本发明专利技术公开的超细贝氏体耐磨钢及其制造工艺，它是一种高碳ＭｎＣｒＷＳｉＡｌＶ系低合金钢，其化学成分为ｗｔ％：Ｃ０．７－１．１，Ｍｎ０．５－３．０，Ｃｒ０．５－３．０，Ｗ０．１－２．０，Ｓｉ０．５－３．０，Ａｌ０．１－２．０，Ｖ０．０－０．３，Ｓ＜０．０５，Ｐ＜０．０５，其余为Ｆｅ。热处理工艺为：对于锻态或者铸态钢具有相同的最终热处理工艺，然而，锻态钢锻后要经过特殊的锻后热处理工艺。钢最终热处理后获得超细贝氏体组织和少量高碳含量的残余奥氏体组织，从而使工件获得优异的综合力学性能，硬度达到ＨＲＣ６０－６５，韧度达到４０－８０Ｊ／ｃｍ↑［２］。在高应力和低应力磨损条件下，其使用寿命比目前使用的普通ＺＧＭｎ１３钢提高１－３倍。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种抗低应力和高应力磨损耐磨钢，它属于高碳低合金钢，
技术介绍
冶金、建材、矿山、军工和煤炭等领域广泛使用耐磨材料。从材料成分划分，目前广泛使用的耐磨钢主要分为奥氏体耐磨钢、马氏体耐磨钢和贝氏体耐磨钢。奥氏体耐磨钢主要是指传统的ZGMn13及由此发展出来的奥氏体耐磨锰钢，经水韧处理后使用，硬度大约在HB 150-250，韧度大约在150-300J/cm2，它主要适合于高应力磨损条件；马氏体耐磨钢主要是指低碳多元合金化低合金钢，经淬火回火后使用，硬度大约在HRC 45-55，韧度大约在20J/cm2以下，它主要适合于低应力磨损条件；贝氏体耐磨钢是指中碳高硅合金钢，经相应贝氏体相变热处理后使用，硬度大约在HRC40-50，韧度大约在30J/cm2以下，它主要适合于低应力磨损条件。在这三类耐磨钢中，贝氏体耐磨钢是最后开发起来的耐磨钢系列。目前通常使用的贝氏体钢的化学成分是C 0.4-0.7，Si 1.0-3.0，Mn 1.0-3.0，也就是所谓的Si-Mn系贝氏体钢，为了进一步增加钢的硬度和耐磨性能，可以利用Cr、B、Mo等元素进行再合金化处理。通常采用的热处理工艺是空冷或者在淬火到贝氏体转变温度等温后空冷。如此得到的贝氏体通常为普通的无碳化物贝氏体组织，同时存在一定的马氏体和残余奥氏体。在通常条件下，在韧度足够的前提条件下，钢的硬度越高其耐磨性越好。然而，材料的硬度和韧度是两个相互矛盾的因素，钢的硬度提高势必降低其韧度，相反，提高钢的韧度一定降低其硬度，因此，同时提高耐磨材料的硬度和韧度是材料科学的一个难点，也是材料科学工作者追求的目标之一。为了实现这一目标，除了要对钢的化学成分进行精心设计以外，还要利用特殊的现代热处理工艺对钢进行超常规热处理，从而得到新型超常规组织结构，以获得优异的综合力学性能。
技术实现思路
本专利技术提供一种十分新颖的超细贝氏体耐磨钢，它是一种高碳多元化低合金钢。采用特殊的热处理工艺使钢获得无碳化物超细贝氏体和少量高碳含量的残余奥氏体复相组织，从而使钢获得优异的综合力学性能，硬度相当于淬火马氏体(HRC 60-65)，韧度相当于正火珠光体(40-80J/cm2)。在高应力和低应力磨损条件下，其使用寿命比目前使用的普通ZGMn13钢提高1-3倍。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是超细贝氏体耐磨钢的化学成分为wt％C 0.7-1.1，Mn 0.5-3.0，Cr 0.5-3.0，W 0.1-2.0，Si 1.0-3.0，Al 0.1-2.0，V 0.05-0.3，S＜0.05，P＜0.05，其余为Fe；超细贝氏体耐磨钢的制造工艺是采用电炉冶炼，然后铸造成棒料经锻造后使用，或者直接铸造成所需要的零件形状。冶炼出钢温度为1520-1550℃，浇注温度为1460-1480℃；冶炼时，合金元素(相应铁合金)加入顺序为钨铁、硅铁、铬铁、锰铁和工业纯铝，然后进行浇铸。这样可以在保证合金元素充分熔化并扩散均匀的前提下，尽量减少合金元素在熔炼过程中的烧损。对于锻态使用的超细贝氏体耐磨钢，为了避免钢中白点的产生和组织遗传性，其锻后热处理工艺为锻后在高温时直接放到350℃炉子中保温1小时，然后加热到650℃均温后保温2小时，再快速加热到880℃均温后保温1小时破坏钢的组织遗传性，再冷却到650℃均温后等温退火，每100mm截面保温5小时以进一步的扩氢处理，炉冷到400℃后，空冷。对于锻态或者铸态使用的钢的最终热处理工艺为，首先将钢加热到800-950℃进行奥氏体化处理，然后快速冷却到钢的Ms点温度以上10-100℃长时间保温，保温时间5-500小时，最后空冷。这样可以获得尺寸在几十到几百纳米的超细贝氏体组织，这种贝氏体属于无碳化物贝氏体。本专利技术在对钢的化学成分进行优化设计的基础上，确定最佳的高碳低合金贝氏体钢的化学成分范围。首先测定了钢的等温和连续冷却转变曲线，从而确定了钢的锻后热处理工艺，以及钢获得超细晶贝氏体组织的最终特殊热处理工艺。利用X射线分析了热处理后钢中的相组成，利用透射电镜和金相显微镜观察了钢的微观组织。在测试了热处理后钢的拉伸、冲击和硬度等常规力学性能基础上，利用磨粒磨损试验机，分别在高应力和低应力磨损条件下进行磨粒磨损试验。锻态超细贝氏体耐磨钢可用于抗气蚀磨损等高应力磨损零件，也可用于制作高强度螺栓。铸态超细贝氏体耐磨钢用于冶金、矿山、建材和煤炭等行业广泛使用的耐磨部件，如衬板、棰头和齿板等等。本专利技术的有益效果是超细贝氏体耐磨钢经最终热处理后获得超细贝氏体组织和少量高碳含量的残余奥氏体组织，从而使工件获得优异的综合力学性能，硬度达到HRC 60-65，韧度达到40-80J/cm2。在高应力和低应力磨损条件下，其使用寿命比目前广泛使用的普通ZGMn13钢提高1-3倍。具体实施例方式利用本专利技术生产的港口输煤系统中使用的耐磨衬板，其具体化学成分是wt％C 0.90，Mn 2.48，Si 1.42，Cr 0.76，W 0.51，Al 0.21，V 0.10，S 0.018，P 0.035，其余为Fe。该钢的Ms温度为198℃。其热处理工艺为，900℃保温3小时后淬火到温度为250℃的硝盐中，然后在250℃的热风炉中保温24小时，空冷。经此热处理后钢的硬度为HRC62，冲击韧度为45J/cm2。这种耐磨衬板应用于秦皇岛港输煤系统中，其使用寿命比普通高锰钢衬板提高2.5倍，收到很好的使用效果。经过特殊的热处理工艺获得硬度相当于淬火马氏体、而韧度相当于正火珠光体的优异的综合力学性能。这种超细贝氏体耐磨钢可用于制作抗气蚀磨损和磨粒磨损等零部件，也可用于制作高强度螺栓等。权利要求1.一种超细贝氏体耐磨钢，其特征是钢的化学成分为wt％C 0.7-1.1，Mn 0.5-3.0，Cr 0.5-3.0，W 0.1-2.0，Si 1.0-3.0，Al 0.1-2.0，V 0.05-0.3，S＜0.05，P＜0.05，其余为Fe。2.一种制造超细贝氏体耐磨钢的工艺，其特征是a.电炉冶炼，冶炼出钢温度为1520-1550℃，然后铸造成所需要的零件形状，浇注温度为1460-1480℃；冶炼时，合金元素的加入顺序为钨铁、硅铁、铬铁、锰铁和工业纯铝，然后进行浇铸；b.对于锻态使用的超细贝氏体耐磨钢，锻后在高温时直接放到350℃炉子中均温后保温1小时，然后加热到650℃均温后保温2小时，再加热到880℃均温后保温1小时，再冷却到650℃均温后等温退火每100mm厚度截面保温5小时，炉冷到400℃后，空冷；c.超细贝氏体耐磨钢的最终热处理工艺为首先将上述锻态和铸态钢加热到800-950℃进行奥氏体化处理，然后快速冷却到钢的Ms点温度以上10-100℃长时间保温，保温时间5-500小时，最后空冷。全文摘要本专利技术公开的超细贝氏体耐磨钢及其制造工艺，它是一种高碳MnCrWSiAlV系低合金钢，其化学成分为wt％C 0.7－1.1，Mn 0.5－3.0，Cr 0.5－3.0，W 0.1－2.0，Si 0.5－3.0，Al 0.1－2.0，V 0.0－0.3，S＜0.05，P＜0.05，其余为Fe。热处理工艺为对于锻态或者铸态钢具有相同的最终热处理工艺，然而，锻态钢锻后要经过特殊的锻后热处理工艺。钢最终热处理后获得超细本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超细贝氏体耐磨钢，其特征是：钢的化学成分为ｗｔ％：Ｃ０．７－１．１，Ｍｎ０．５－３．０，Ｃｒ０．５－３．０，Ｗ０．１－２．０，Ｓｉ１．０－３．０，Ａｌ０．１－２．０，Ｖ０．０５－０．３，Ｓ＜０．０５，Ｐ＜０．０５，其余为Ｆｅ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张福成，王天生，郑炀曾，吕博，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]
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