一种用于湿式磨损的低合金耐磨钢及其热处理工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种耐磨钢，具体地说是一种用于湿式磨损的低合金耐磨钢。本 发明也涉及一种低合金耐磨钢的热处理工艺方法。
【背景技术】
[0002] 湿式低合金耐磨钢可以用于采矿业中常用的湿式球磨机的衬板材料或挖掘机的 锯齿材料等。在采矿、电站、港口建设和航道疏浚等湿磨工况领域中，磨损一直都给实际工 程应用带来极其巨大的损失。机器中的耐磨部件，除了受到磨损外，还要受到湿式环境下腐 蚀作用，在腐蚀磨损交互作用下，磨损量更会提高数倍，大大降低了设备中耐磨材料甚至整 台设备的使用寿命，降低生产效率。
[0003] 目前，在合金耐磨钢方面，主要以C、Mn、Cr等为主要添加元素的高锰钢为主，如公 开号为CN 101886225 B的专利文献中公开的"一种耐蚀耐磨钢及其制备方法"等，其钢以 C、Mn、Mo和Cr为主要合金元素，锰的百分含量在14%~16%，属于高锰钢。主要制备工序 为1590°C浇铸成形，在1050~1080°C奥氏体化后水韧处理，由于Pr、Nd、Gd和Dy等微合金 元素的加入，在提高材料的综合力学性能和耐蚀耐磨性的同时也大大提高了生产成本。公 开号为CN 103114252 B的专利文件中公开了"一种衬板用低合金耐磨钢的方法"，该方法 大大提高了低合金耐磨钢的强度、硬度及冲击性能，同时具有较高的耐磨性，但是熔炼和冶 炼工艺工序较多，降低了工业化生产的效率。公开号为CN101397632B的专利文件中公开了 "一种多元素低合金水淬耐磨钢C30CrMn2SiM 〇TiV"，该材料是一种多元素低合金钢，可用于 破碎机锤头、牙板和铲车铲齿等方面。
[0004] 目前，尽管现有不少耐磨合金钢的性能比较优良，但是其所含有的合金元素如Ni、 Cr的含量相对较高，成本较高，增加了资金投入，不利于工程推广和提高企业效益，因此，研 制能更好的适应诸多恶劣工况的高性能低成本的新型耐磨合金钢是本领域发展的重要方 向，本发明正是针对这一情况研制出的新型低合金耐磨钢及其热处理工艺。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种不仅具有高强度、高硬度、良好的韧性和优异耐磨性， 而且还具有一定的耐腐蚀性能的用于湿式磨损的低合金耐磨钢。本发明的目的还在于提供 一种可以改善合金钢的加工性能，能使材料获得符合要求的性能指标的用于湿式磨损的低 合金耐磨钢的热处理工艺。
[0006] 本发明的用于湿式磨损的低合金耐磨钢的元素重量比为：C:0.28-0.32 %、 Cr:l. 3-1. 7 %, Cu:0. 3-0. 5 %、Mo:0· 3_0· 6 %、Mn: I. 0_1· 5 %、Ni :0· 7_1· 0 %、 Si :0· 5-0. 8%、Nb:0· 04-0. 08%、V:0. 06-0. 1 %、余量的 Fe 和不可避免的杂质。
[0007] 本发明的用于湿式磨损的低合金耐磨钢的优选元素重量比为：C :0. 30 %、Cr : 1. 50 %、Cu :0. 45 %、Mo :0. 50 %、Mn :1. 20 %、Ni :0. 95 %、Si :0. 70 %、Nb :0. 04 %、V : 0. 08%、余量的Fe和不可避免的杂质。
[0008] 本发明的用于湿式磨损的低合金耐磨钢的热处理工艺为：采用退火工艺对铸态 合金钢进行热处理，所述退火工艺为：200°C以下装炉，升温速度< 80°C /h，700°C下保温， 保温后随炉冷却至250°C，出炉空冷；对加工后的零件进行淬火热处理，淬火工艺为：200°C 以下装炉，升温速度< 80°C /h，900°C下保温，后油淬；最后进行回火热处理，回火工艺为： 200°C以下装炉，升温速度< 80°C /h，300°C下保温，后出炉空冷。
[0009] 本发明提供了一种湿式工况下使用的高性能低合金耐磨钢，该合金钢不仅具有高 强度、高硬度、良好的韧性和优异耐磨性，还具有一定的耐腐蚀性能。特别添加 Nb、V两种元 素，针对Nb、V在热处理过程中形成MC型碳化物，可产生弥散强化，大大提高马氏体耐磨钢 性能。本发明还提供了一种适合于该合金钢生产的退火热处理工艺，以改善该合金钢的加 工性能，随后进行淬火+回火热处理，以使材料获得符合要求的性能指标。
[0010] 本发明是根据材料的使用工况和性能指标进行的材料设计，并对发明材料进行了 实验测试和工艺优化，以获得马氏体组织为目标，具有优良的力学性能。碳含量选在中碳钢 范围内，既保证了材料的强度，又兼顾材料的韧性，采用以Mn代Ni，以Cu代Cr的方法来降 低材料的生产成本，采用Nb、V复合强化的方式，提高材料强度。
[0011] 采用本发明优选的化学成分得到的耐磨钢，材料的铸态组织为珠光体和铁素体的 混合组织，硬度约为38HRC。经热处理后，所得到耐磨合金钢回火组织主要是回火马氏体，硬 度值在51~53HRC，抗拉强度达到1600MPa，冲击韧性为57. 4J/cm2,具有良好的综合力学性 能，并有良好的耐磨性和耐蚀性，满足材料在湿式球磨机衬底材料中的使用要求。
【附图说明】
[0012] 图1是湿式磨损的低合金耐磨钢的制备及热处理工艺流程图。
[0013] 图2是湿式磨损的低合金耐磨钢铸件图。
[0014] 图3是湿式磨损的低合金耐磨钢的铸态组织。
[0015] 图4是湿式磨损的低合金耐磨钢的退火态组织。
[0016] 图5是湿式磨损的低合金耐磨钢的回火态组织。
[0017] 图6是湿式磨损的低合金耐磨钢的磨损图。
[0018] 图7是载荷为20N时的摩擦系数随时间变化。
[0019] 图8是载荷为30N时的摩擦系数随时间变化。
[0020] 图9是载荷为40N时的摩擦系数随时间变化。
[0021] 图10是不同载荷下的平均摩擦系数。
[0022] 图11是湿式磨损的低合金耐磨钢和ZGMnl3钢的磨损质量损失。
[0023] 图12是磨损率实验数据表。
【具体实施方式】
[0024] 下面举例对本发明做更详细的描述。
[0025] 其合金元素重量比为：C:0. 28-0. 32 %，Cr: 1. 3-1. 7 %， Cu:0. 3-0. 5 %, Mo:0. 3-0. 6 %, Mn: I. 〇-l. 5 %, Ni:0. 7-1. 0 %, Si :0. 5-0. 8 %, Nb:0. 04-0. 08%，V:0. 06-0. 1%，余量为Fe。优选地，本发明的合金耐磨钢，其合金元素重 量比为：(：为0.30%，0为1.50%，〇1为0.45%，]\1〇为0.50%，]\111为1.20%，附为0.95%， Si为0. 70%，Nb为0. 04%，V为0. 08%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0026] 按照上述合金钢成分进行配料，经过熔炼、铸造、退火热处理、机械加工和淬火+ 回火热处理工序，获得符合本材料使用工况背景的低合金耐磨钢。工艺流程图如图1所示。 其制备方法具体按以下步骤实现：1)、按设计耐磨合金钢的优选化学成分选择配料；2)、将 配比好的原料进行熔炼、铸造。其中熔炼设备可采用普通中频感应熔炼炉、真空感应熔炼 炉或电弧熔炼炉进行熔炼，得到铸件如图2所示；3)、采用退火工艺对铸态合金钢进行热 处理，目的是改善材料的机械加工性能。退火工艺为：200°C以下装炉，升温速度< 80°C / h，700°C下保温，保温后随炉冷却至250°C，出炉空冷，并根据零件