一种高弹性、高强度钢及其制造方法技术

一种耐冲击、耐磨损的高弹性、高强度钢，其中，所述钢含有０．２６－０．４８重量％的Ｃ、１．４－２．５重量％的Ｓｉ、０．５－１．０重量％的Ｍｎ、１．４－２．４重量％的Ｃｒ、０．０１－０．１重量％的Ｎｉ、０．０１－０．５重量％的Ｍｏ、０．００５－０．０４重量％的Ａｌ、０．０５－０．１重量％的Ｖ、０．００２５－０．０２重量％的Ｎ，剩余为Ｆｅ和不可避免的杂质。本发明专利技术的耐冲击、耐磨损的高弹性、高强度钢具有高硬度、高强度、高韧性及高弹性，而且钢的焊接性、低温回火阻抗性及高温回火阻抗性、硬化性、耐磨损性、以及冲击韧性和拉伸强度等机械特性非常好，所以用于严格条件下时模型寿命及部件寿命远远长于以往钢。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及适用于严格条件下使用的工业用部件的特殊钢材料及其制造方法，所述材料用于工业用切断刀、各种粉碎机的耐磨损性部件、岩石破碎刀片部件，具体地说，本专利技术涉及用于工业用切断刀(小刀(knife)、切断机(cutter)、刀片(blade)等)、各种(岩石、矿石、木材、谷物、水泥等)粉碎机的耐磨损性部件(切断机、划线机(liner)、薄板(plate)等)、或岩石破碎刀片部件-活塞(piston)、凿子(chisel)、钻头(drill bit)等用于切断铁废材(scrap)、不锈钢板材、铜及铝合金板材等金属及非金属的且性能优良、制造成本较低的高韧性、高强度及高耐磨损性的经济性材料及其制造方法，更详细地说涉及高弹性、高强度特殊用途钢及其制造方法，该方法包括通过适当混合中低含量的C、高含量的Si、以及低含量的其他合金元素，形成合金组合物，并适当进行调质处理(900℃以上的淬火和500℃以下的回火，及控制冷却)，确保钢的耐冲击性及耐磨损性。
技术介绍
废铁切断刀片和不锈钢板材切断刀片是需要高强度和高韧性的典型工业用部件，目前主要根据其用途选择性使用热加工钢SKD61(硬度HRC45以上，冲击吸收能量40焦以上)、冷加工钢SKD11(硬度HRC56以上，冲击吸收能量10焦以上)及其改良钢等。欧洲专利EP 3218051A119830203DE公开了高强度切断刀的高碳高镍Cr-Mo-V，日本专利JP 08027540公开了为保证高硬度和强度而添加0.4-0.47重量％的C、0.01-0.03重量％的Ti、0.015-0.040重量％的Al、5-30ppm的B等的重碳含硼钢。但是，上述钢由于是高合金钢，根据用途的制造成本高，且与制造成本相比寿命短。另外，由于碳含量高且合金量高，所以具有自硬性，容易出现裂缝(crack)，不能以吹氧来切断所需形状模型，难以制作形状复杂的部件，且费用高。为克服上述问题，目前主要将中或低碳钢(例如低碳耐磨损钢为Weldox、中高碳耐磨损钢为Hardox)用于粉碎岩石、矿石、木材、谷物、水泥等的粉碎机的耐磨损性部件(切断机、划线机、薄板等)等上。在韩国专利第2003-0054423号公开了低碳低硅非调质钢，在韩国专利申请第2003-0002183号公开了中低碳低硅Ni-Cr-Mo调质处理钢，在日本专利JP 60033339公开了中高碳耐磨损合金钢，在日本专利JP 11131193公开了中高碳低硅高铬耐磨损合金钢，在日本专利JP 05214485及JP 58153759公开了中高碳低硅高Cr-Mo-Zr-W耐磨损硼钢及合金钢。但是，上述钢的制造费用非常高。另外，韩国及国外作为岩石破碎机部件的活塞主要使用SNCM26V(SNCM616V)，其价格高，而且需要将低碳Ni-Cr-Mo钢长时间进行浸碳处理(4天以上)和低温处理，确保外部的高硬度和内部的高韧性，凿子和钻头通过将SCM440或中高碳Ni-Cr-Mo钢进行调质处理来确保高硬度，使其具有耐冲击性和耐磨损性，但是其寿命与价格相比无法满足要求，而且这些改良钢从性能或制造成本上看目前难以广泛使用。另外，现有的耐磨损钢中，由于高Mn而产生自身变化。当Mn含量超过1.7重量％时，产生低温变化生成物，虽然大幅度提高强度，但是急剧降低延伸率，而且低合金钢中Si/Mn比例小时，连续冷却变化(CCT)中珠光体/铁素体(pearlite/ferrite)变化的开始及结束点降低，容易进行马氏体/贝氏体(Martensite/Bainite)变化，热加工后自硬性增强，容易产生裂缝，同时为机械加工必须进行退火(Annealing)的热处理工艺。
技术实现思路
本专利技术为解决以往钢用于工业用切断刀(切断机、刀片)、各种工业机械(各种粉碎机、剪切机、喷射机(shot)等)的耐冲击用部件和耐磨损性部件以及岩石破碎刀片部件等非常严格条件下使用的工业部件上时出现上述问题而提出。本专利技术目的是通过中低碳/高硅/低合金的最适当组合和调质热处理方法来提供具有硬度HRC52且屈服强度1350牛/平方米以上、拉伸强度1750牛/平方毫米以上、延伸率15％以上、截面减少率35％以上、冲击吸收能量65焦以上具有良好强度及冲击韧性、良好硬化性、耐磨损性、特别是具有吹氧切断模型可行性、良好焊接性的耐冲击、耐磨损的高弹性、高强度钢及其制造方法。另外，本专利技术的目的是提供耐冲击、耐磨损的高弹性、高强度钢及其制造方法。为了防止对机械特性起坏影响的Al2O3、MnS非金属介入物的单独生成，以及为了得到最适当的凝固组织，本专利技术者经过长期研究发现，利用熔钢内的稀土类元素(以下称REM)以及Al和硫的浓度及溶解度相关关系式、钙和硫的浓度相关关系式，在熔钢内生成直径5微米以下的RExOy或(RE、Al)xOy+RExOyS+RExSy复合化合物，凝固熔钢，形成树脂状态，提供不均匀生成核环境，使凝固组织微细化和致密化，同时强力控制C、Cr、Mo、W、Ni、Mn、Si等熔解元素的偏析和微细分散，得到机械特性、物理特性及耐腐蚀性较高的耐冲击/耐磨损的高弹性、高强度钢。为达到上述目的，本专利技术提供的耐冲击、耐磨损的高弹性、高强度钢具有如下几种组成组成10.26-0.48重量％的C、1.4-2.5重量％的Si、0.5-1.0重量％的Mn、1.4-2.4重量％的Cr、0.01-0.1重量％的Ni、0.01-0.5重量％的Mo、0.005-0.04重量％的Al、0.05-0.1重量％的V、0.0025-0.02重量％的N、剩余为Fe和不可避免的杂质。组成2为了控制凝固组织，组成2的耐冲击、耐磨损的高弹性、高强度钢含有符合下述关系式1的0.001-0.5重量％的REM(Y、Ce、La、Nd、Pr)和0.0005-0.01重量％的Ca。关系式1浓度式/＝2-90以及/＝1。溶解度式/＝0.001×10-5-30000×10-5。组成3为了更加提高基质强度、硬化能、以及热特性，组成3的高强度钢是在上述组成1的N、Mn、Cr、Ni、Mo各成分范围的上限值，还含有最大量分别为0.28重量％的N、0.5重量％的Mn、1.0重量％的Cr、0.95重量％的Ni、0.6重量％的Mo，而且优选还含有0.0001-0.005重量％的B、0.001-0.1重量％的Ti、0.01-0.5重量％的W+Co、0.05-0.1重量％的Nb等。组成4在组成1和组成2以及组成3中，上述高强度钢满足下述关系式2关系式2/＝2.6-3.2以及/＝2∶1。这是调质热处理钢在高温下控制结晶粒生长而生成微粒AlN的最适当的条件范围，即/＝2∶1，而且为了在冷热条件使用中更加提高基质强度而最多添加0.30重量％的氮。Si/Mn比例越大，珠光体/铁素体变化越容易，且产生层状间隔，使马氏体/贝氏体变化很难，热加工后在中间产品状态下得到低硬度，可省略为机械加工性的退火热处理工艺，降低制造成本，而且吹氧切断以及焊接后也不会发生微细裂缝，最大限度发挥其效果，为此将/＝2.6-3.2。另外，针对调质热处理钢由于上述马氏体/贝氏体变化困难而难以确保淬火后硬度的问题，本专利技术通过补充少量Cr以及生成高Si、AlN、直径5微米以下的RExOy或(RE、Al)xOy+RExOyS+R本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐冲击、耐磨损的高弹性、高强度钢，其中，所述钢含有０．２６－０．４８重量％的Ｃ、１．４－２．５重量％的Ｓｉ、０．５－１．０重量％的Ｍｎ、１．４－２．４重量％的Ｃｒ、０．０１－０．１重量％的Ｎｉ、０．０１－０．５重量％的Ｍｏ、０．００５－０．０４重量％的Ａｌ、０．０５－０．１重量％的Ｖ、０．００２５－０．０２重量％的Ｎ，剩余为Ｆｅ和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：崔仁圭，宋致福，
申请(专利权)人：株式会社CF，崔仁圭，宋致福，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]