[發明專利]一種低硬度高耐磨鋼及其熱處理制備方法

有效

• 申請號: 202110120135.1
• 申請日: 2021-01-28
• 公開（公告）號: CN112921243B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 徐小軍;盛亮亮;申弋杰;唐琦斌;李浩;朱旻昊
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04;C22C38/02;C21D1/26;C21D1/607;C21D1/18
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李蕊

本發明公開了一種低硬度高耐磨鋼及其熱處理制備方法，具體包括以下成分：C 0.1～0.3wt％、Mn 1.93wt％～2wt％、Si 1.59wt％～1.6wt％，余量為Fe以及不可避免的雜質。該熱處理制備方法，包括：(1)奧氏體化；(2)兩相區臨界退火；(3)淬火；(4)配分。本發明針對QP鋼從優化設計熱處理調控微觀組織的角度來提高其耐磨性能同時降低其硬度以改善其加工切削性能，即對兩相區臨界退火、淬火?配分參數進行不同熱處理，以獲得最佳的鐵素體+馬氏體+殘余奧氏體耐磨組織。經熱處理調控后的QP鋼具有低硬度高耐磨性能，滿足當前工業界對高性能高抗磨損合金鋼的需求。

技術領域

本發明涉及金屬材料技術領域，具體涉及到一種低硬度高耐磨鋼及其熱處理制備方法。

背景技術

我國工業因摩擦磨損所造成的經濟損失相當嚴重，對關鍵零部件的耐磨性及使用壽命提出了更高的要求，同時對于零部件的易加工性能亦提出了更高要求。因此，開展高性能、易加工及低成本合金研究，從而提高材料的耐磨性能及加工性能具有重要的意義。

QP鋼(Q為Quenching，淬火；P為Partitioning，配分)因含有奧氏體相而具有TRIP(TRansformation Induced Phase)效應，可以很大程度上提高材料的強度、塑韌性匹配及良好的加工硬化能力，以及其優異的工藝成形性能和生產工藝簡單、生產成本低，同時可降低材料組織本身的硬度，從而具有很大的潛力可應用于遭受摩擦磨損的工業應用中。但目前針對這QP鋼的研究都主要在于通過優化合金成分以及熱處理工藝來改善其力學性能，而對其增強耐磨性能的研究少有報道。

因此，如何通過熱處理工藝提高材料的耐磨性能同時降低材料的本身硬度從而提高其加工性能，是本領域技術人員目前需要解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種低硬度高耐磨鋼及其熱處理制備方法，可以通過熱處理方法大幅度提高鋼材的耐磨性能以及降低在極限載荷條件下鋼材的磨損量，同時可降低材料的本身硬度。

為達上述目的，本發明提供了一種低硬度高耐磨鋼，具體包括以下成分：C 0.1～0.3wt％、Mn 1.93wt％～2wt％、Si 1.59wt％～1.6wt％，余量為Fe以及不可避免的雜質。

采用上述方案的有益效果是：碳是奧氏體穩定化元素，在配分過程中過飽和馬氏體中的碳可配分至奧氏體中，提高奧氏體中碳元素含量從而可以增加奧氏體的穩定性使其可在室溫下保留。而奧氏體在磨損工況中由于摩擦應力的作用從表面逐漸被應力誘導發生馬氏體相變(TRIP效應)，從而可以不斷提高材料接觸表面強度進而提高抗磨損性能；同時，與常規耐磨鋼相比，QP鋼中奧氏體的引入可以降低高硬度馬氏體的含量，且其馬氏體在配分過程中已處于貧碳，因此可以顯著降低QP鋼的硬度。Si主要用于抑制碳化物的析出，Mn主要用于擴大奧氏體區。

進一步地，具體包括以下成分：C 0.2wt％、Mn 2wt％、Si 1.6wt％，余量為Fe及不可避免的雜質。

提供了一種低硬度高耐磨鋼的熱處理制備方法，包括以下步驟：

(1)奧氏體化

將鋼材加熱到Ac3以上，并保溫5-20min，同時抽真空環境并通入氬氣，其中真空度為0-100Pa；

(2)兩相區臨界退火

將奧氏體化的鋼材以18-22℃/min的冷卻速度冷卻至兩相區臨界退火溫度730-780℃，并保溫1h；

(3)淬火

將步驟(2)處理過的鋼材于鹽浴爐中250-300℃溫度條件下進行淬火處理3-7s，其中，鹽浴爐中的鹽由NaNO₂和KNO₃按重量比1-2:1組成；

(4)配分