适应硬质环境的中碳低合金耐磨高性能合金结构钢及其制造、热处理方法技术

本发明专利技术公开了一种适应硬质环境的中碳低合金耐磨高性能合金结构钢，其元素质量百分比含量为：C：0.27～0.33％，P：0～0.020％，Si：0.95～1.30％，S：0～0.015％，Mn：0.90～1.30％，Cr：1.10～1.50％，Mo：0.15～0.20％，Cu:0～0.15％，V：0.09～0.12％，Ni:0～0.10％，[O]:0～15×10‑4％，Al:0.015～0.050％，其它为Fe和不可避免的杂质。通过合理设计化学成分,合理的热处理制度，制得的高强度耐磨钢硬度大于52HRC，抗拉强度大于1600Mpa，屈服强度大于1300Mpa，延伸率大于13％，冲击功大于36J，可见本发明专利技术涉及的耐磨钢能够很好地实现高强高韧性能的统一，适合加工硬质环境斗齿。

Medium carbon low alloy wear resistant high performance alloy structural steel suitable for hard environment and its manufacturing and heat treatment method

The invention discloses a Medium-Carbon low-alloy wear-resistant high-performance alloy structural steel adapted to hard environment. The content of elements is C:0.27-0.33%, P:0-0.020%, Si:0.95-1.30%, S:0-0.015%, Mn:0.90-1.30%, Cr:1.10-1.50%, Mo:0.15-0.20%, Cu:0-0.15%, V:0.015. 09-0.12%, Ni: 0-0.10%, [O]: 0-15 *10_4%, Al: 0.015-0.050%, other impurities are Fe and inevitable. The hardness, tensile strength, yield strength, elongation and impact energy of the high strength and high toughness wear resistant steel are greater than 52HRC, 1600Mpa, 1300Mpa, 13% and 36J respectively. The results show that the wear resistant steel of the present invention can achieve the unity of high strength and high toughness and is suitable for adding. Working hard environment bucket teeth.

【技术实现步骤摘要】
适应硬质环境的中碳低合金耐磨高性能合金结构钢及其制造、热处理方法
本专利技术属于合金结构钢
，特别涉及一种适应硬质环境的中碳低合金耐磨高性能合金结构钢及其制造、热处理方法。
技术介绍
斗齿是工程机械挖掘机重要部件，也是易耗件，市场需求量大。根据使用环境不同分为硬质环境岩石齿(用于铁矿、石矿等)，软质环境土方齿(用于挖掘泥土、沙石等)，锥形齿(用于煤矿)等。目前，国内应用于软质环境土方齿以及煤矿开采环境锥形齿的耐磨材料较多，其加工方式以铸造为主，在使用中基本满足了环境要求，具有较高的疲劳寿命。硬质环境岩石齿由于其工作环境更为恶劣，需要具备更高的耐磨、抗冲击性能，对材料的技术要求更高，传统加工方式为铸造，但近几年由于锻造加工方式具有纯净度高、质量更为稳定的特点，大有取代铸造加工方式的趋势。为开发能够适应硬质环境技术要求、适合锻造加工工艺、性价比高的耐磨材料，钢铁行业与斗齿制造业做出了不懈努力。在硬质环境中，高锰钢作为传统的耐磨材料，其优势在于强烈冲击载荷下表面被加工硬化的同时心部仍具有优良的冲击韧性，但是由于高锰钢屈服强度低、变形倾向大等劣势导致在硬质环境中疲劳寿命不高。针对高锰钢在硬质环境中的局限性，中碳低合金钢通过添加一定比例的合金，在显著提高强度、硬度的同时能够实现与冲击韧性的合理匹配，使其具备适应硬质环境斗齿的技术要求。目前国内已经就中碳低合金耐磨钢及其制造方法提出了多项专利技术专利，公开号为CN102140612A的中国专利申请公开了一种合金铸钢斗齿，C:0.30～1.00；Cr:1.50～3.00；Mn:0.60～1.00；Si:1.00～2.00；Mo:0.20～1.00；Ni:0.5～1.50；Ti:0.005～0.1；Re:0.15～0.25；P/S:≤0.030；余量为Fe；该多元合金铸钢斗齿其性能达到:抗拉强度Rm≥1700Mpa,硬度HRC52～55,夏比冲击Akv≥15J。但材料的设计合金比较高，成本较高；在适应硬质环境技术要求方面其冲击韧性较差，斗齿在硬质环境中易脆断，疲劳寿命偏低，无法满足硬质环境挖掘机斗齿高疲劳寿命和高经济效益的要求。
技术实现思路
针对现有技术中斗齿用中碳低合金耐磨材料的缺陷，本专利技术提供了一种适应硬质环境技术要求的斗齿用中碳低合金耐磨材料，使得锻造斗齿具有高强、耐磨性能的同时具备高韧性能，疲劳寿命得到显著提高，获得良好的经济效益。为实现上述目的，本专利技术所提供的耐磨钢，其成分质量百分比含量为：其它为Fe和不可避免的杂质。作为上述耐磨钢一种更好的选择，所述中碳低合金耐磨斗齿钢的组成按质量百分比含量为：其它为Fe和不可避免的杂质。作为上述耐磨钢进一步的优选，所述中碳低合金耐磨斗齿钢的组成按重量百分数为：C：0.31％，Si：1.07％，Mn：1.08％，Mo：0.18％，V：0.10％，P：0.010％，S：0.005％，Cr：1.27％，Cu:0.12％，Ni:0.08％，Al:0.026％，[O]:11×10-4％，其它为Fe和不可避免的杂质。本专利技术还提供了上述中碳低合金耐磨斗齿钢的一种制造方法及热处理方法，包括：冶炼、浇铸、加热、控制轧制、冷却及淬火、回火，其中所述冶炼为电炉或转炉+LF+VD真空精炼，所述浇铸为浇铸成连铸坯，所述加热温度为1060～1220℃。作为上述方法一种更好的选择，所述加热温度为1090～1210℃。作为上述方法一种更好的选择，所述加热温度为1150～1200℃，终轧温度850～900℃，轧制压缩比大于8。作为上述方法一种更好的选择，所述冷却的开始温度800～850℃，冷却速度2～4℃/S，下冷床缓冷温度550～600℃，缓冷时间大于24小时。本专利技术还进一步提供了上述中碳低合金耐磨斗齿钢的热处理方法，包括淬火温度880～900℃，回火温度180～210℃。下面将进一步说明本专利技术。碳：钢中含碳量是影响淬透性的重要元素，碳含量增加，抗拉强度升高，钢的硬度升高，但塑性和冲击韧性会降低。设计材料为获得低碳马氏体组织，在确保高强度的同时具备良好的冲击韧性，其合理的碳质量百分含量为0.27％～0.33％。硅：钢中硅能显著提高铁素体和奥氏体的强度和硬度，显著提高材料的屈强比，提高材料的疲劳寿命。然而过高的硅含量会导致钢的韧性急剧下降。综合考虑硅对强度以及冲击韧性的影响，本专利技术加入硅的质量百分含量为0.95％～1.30％。锰：锰能降低临界冷却速度，显著推迟奥氏体向珠光体转变，提高钢材淬透性能，能与铁形成固溶体提高钢的强度、硬度而不降低冲击韧性。但锰含量过高会导致晶粒粗化，并导致回火脆敏感性，本专利技术综合考虑锰在耐磨钢中的作用，控制锰质量百分含量为0.90％～1.30％。钼：钼在合金钢中的主要作用是，具有较强的碳化物形成能力，使较低含碳量的合金钢也具有较高的硬度。而且钼能够使C曲线产生右移，降低过冷度，阻止奥氏体化的晶粒粗大，提高淬透性。本专利技术控制钼质量百分含量在0.15％～0.20％，显著推迟奥氏体向珠光体转变，促进马氏体形成。钒：钒在钢中的作用主要以碳、氮化物形式存在于钢的基体与晶界上，起到点强化和抑制晶粒长大作用，并且在晶体中形成第二相硬质点，减少碳化物析出，提高强烈冲击下耐磨性能、强度和冲击韧性，本专利技术钒的质量百分含量控制在0.09％～0.12％,显著提高材料的耐磨性能。铜：铜在钢中可以形成ε-Cu析出，提高钢的强度，并能显著提高钢的耐蚀性能，但过量的铜会导致材料产生铜脆现象，本专利技术控制铜的质量百分含量为0％～0.15％。铬：铬能显著提高钢的强度、淬透性能以及回火稳定性，本专利技术铬元素的质量百分含量控制在1.10％～1.50％。镍：镍一方面细化铁素体晶粒，一方面改善钢的低温冲击韧性，使得设计材料具有更为广泛的环境适应能力。本专利技术镍元素的质量百分含量控制在0％～0.10％。铝：铝与钢中的氮形成弥散的AlN阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒，但由于在脱氧过程中生成的Al2O3属于脆性夹杂，如不能去除对材料的耐磨性能会造成极大危害，因此本专利技术控制铝的质量百分含量在0.015％～0.50％。磷和硫：磷和硫含量过高会导致材料强度、韧性下降，导致耐磨性能下降，因此须严格控制，本专利技术磷质量百分含量均不大于0.020％，硫质量百分含量均不大于0.015％。氧：氧含量过高会导致钢的机械性能降低，影响材料的强度、冲击韧性下降，影响材料的耐磨性能，因此必须控制其含量，本专利技术控制氧的质量百分含量在15ppm以下。与现有耐磨钢相比，本专利技术具有以下效果：通过合理设计化学成分,合理的热处理制度，制得的高强度耐磨钢硬度大于52HRC，抗拉强度大于1600Mpa，屈服强度大于1300Mpa，延伸率大于13％，冲击功大于36J，可见本专利技术涉及的耐磨钢能够很好地实现高强高韧性能的统一，适合加工硬质环境斗齿。本专利技术的制造方法生产的新型材料，适合于采用锻造工艺加工斗齿。具体实施方式按照本专利技术钢种的化学成分要求，并结合所述制造工艺，以制造不同规格的耐磨斗齿钢。具体成分如下。表1本专利技术各实施例的化学成分(wt％)表1：实施例化学成分(wt％，Fe余量)实施例1按照表1所示的化学成分，采用电炉或者转炉冶炼，并浇铸成连铸坯，将连铸坯在加热炉加热至1140℃,开始轧制温度1040℃，终轧温度86本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适应硬质环境的中碳低合金耐磨高性能合金结构钢，其特征在于，所述适应硬质环境的中碳低合金耐磨高性能合金结构钢的元素质量百分比组成为：C：0.27～0.33％，P：0～0.020％，Si：0.95～1.30％，S：0～0.015％，Mn：0.90～1.30％，Cr：1.10～1.50％，Mo：0.15～0.20％，Cu:0～0.15％，V：0.09～0.12％，Ni:0～0.10％，[O]:0～15×10‑4％，Al:0.015～0.050％，其它为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种适应硬质环境的中碳低合金耐磨高性能合金结构钢，其特征在于，所述适应硬质环境的中碳低合金耐磨高性能合金结构钢的元素质量百分比组成为：C：0.27～0.33％，P：0～0.020％，Si：0.95～1.30％，S：0～0.015％，Mn：0.90～1.30％，Cr：1.10～1.50％，Mo：0.15～0.20％，Cu:0～0.15％，V：0.09～0.12％，Ni:0～0.10％，[O]:0～15×10-4％，Al:0.015～0.050％，其它为Fe和不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的适应硬质环境的中碳低合金耐磨高性能合金结构钢，其特征在于，所述适应硬质环境的中碳低合金耐磨高性能合金结构钢的元素质量百分比含量为：C：0.30～0.32％，P：0～0.015％，Si：1.0～1.15％，S：0～0.010％，Mn：1.0～1.15％，Cr：1.15～1.30％，Mo：0.17～0.20％，Cu:0～0.15％，V：0.09～0.11％，Ni:0～0.10％，[O]:0～15×10-4％，Al:0.015～0.040％，其它为Fe和不可避免的杂质。3.如权利要求1或2所述的适应硬质环境的中碳低合金耐磨高性能合金结构钢，其特征在于，所述中碳低合金耐磨斗齿钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：时振明，陈良，朱伟华，周艳丽，
申请(专利权)人：山东钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37