[發明專利]一種合金鋼及其熱處理方法

無效

• 申請號: 200910038840.6
• 申請日: 2009-04-21
• 公開（公告）號: CN101555573A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發明（設計）人: 王海艷;黃勇;蘇志輝;李林;戚文軍;趙四勇;農登;雷運生;張會;張峰;鄭飛燕;鄭開宏
• 申請（專利權）人: 廣州有色金屬研究院
• 主分類號: C22C38/54
• 分類號: C22C38/54;C21D6/00;C21D11/00
• 代理公司: 廣東世紀專利事務所
• 代理人: 千知化

技術領域

本發明涉及一種新型合金鋼及其熱處理方法。

背景技術

材料的磨損失效是工業領域中普遍存在的一種形式，在各種復雜的服役條件下，磨刷和沖擊會導致材料的快速磨損，縮短使用壽命。

目前，國內普遍使用的材料有兩種：一種為高錳鋼，強度低、韌性好，由于工作過程的沖擊載荷小，其加工硬化作用有限，難以發揮出高錳鋼的潛力。另一種為普通合金鋼，合金成分以Cr、Mo、Ni為主，硬度高，耐磨性比高錳鋼好，但由于韌性差，存在著使用過程中易發生斷裂的危險，限制了這種材料的大量使用。

發明內容

本發明的目的是提供一種硬度高，耐磨性好，韌性高的合金鋼及其熱處理方法。

本發明的目的通過如下措施來實現：合金鋼按質量百分比計，由以下元素組成：C：0.2～0.3％，Si：0.4～0.6％，Mn：1.2～1.5％，Cr：0.8～0.9％，Ni：1.8～2.0％，Mo：0.2～0.4％，RE：0.01～0.1％，Nb：0.03～0.06％，B：0.002～0.004％，P＜0.04％，S＜0.04％，余量為Fe。

將合金鋼按100℃/h的速度，升溫到930～950℃，保溫4小時后爐冷到250℃；再按100℃/h的速度，升溫到900～920℃，保溫4小時后，水溫為20～45℃水冷或空冷；再加熱至溫度250～300℃后，爐冷。

C是影響合金鋼硬度和韌性的主要元素，碳量高，則碳化物數量多，合金鋼的硬度高，但韌性降低，在使用中易破碎；而碳量低，則韌性較高，但碳化物數量減少，硬度降低，不利于磨損，因此碳的含量控制在0.2～0.3％比較適宜。

Si是改善碳化物結構和形態的主要元素，Si量高有助于共晶碳化物呈高硬度的MC型結構，有助于改善碳化物形態，但過高的含Si量將降低韌性，因此Si含量選擇在0.4～0.6％之間。

Mn的主要作用是細化金屬基體，但過高的Mn含量將使鑄鋼組織中出現奧氏體，不利于抗沖擊磨損，因此Mn含量選擇在1.2～1.5％比較適宜。

Cr量高，易形成M₃C₇型碳化物，有利于提高其耐磨性，但過高的Cr量會使鑄鋼的韌性降低，且生產成本過高，因此Cr含量控制在0.8～0.9％。

Ni主要溶入基體，能強烈穩定奧氏體，提高鑄鋼的淬透性而不降低其韌性，并能提高鑄鋼抗腐蝕疲勞的能力，因此Ni含量控制在1.8～2.0％。

Mo的主要作用是細化組織，提高基體的強度和韌性，增加鋼的淬透性，故Mo含量控制在0.2～0.4％比較適宜。

RE(稀土金屬)既能脫氧、脫硫，控制夾雜物的形態、大小和分布，又能細化材料的晶粒，改善碳化物形態和分布，促使碳化物呈孤立狀均勻分布，顯著減少夾雜物，提高冶金質量，從而提高了材料的抗磨性能。但過量的RE將惡化材料質量，降低韌性，因此，RE的含量控制在0.01～0.1％之間。

Nb、B的主要作業是細化組織，所以Nb選擇在0.03～0.06％，B選擇在0.002～0.004％。

本發明采用不同熱處理方法，使用水冷的方法，水溫為20～45℃，能使硬度達到HRC45以上，具有高的耐磨性。使用空冷的方法，硬度HRC為30～32，沖擊韌性α_k達到39J/cm²以上。不同合金鋼成分、硬度和韌性的比較見表1。

將實施例1與普通合金鋼和高錳鋼在高應力動載磨料磨損試驗機MLD-10做石英砂干磨實驗，實施例1合金鋼與普通合金鋼和高錳鋼的抗磨倍率分別為1.21、1.15和1.0。

采用本發明的合金鋼及其熱處理方法，使硬度和耐磨性獲得合理的匹配，同時具有良好的抗磨損性能和耐沖擊性能。可以在工件的不同部位獲得性能差異的組織，使承受主要沖擊載荷的部位具有較好的韌性，使承受主要磨損的部位具有較好的硬度抵抗磨損。與目前普遍應用的普通合金鋼或高錳鋼類相比，在保證韌性的同時提高了耐磨性。本發明的合金鋼及其熱處理方法適用于工程機械及航道疏浚工況下的鏟齒類等產品。

附圖說明

圖1為實施例1的水冷金相顯微組織。

圖2為實施例1的空冷金相顯微組織。

具體實施方式

按上述質量百分比，將各組分加入到爐中熔化，待鋼液達到1600℃時用Si-Ca粉還原，并保持10分鐘，1600℃出爐澆注，用水玻璃強化砂型鑄造，制備試樣。

實施例1