得到铸件钢坯，浇注温度为1560-1580℃；4)锻造：将浇注成型步骤中得到的铸件钢坯于加热温度为1180-1220℃、起锻温度为1130-1180℃、终锻造温度＞850℃、锻造压力为400-1000kN的工艺条件下锻造得到金属锻坯；5)淬火：将锻造步骤中得到的金属锻坯进行淬火处理，所述淬火处理的工艺条件为：奥氏体化加热温度为890-910℃，保温时间为2-3h，淬火介质为油淬；6)低温回火：将淬火后的金属锻坯进行低温回...

【专利技术属性】
技术研发人员：万继文，张从阳，王正刚，李宜荣，杨永红，
申请(专利权)人：湖北万鑫精密铸锻股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42