[發(fā)明專利]多元合金化抗沖擊疲勞耐磨鋼

有效

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• 申請日: 2010-09-21
• 公開（公告）號: CN102242317A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發(fā)明（設計）人: 王軍祥;王斌;白順成
• 申請（專利權）人: 王軍祥;王斌;白順成
• 主分類號: C22C38/38
• 分類號: C22C38/38;C22C33/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發(fā)明涉及耐磨材料，尤其是一種多元合金化耐磨、耐沖擊合金鋼及制備工藝，適用于金屬礦山、煤礦、電力行業(yè)的球磨機襯板、料倉襯板和物料輸送管道等。

背景技術：

1882年英國人Hadfield發(fā)明了奧氏體高錳鋼后，這種鋼作為金屬耐磨材料已廣泛用于礦石破碎、選煤、水泥生產(chǎn)與電力等行業(yè)。隨著材料科學的發(fā)展，人們對現(xiàn)用高錳鋼的認識也日益清晰，在使用中發(fā)現(xiàn)高錳鋼并不耐磨，使用壽命較短。

礦山機械磨損件在服役時的沖擊載荷屬中低檔沖擊范疇(≤3.5J/cm²)，其實際服役條件提供的沖擊能量滿足不了高錳鋼產(chǎn)生α-M相變的需求。國內(nèi)外大量研究也證明：在工程所需的抗沖擊磨損件中，高錳鋼材料只發(fā)生微量塑性變形引發(fā)孿晶、位錯密度的增加，其力學性能中發(fā)生了強度、硬度的提高，這種現(xiàn)象就是人們所熟悉的加工硬化現(xiàn)象，其微觀機制為位錯強化。用于礦石破磨機械的襯板、物料輸送管道、工程機械中挖掘機斗齒、推土機鏟刃、履帶板等的強化效果和耐磨性均不盡人意。例如：球磨機襯板在磨損失效時，測定表面的硬度僅為HB250左右，與它未使用時的硬度(HB200)相比，其強化系數(shù)只有1.25。即使是沖擊磨損條件很惡劣的履帶板，失效后的表面硬度最高只有HB300，其強化系數(shù)也只有1.5。國內(nèi)外大量的研究認為：在中等和較弱沖擊條件下，高錳鋼并不能得到很好地強化。高錳鋼由于奧氏體結構的層錯能小，在形變過程中亞結構容易發(fā)生變化，從而產(chǎn)生位錯糾纏、細小形變孿晶，而不可能出現(xiàn)α馬氏體，在形變后硬化程度并沒有達到更高的數(shù)值。這一觀點深刻地闡述了高錳鋼的不足之處。要提高礦山機械中承受沖擊載荷磨損件的耐磨性能和使用壽命的最有效途徑是改變錳鋼材料的強化機制，實現(xiàn)奧氏體向α-M相變的強化機制。要實現(xiàn)這一目標，關鍵在于降低錳鋼的奧氏體穩(wěn)定性，也即提高馬氏體開始相變的溫度Ms。

發(fā)明主要內(nèi)容：

針對現(xiàn)有高錳鋼在應用領域存在的問題，本發(fā)明提供一種多元合金化抗沖擊疲勞耐磨鋼。在系統(tǒng)研究不同的合金配比對耐磨鋼的表面強化、拉伸、沖擊等常規(guī)力學性能影響，設計材料在中低檔沖擊載荷下實現(xiàn)應變誘發(fā)α-M相變強化機制，其表層的強化系數(shù)高(≥2)。以先進的消失模負壓生產(chǎn)工藝進行生產(chǎn)，同時實現(xiàn)對熔煉溫度、澆注溫度、負壓度、水韌溫度等工藝參數(shù)控制，獲得強韌性、高耐磨的抗沖擊疲勞耐磨鋼。

技術方案：一種多元合化金抗沖擊疲勞耐磨鋼。其化學成分和組成質(zhì)量百分比為：C0.8～1.2Mn?6-8?Si?0.3～0.6?Cr?1.0～2.5?W?0.4～1.0?Cu?0.3～1.0?S≤0.04?P≤0.07復合變質(zhì)劑≤1，其余為Fe。復合變質(zhì)劑為硅鐵合金、鈦鐵合金，其組成百分比為：Re?7～8?Si?9～12Ti?20～25，其余為Fe。在多元合金化抗沖擊疲勞耐磨鋼中：

碳和錳固溶于γ-Fe中，是影響耐磨鋼奧氏體穩(wěn)定性并獲得所需力學性能最顯著元素。隨C含量的增加，沖擊功Ak值增高，1.2％C具有最高的耐磨性。

Cr固溶于奧氏體中起到固溶強化作用，是提高錳鋼屈服強度和沖擊韌性最有效的合金元素。Cr元素的加入量以2.5％為限。

Si能顯著提高固溶強化作用，使耐磨鋼的回火溫度提高而獲得較高韌性。Si的加入量以0.3～0.6％較為合適。

W對力學性能影響明顯，隨著W含量的增加，鑄態(tài)結構中奧氏體組織晶界碳化物將明顯減少，對減輕鑄件開裂的傾向特別明顯，對提高水韌處理后的強度和韌性都是有利的，加入量以0.40～1.0％為限。

Cu是耐磨鋼奧氏體的固溶強化元素，可提高水韌處理后的韌性和耐腐蝕性能，其加入量以小于1.0％為限。

B是表面活性元素，主要存在于奧氏體晶界缺陷處。在一定的加入量內(nèi)，可提高淬透性，可提高材料的沖擊韌性。

稀土元素的化學活潑性很強，稀土氧化物的生成自由能很低，它在鋼液中首先形成稀土氧化物，同時稀土硫化物的生成自由能比MnS、FeS低得多，因此，稀土也是一種脫硫劑。在耐磨鋼中能有效地減少夾雜物，凈化奧氏體晶界，并能使夾雜物分散和球化。

以W、Cu、Ti、B等元素對耐磨鋼進行多元合金化，能在奧氏體中形成適量彌散分布的第二相，從而提高在非強烈沖擊工況下的耐磨性能。

具體實施方式：