專利名稱：一種耐磨鑄鋼及其制備方法
技術領域：
本發明為一種鑄鋼及其制備方法，特別涉及一種耐磨鑄鋼及其制備方法，屬于鑄造技術領域。
背景技術：
磨損是零部件失效的一種基本類型。通常意義上來講，磨損是指零部件幾何尺寸 (體積)變小。零部件失去原有設計所規定的功能稱為失效。失效包括完全喪失原定功能、 功能降低和有嚴重損傷或隱患，繼續使用會失去可靠性及安全性。國內外的金屬耐磨材料不僅消耗量巨大而且其耐磨性的高低不僅影響到部件的使用壽命，還會由于部件磨損更換影響到設備甚至整條生產線的停機檢修時間和次數，導致設備或生產線生產效率降低、工人勞動強度增加。調查顯示2006年全國消耗在摩擦、磨損和潤滑方面的資金為9500億元 (中國工程院咨詢研究項目摩擦學科學及工程應用現狀與發展戰略研究，高等教育出版社，2009年3月)。因此，提高耐磨材料的使用壽命對于這些行業節能、降耗、提高生產效率具有重要的意義。為了提高金屬材料的耐磨性，俄羅斯專利RU228^94_C2公開了一種耐磨鑄鋼，其主要化學成分為0. 80-0. 95 % C，0. 20-0. 40 % Si,8. 50-10. 0 % Μη,Ο. 50-0. 85 % Ni，0. 10-0. 30 % ff,0. 025-0. 045 % N，0. 05-0. 10 % V,0. 10-0. 30 % Mo, < 0. 07 % P, < 0. 012% S，Fe余量。俄羅斯專利RU2217521-C2還公開了一種耐磨鑄鋼，其主要化學成分為0. 80-0. 95 % C，0. 20-0. 40 % Si,8. 00-9. 50 % Mn, 1. 2-1. 45 % Cr,0. 95-1. 10 % Ni, 0. 025-0. 045% N, < 0. 07% P, < 0. 02% S,Fe 余量。德國專利 DE10336169-A1 也公開了一種耐磨鑄鋼，其主要化學成分為:6-16% Cr，0. 3-1. 5% Μο，0· 3-1. 4% ff,0. 6-2. 2% C。日本專利JP2002^4395-A也公開了一種耐磨低合金鑄鋼，其主要化學成分為0. 35-0. 42% C，1. 5 2. 0% Si，0. 8 1. 5% Mn，1. 8 2. 2% Cr，0. 3 0. 4% Mo,0. 01 % Al，0. 05 0. 20% Zr0回火溫度300°C以下時，其V型缺口的沖擊值到達lOJ/cm2以上，硬度達到55HRC 以上。中國發明專利CN1150980公開了一種適于生產抗沖擊磨損件的中錳奧氏體耐磨鑄鋼，其化學成分及其含量(% )如下0. 75-1. 00C, 7. 0-8. 5Μη，0·4_0· 7Si,l. 2-1. 5Cr,
0.02-0. 04RE, ^ 0. 06P, ^ 0. 04，0. 9-1. 2Mo，余量i^e。在多沖磨損作用下，鋼表面層維持
1.0-1. 5mm厚的形變α馬氏體，心部仍是韌性的奧氏體鋼，具有足夠的韌性和耐磨性，與高錳鋼相比，在冶煉、鑄造和熱處理等生產條件不變的情況下，性能好，成本低。中國發明專利CN101173343還公開了一種高強度耐磨鑄鋼襯板及其制造方法，襯板的化學成分是 (重量 ％ ) :0. 25-0. 45C, 1. 0-1. 8Si, 1. 0-2. OMn,0. 8-1. 5Cr,0. 003-0. 008Β，0· 02-0. 08Α1, 0. 04-0. 15Ti，0. 02-0. 10La，0. 02-0. 10Ce，0. 02-0. 08Ba，0. 02-0. 10Ca，其余為 Fe 和不可避免的微量雜質，其中3. 5 < Si+Mn+Cr < 4. 5,0. 05 < La+Ce < 0. 18。該發明襯板利用電爐便可生產，采用砂型鑄造，襯板抗拉強度高，達到1450-1600MPa，硬度達到50-55HRC，具有良好的耐磨性，沖擊韌性達到65-80J/cm2，使用中不斷裂，不剝落，使用性能明顯優于Mnl3
3高錳鋼襯板。中國發明專利CN1182142還公開了一種耐磨鑄鋼，以C、Cr、Mo為主要合金元素，輔加少量V、Ti及微量RE和B合金元素。其化學成分含量為(wt%) :0. 15-0. 50% C,彡 0. 50Si,彡 1. OOMn, 1. 0-2. OCr,0. 2-0. 5Mo，0. 02-0. 10V,0. 02-0. IOTi，0. 005-0. 100B, 0. 05-0. 50RE, S、P < 0. 04，該種成分的鑄鋼經熱處理后，其顯微組織為馬氏體加貝氏體及少量的殘余奧氏體，具有良好的強韌性及耐磨性，使用壽命比高錳鋼提高一倍以上，是制造承受大撞擊性接觸負載時的劇烈撞擊磨損備件的理想原材料。中國發明專利CN1030614還公開了一種中合金耐磨鑄鋼，具有耐磨損、抗沖擊、強韌性、防變形等優點。它適用于制造大型球磨機的襯板。該合金鋼在鐵碳合金中加入硅、鉻、錳、鉬合金，并以稀土鈰為變質劑使晶粒細化，改變鋼中夾雜物的形狀與分布，達到高抗磨作用。中國發明專利CN85105273 還公開了一種稀土鉻錳硅鉬鎳硼耐磨鑄鋼及其生產工藝，該耐磨鑄鋼稀土元素總含量為 0-0. 09%，其中硫、磷有害元素含量不得超過0. 035%，殘余鋁的含量為0. 02-0. 06%。熱處理工藝采用風冷方式，依含碳量的不同而采用不同的風冷速度，對于小型熱處理加熱爐， 空冷方式。中國發明專利CN1232884還公開了一種高硅耐磨鑄鋼，以碳鋼下腳料或硅鋼下腳料為原料，用廢電極石墨及其它增碳劑增碳，硅鐵合金或SiC增硅，鉬合金進行合金化， 控制鋼水的成分；對澆鑄工件進行熱處理。該耐磨鑄鋼能夠在沖擊磨損條件下工作，比高錳鋼具有更高的初始硬度，在中、小沖擊負載的磨損條件下仍有好的耐磨性；比奧-貝球鐵具有更高的耐磨性和強韌性，適用面更大；比低合金鋼少用合金元素，簡化熱處理，降低成本，且提高耐磨性。中國發明專利CN102115850A還公開了一種多元低合金化大型耐磨鑄鋼錘頭，構成該錘頭的化學成分及其重量百分比為C:0. 30-0. 50%, Si :0. 3-1.2%, Mn: 0. 5-1. 5%, Cr :1. 5-3. 5%, Ni :0. 3-1. 5%, Mo :0. 3-1. 5%, V :0. 05-0. 30%, S < 0. 05%, P
<0.05%，余量為狗。同時，該發明還揭示了所述錘頭的制備工藝；該發明揭示的耐磨錘頭既使錘頭的打擊部位具有高硬度和一定的韌性，滿足錘頭的耐磨性能要求、又使錘頭的安裝部位具有高韌性和一定的硬度，保證錘頭的使用安全性。中國發明專利CN102115846A 還公開了一種高碳耐磨鑄鋼，按重量百分比，其組分配方如下碳13 25%，硅15-20%， 錳3-5 %，磷0. 1 0. 5 %，硫0. 1 0. 5 %，鉬1_10 %，其余為鐵。該發明的有益效果是該發明的高碳耐磨鑄鋼能夠在沖擊磨損條件下工作，比高錳鋼具有更高的初始硬度，在中、小沖擊負載的磨損條件下仍有好的耐磨性，比奧貝球鐵具有更高的耐磨性和強韌性，適用面更大，比低合金鋼少用合金元素，簡化了熱處理，降低了成本。中國發明專利CN100999803 還公開了一種高硼耐磨鑄鋼及其制備方法，其化學成分及其重量百分比為，C :0. 10% 0. 50% ；B :0· 8% 5. 0% ；Cu :0· 3% 0. 6% ；Mn :0· 8% 2. 0% ；Cr :1· 0% 2. 5 % ；Si
<1. 5 % ;Ti :0. 08 % 0. 20 % ；Ce :0. 04 % 0. 12 % ；Mg :0. 02 % 0. 18 % ；N :0. 06 % 0. 18%;S < 0. 05%;P < 0. 05% ；余量為！^和不可避免的微量雜質。其制備方法采用電爐熔煉，鋼水熔清后加入錳鐵和硼鐵，然后加入鋁脫氧，而后出爐。用鈦鐵、鈰基稀土鎂合金和含氮物質對鋼水進行復合變質處理，經高溫奧氏體化后快速冷卻，隨后進行低溫回火消除應力。中國發明專利CN1804092還公開了一種含鎢耐磨奧氏體錳鋼，鋼的化學成分為
C 1. 0-1. 5，Mn 5. 0-15. 0,ff 0. 5-5. 0，Si < 0. 8，S < 0. 05，P < 0. 05，其余為 Fe ；鋼的冶煉制造工藝為電爐冶煉，其冶煉出鋼溫度為1520-1550°C，澆注溫度為1460-1480°C ；在冶煉時，鐵合金由先到后的加入順序為鎢鐵和錳鐵，然后澆注成所需要的產品。用于制造厚度較小的耐磨鑄鋼件，可以鑄造后不經過熱處理直接使用；用于厚度較大的耐磨鑄鋼件，需經熱處理后使用。它適合于制作冶金、礦山、建材、煤炭、軍工和機械等行業的耐磨零部件，如襯板、齒板、錘頭和履帶板等。同時，含鎢耐磨奧氏體錳鋼具有優良的鍛造工藝性能，可用熱鍛法制造耐磨、耐接觸疲勞性能優異的鍛件，如鐵路轍叉、錘頭等。中國發明專利CN1600889 還公開了一種微合金馬氏體耐磨鑄鋼及制造方法，其化學成分為=C 0. 25 0. 34、Si 0. 3 0. 7、Mn 1. 15 1.65、Cr 0. 5 1.0、B 0. 0005 0. 005、Ti 0. 01 0. 06、Ce 0. 01
0.045、La 0. 01 0. 035、Al 0. 01 0. 1、S彡0. 035、P彡0. 035，其微合金化處理工藝為先在熔煉爐內于1600 1610°C加入TiFe，再在澆包內加入或在傾出鋼水同時向澆包內投入RESii^e和Bi^e合金，所用Bi^e合金須用電池殼之類鐵質容器包裝，該發明的優點是不使用Mo、Ni等貴重的合金元素，而是通過微合金化來達到強韌化和硬韌化目的，因而制造成本較低、微合金化處理工藝先進、穩定性好、熱處理工藝簡單且其強度、硬度、韌性及耐磨性優良、使用壽命長。中國發明專利CN1560311還公開了一種耐磨鑄鋼及其制備方法。耐磨鑄鋼含有 C 0. 2-0. 35, Si 0. 6-1. 0、Mn0. 8-1. 2、Ni 0. 2-0. 6, Cr 0. 6-1. 2, Mo 0.15-0.35。其制法包括冶煉、鑄造和熱處理。冶煉在鋼液溶化1/5-2/5時放入鉻、鎳、鉬，出爐前5-15分鐘投入錳、硅，然后投入脫氧劑；熱處理鑄造成型鑄件正火910-930°C，保溫2小時出爐空冷，淬火860-900°C保溫1. 5小時后出爐水淬，水溫30°C以下，回火210_230°C，保溫2-2. 5 小時，出爐空冷。該發明耐磨鑄鋼制備方法簡單，產品具有高耐磨性和沖擊韌性。中國發明專利CN101469390還公開了一種新型馬氏體、貝氏體耐磨鑄鋼材料及制造方法。其特征是以較低含量的C、Cr、Mo合金元素為主，輔加少量的V、Ti、B和RE合金元素構成。該種材料經熱處理后能夠獲得回火馬氏體加下貝氏體及少量的殘余奧氏體的顯微組織，使其具有較高的強韌性及良好的耐磨性，不僅能承受較大的沖擊和劇烈的撞擊，而且還具有優良的抗磨料磨損性能，綜合機械性能優于高、中錳奧氏體鑄鋼，是用于制造在比較惡劣環境下工作備品備件的理想材料。中國發明專利CN101880828A還公開了一種低合金錳系回火馬氏體耐磨鑄鋼的制備方法，該發明采用Mn為主要合金元素，添加少量的Si、Cr、Cu、B和稀土元素(La，Ce, Nb, Pr)等合金元素，其余為狗。采用常規煉鋼工藝冶煉，鑄造成型后，經奧氏體化后水淬，再加熱、保溫，進行低溫回火處理。該發明生產的耐磨鑄鋼，水淬回火后組織為回火馬氏體。鑄鋼的抗拉強度Rm > 1800MPa，規定非比例延伸強度Rpa2 > 1600MPa, 斷后延伸率A >5%，無缺口沖擊韌度εικ> 150J/cm2, U型缺口沖擊功aKU > 20J/cm2。該耐磨鑄鋼合金元素含量少，強韌性配合和耐磨性能優良，工藝簡單，成本低廉，可用于制造斗齒、錘頭、齒板、襯板、履帶板等耐磨鑄鋼件。中國發明專利CN101899605A還公開了一種獲得超高硬韌性和耐磨性的耐磨合金鑄鋼的熔煉工藝，所述鑄鋼的化學成分及其質量百分比為C :0. 27-0. 32 ；Mn :0. 70-0. 90 ；Si :0. 90-1. 30 ；Cr :1. 40-1. 80 ；Mo :0. 10-0. 20 ； Ni 0. 10-0. 20 ；Ti 0. 02-0. 03，所述熔煉工藝包括在鋼液升溫至1550_1560°C時，分別加入元素碳、鉬鐵、鉻鐵、鎳、鈦鐵；在1570-1580°C時，加入硅鐵；在1590-1600°C時，加入錳鐵；在1610-1630°C時，斷電出鋼液澆注。該工藝生產工藝簡單、成本低且無污染，所得鑄鋼可用于制造與凍巖、凍土層接觸的工程機械設備。中國發明專利CN101899629A還公開了耐磨合金鑄鋼及其制造設備，鑄鋼為:C :0. 27-0. 32 ；Mn :0. 70-0. 90 ；Si :0. 90-1. 30 ；Cr
1.40-1. 80 ；Mo 0. 10-0. 20 ；Ni :0. 10-0. 20 ；Ti :0. 02-0. 03。設備包括由熔煉爐、溫度監控裝置、下料裝置、以及它們相連的上位控制單元組成的熔煉設備，上位控制單元根據溫度信號對熔煉爐和下料裝置進行控制以達到上述成分和百分比；由退火爐、淬火爐和淬火槽、以及回火爐組成的熱處理設備；熱處理設備也可同上位控制單元相連，實現自動化控制。中國發明專利CN101906588A還公開了一種空冷下貝氏體/馬氏體復相耐磨鑄鋼的制備方法，采用Mn為主要合金元素，添加少量的Cr，B和稀土元素(La，Ce, Nb, Pr)等合金元素，其余為狗。采用常規煉鋼工藝冶煉，鑄造成型后，經奧氏體化后空冷或者風冷后，再加熱、保溫，進行低溫回火處理。該發明生產的耐磨鑄鋼，空冷后組織為下貝氏體/馬氏體和少量粒狀貝氏體。鑄鋼的硬度>50(HRC)，無缺口沖擊功AK>50J。但是，上述耐磨鑄鋼或存在生產成本較高，或存在性能低，或存在工藝穩定性差等不足。

發明內容
本發明目的是利用硅能抑制碳化物的形成，在高硅高碳鋼中采用等溫淬火，得到無碳化物的貝氏鐵素體和奧氏體雙相組織(簡稱奧-貝組織)。由于該雙相組織是以高強度的貝氏鐵素體束作為基體骨架組織，而且其有效晶粒尺寸——奧氏體膜-貝氏鐵素體束間距很小，因而其強度很高；又由于在貝氏鐵素體束之間鑲嵌著穩定性較高的奧氏體膜，裂紋擴展時不僅要受到大量奧氏體膜/貝氏體束相界面的阻礙，而且當它遇到奧氏體膜時， 奧氏體將產生塑性變形及應變誘發馬氏體轉變，使裂紋尖端應力得到松弛，抑制裂紋的擴展，因此，該材料還同時具有優異的韌性與應變強化能力。為了提高這種材料的耐磨性能， 在高硅高碳鋼中加入強碳化物形成元素鈦，利用鈦和碳具有良好的形成硬度高且高溫穩定性好的TiC的能力，通過熱處理后，可獲得奧貝基體上鑲嵌TiC顆粒的耐磨鑄鋼，具有優異的耐磨性和良好的強韌性。本發明的目的可以通過以下措施來實現本發明一種耐磨鑄鋼，其特征在于，耐磨鑄鋼的化學組成成分是(質量分數，% ) 1. 60 1. 80C，3. 5 4. OTi, 1. 65 1. 85Si, Mn < 0· 8，0· 4 0. 6Cu，0. 003 0· 006B, 0. 015 0. 030Zr,0. 03 0. IOTe, 0. 04 0. 08Ce，0. 015 0. 040Mg，0. 12 0. 15A1, S < 0. 04，P < 0. 05，余量為！^和不可避免的微量雜質，化學成分的總和為100%，且(％ = 0. 25 X Ti % +(0. 70 0. 85)。本發明上述耐磨鑄鋼的制備方法，其特征在于，采用電爐熔煉，具體包括以下步驟(1)將普通廢鋼、生鐵或增碳劑、硅鐵和銅板混合加熱熔化，升溫至1560 1580°C 后加入鈦鐵，爐前調整成分合格后將溫度升至1590 1610°C，加入鋁脫氧和合金化，而后出爐；(2)將硼鐵、鋯鐵、碲銅中間合金和鈰基稀土鎂合金破碎至粒度小于16mm的小塊， 經200 240°C烘干3 證后，置于澆包底部，用包內沖入法對鋼水進行微合金化處理；(3)鋼水經靜置、扒渣后，當溫度為1440 1470°C時澆入鑄型，澆注1.0 6. Oh 后開箱空冷鑄件，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；(4)鑄件在930 950°C進行高溫奧氏體化處理，保溫1. 0 3. Oh后，在溫度為 260 290°C的鹽浴池內冷卻1. 0 2. Oh即可。耐磨鑄鋼材料的性能是由金相組織決定的，而一定的組織取決于化學成分及熱處理工藝，本發明化學成分是這樣確定的碳碳是耐磨鑄鋼的主要元素，本發明加入碳有兩方面的作用，一是利用碳與鈦結合，生成硬度高和熱穩定性好的TiC顆粒，起改善鑄鋼耐磨性的作用，其二碳是利用提高基體的強度和硬度，促進耐磨性的進一步改善。當碳含量過高時，將使韌性明顯下降，為了保證鋼的強韌性和耐磨性，將碳含量控制在1. 60 1. 80%，且(％ = 0. 25Τ % +0. 70 0. 85。鈦鈦是強碳化物形成元素，鈦與碳化合而成的TiC具有熔點高(3260°C )和硬度高(努普硬度為32. 4GPa)等特點，TiC顆粒鑲嵌在鑄鋼基體組織中可以明顯提高鑄鋼耐磨性。但是，鈦含量過高，TiC數量增加，導致耐磨鑄鋼韌性明顯下降，合適的鈦含量為3. 5 4. 0%，此時耐磨鑄鋼中可獲得體積分數9. 0 11. 5%的TiC顆粒，使耐磨鑄鋼具有優異力學性能和良好的耐磨性。硅硅是耐磨鑄鋼中的主要合金元素，而且是非碳化物形成元素，可增加碳在奧氏體中的活度，在貝氏體鐵素體生長過程中，多余的碳會排向界面一側的鄰近奧氏體中，由于硅阻止滲碳體析出，造成周圍奧氏體富碳，使貝氏體鐵素體片條間或片條內的富碳殘留奧氏體穩定化，形成無碳化物貝氏體。硅還可使鋼的TTT或CCT曲線向右下方移動和提高鋼的貝氏體淬透性和韌性。硅含量較低(< 1.65%)時，由于硅抑制碳化物析出的作用較弱， 促進貝氏體轉變的作用也不強烈，在等溫轉變過程中，首先在奧氏體晶界析出貝氏體，而未轉變的奧氏體在隨后的冷卻過程中部分轉變為珠光體和馬氏體，其顯微組織由貝氏體鐵素體、珠光體、馬氏體和殘余奧氏體組成，耐磨性稍差；隨著硅含量提高，硅抑制碳化物析出作用顯著增強，使貝氏體成長時排出的碳富集到奧氏體中，提高了過冷奧氏體的穩定性，其顯微組織為典型的奧-貝組織，即由板條狀的貝氏體鐵素體和其間分布的富碳的殘余奧氏體組成，材料沖擊韌性提高，同時由于殘余奧氏體富碳程度很高，材料的強度和硬度變化不明顯，硅含量過高時，組織中出現了大量的未轉變奧氏體組織，且易出現鐵素體組織，導致材料的硬度、強度和沖擊韌性下降。合適的硅加入量宜控制在1. 65 1. 85%。銅銅是非碳化物形成元素，主要溶于基體，起提高耐磨鑄鋼淬透性的的作用，合適的銅加入量是0.4 0.6%。硼硼在鋼中的作用主要是為了提高鋼的淬透性，加入量過少，對提高鋼的淬透性作用不明顯，加入量過多，易形成硼化物，降低鋼的韌性，合適的硼加入量宜控制在 0. 003 0. 006%。鋯鋼中加入適量鋯易與碳化合形成&(，具有明顯細化晶粒作用，提高鋼的強度和韌性，還有利于耐磨性的提高，鋯加入量過多，ZrC將粗大化，反而不利于改善鋼的組織， 合適的鋯加入量宜控制在0. 015 0. 030%。碲碲加入鋼中具有強烈的過冷作用，有利于細化凝固組織，另外碲在基體中的固溶量極少，且大多富集在晶界附近，有利于提高鋼的強度和硬度，改善鋼的耐磨性，碲加入量過多，將降低鋼的韌性，合適的碲加入量宜控制在0. 03 0. 10%，且以碲銅中間合金形式加入鋼水，效果最好。鈰鈰在鋼中具有以下作用(1)凈化鋼液，提高鑄造性能；(2)細化凝固組織，提高韌性；(3)使夾雜物變質，提高抗斷裂能力；(4)細化亞結構，提高鋼的顯微硬度等。合適的鈰含量宜控制在0. 04 0. 08%。鎂鎂與氧、硫有極大的親合力，可發生劇烈的冶金反應，去除鋼中的氧和硫，減少鑄鋼中的氧化物和硫化物夾雜。當脫氧、脫硫產物中的部分MgO和MgS來不及上浮至鋼液面而排除時，凝固后便成為鑄鋼夾雜。鋼液凝固時，首先形成MgO，它可作為隨后凝固的MgS、
7MnS和其它夾雜的核心。由于MgO在鋼液中特別分散，因此鎂可改變鑄鋼中夾雜物的類型、 數量、大小、形態和分布。適量的鎂可使鑄鋼中夾雜物變得細小、分散。原尺寸大、帶棱角的 Al2O3夾雜被尺寸小、呈球形的MgO和含MgO的復合夾雜所取代；原尺寸大、長條狀的MnS夾雜被尺寸小、近球形的MgO、含MgO復合夾雜和MgS · MgO復合夾雜所取代，因而提高了夾雜物與基體抵抗裂紋形成與擴展的能力，改善了鑄鋼的韌性。鎂加入量不足將不能使鑄鋼發生充分的脫氧、脫硫反應，不利于夾雜物的去除。加入量過多不僅造成鎂的浪費，而且由于反應過于劇烈，將使上浮到鋼液表面的MgO、MgS等夾雜重新卷入鋼液中，對鑄鋼性能產生不利的影響。因此將鎂含量控制在0. 015 0. 040%。鋁鋁是非碳化物形成元素，主要溶于基體。本發明耐磨鑄鋼中加入適量鋁，除了起脫氧作用外，還有促進耐磨鑄鋼等溫淬火過程中獲得力學性能好的奧-貝組織的作用， 加入量過多，易出現含鋁夾雜物，反而損害耐磨鑄鋼性能，合適的鋁含量宜控制在0. 12 0. 15%。錳錳阻礙耐磨鑄鋼等溫淬火過程中獲得強韌性好的奧-貝組織，因此，將其含量控制在0.8%以下。硫和磷不可避免的微量雜質是原料中帶入的，其中有磷和硫，均是有害元素， 為了確保耐磨鑄鋼的強度、韌性和耐磨性，將磷含量控制在0. 05%以下，硫含量控制在 0. 04%以下。耐磨鑄鋼的鑄態組織由貝氏體、奧氏體、珠光體、鐵素體和TiC組成，不僅強度和硬度低，而且韌性和耐磨性差，需要進行等溫淬火熱處理來改善其組織，以便獲得滿意的性能。其熱處理工藝的制訂依據是當鑄鋼進行高溫奧氏體化處理時，若奧氏體化溫度過低，或保溫時間過短，均可使鑄態珠光體中的滲碳體來不及溶解，最后在淬火組織中保留下來，使材料的性能惡化。適當提高奧氏體化溫度至930 950°C，保溫時間1. 0 3. 0h，可使奧氏體均勻化，在等溫淬火處理后可以顯著改善材料的強韌性。過高的奧氏體化溫度和過長的保溫時間，勢必增加過冷奧氏體的穩定性，使等溫淬火過程中貝氏體轉變不能充分進行，奧氏體富碳不足，容易出現淬火馬氏體，不易獲得奧-貝雙相組織，使材料韌性下降。當等溫溫度較低時以下)，由于碳原子的擴散能力較弱，完成貝氏體轉變所需的擴散時間較長，碳在奧氏體中的分布不均勻，不能形成穩定的富碳奧氏體，在隨后的冷卻過程中，貧碳奧氏體轉變成為馬氏體，殘余奧氏體量很少，同時生成的貝氏體鐵素體板條細小，因而材料的強度和硬度較高，而韌性較低。隨著等溫溫度的提高，碳原子的擴散能力加強，貝氏體轉變的過冷度減少，新相和母相間的自由能差值減小，不足以使更多的奧氏體發生轉變，特別是難以使穩定性高的高碳奧氏體轉變，因此條束狀貝氏體鐵素體數量減少，板條變寬，片間距變大，富碳的殘余奧氏體量也增加，殘余奧氏體薄膜加厚，因而硬度和強度有所下降，韌性隨之提高。但當等溫溫度過高時，奧貝組織的晶粒會變得更為粗大，導致韌性也呈下降趨勢。耐磨鑄鋼經930 950°C的高溫奧氏體化處理后，在260 290°C的鹽浴池內進行等溫淬火，可以獲得細小的奧-貝雙相基體加TiC顆粒所構成的復合組織，具有優異的強韌性和耐磨性。本發明效果(1)用本發明制造的耐磨鑄鋼，生產工藝簡便，不含貴重合金元素，成本低廉。
(2)用本發明制造的耐磨鑄鋼，因含有體積分數9.0 11. 5%的TiC顆粒，硬度高達58 60HRC，促進鑄鋼耐磨性的明顯改善。(3)本發明耐磨鑄鋼經鋯和碲微合金化處理后，凝固組織細小，經鈰和鎂元素處理后，夾雜物少，鑄鋼具有良好的強韌性，其中抗拉強度為1250 1360MPa，沖擊韌性為25 28J/cm20(4)用本發明制造的耐磨鑄鋼，經等溫淬火處理后，獲得了奧-貝雙相基體加TiC 顆粒所構成的復合組織，硬度高，耐磨性好，用做破碎機錘頭和球磨機襯板等產品，使用壽命比高錳鋼提高250 300%。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步詳述實施例1 采用750公斤中頻感應電爐冶煉本發明耐磨鑄鋼，其制造工藝步驟是(1)將普通廢鋼、生鐵、硅鐵和銅板混合加熱熔化，升溫至1563°C后加入鈦鐵，爐前調整成分合格后將溫度升至1594°C，加入鋁脫氧和合金化，而后出爐；(2)將硼鐵、鋯鐵、碲銅中間合金和鈰基稀土鎂合金破碎至粒度小于16mm的小塊， 經240°C烘干4h后，置于澆包底部，用包內沖入法對鋼水進行微合金化處理；(3)鋼水經靜置、扒渣后，當溫度為1445°C時澆入鑄型，澆注6. Oh后開箱空冷鑄件，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；(4)鑄件在930°C進行高溫奧氏體化處理，保溫3. Oh后，在溫度為260°C、組成為 50% NaN02+50% KNO3的鹽浴池內冷卻1. Oh即可。耐磨鑄鋼成分見表1，耐磨鑄鋼力學性能見表2。實施例2:采用500公斤中頻感應電爐冶煉本發明耐磨鑄鋼，其制造工藝步驟是(1)將普通廢鋼、增碳劑、硅鐵和銅板混合加熱熔化，升溫至1579°C后加入鈦鐵， 爐前調整成分合格后將溫度升至1608°C，加入鋁脫氧和合金化，而后出爐；(2)將硼鐵、鋯鐵、碲銅中間合金和鈰基稀土鎂合金破碎至粒度小于16mm的小塊， 經200°C烘干證后，置于澆包底部，用包內沖入法對鋼水進行微合金化處理；(3)鋼水經靜置、扒渣后，當溫度為1468°C時澆入鑄型，澆注1. Oh后開箱空冷鑄件，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；⑷鑄件在950°C進行高溫奧氏體化處理，保溫1. Oh后，在溫度為290°C、組成為50% NaN03+50% KNO3的鹽浴池內冷卻2. Oh即可。耐磨鑄鋼成分見表1，耐磨鑄鋼力學性能見表2。實施例3 采用500公斤中頻感應電爐冶煉本發明耐磨鑄鋼，其制造工藝步驟是(1)將普通廢鋼、生鐵、硅鐵和銅板混合加熱熔化，升溫至1570°C后加入鈦鐵，爐前調整成分合格后將溫度升至1598°C，加入鋁脫氧和合金化，而后出爐；(2)將硼鐵、鋯鐵、碲銅中間合金和鈰基稀土鎂合金破碎至粒度小于16mm的小塊， 經220°C烘干池后，置于澆包底部，用包內沖入法對鋼水進行微合金化處理；(3)鋼水經靜置、扒渣后，當溫度為1455°〇時澆入鑄型，澆注4.01!后開箱空冷鑄件，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；(4)鑄件在940°C進行高溫奧氏體化處理，保溫2. Oh后，在溫度為280°C、組成為 27. 5% NaN02+45% NaN03+27. 5% KNO3的鹽浴池內冷卻2. Oh即可。耐磨鑄鋼成分見表1，耐磨鑄鋼力學性能見表2。表1耐磨鑄鋼的化學成分(質量分數，％ )
權利要求
1.一種耐磨鑄鋼，其特征在于，耐磨鑄鋼的化學組成成分(質量分數，％ )是1. 60 1. 80C，3. 5 4. OTi, 1. 65 1. 85Si, Mn < 0. 8,0. 4 0. 6Cu，0. 003 0. 006B，0. 015 0. 030Zr,0. 03 0. IOTe, 0. 04 0. 08Ce，0. 015 0. 040Mg，0. 12 0. 15A1, S < 0. 04，P < 0. 05，余量為！^和不可避免的微量雜質，化學成分的總和為100%，且= 0. 25XTi % + (0. 70 0. 85)。
2.按照權利要求1的一種耐磨鑄鋼的制備方法，其特征在于，采用電爐熔煉，具體包括以下步驟(1)將普通廢鋼、生鐵或增碳劑、硅鐵和銅板混合加熱熔化，升溫至1560 1580°C后加入鈦鐵，爐前調整成分合格后將溫度升至1590 1610°C，加入鋁脫氧和合金化，而后出爐；(2)將硼鐵、鋯鐵、碲銅中間合金和鈰基稀土鎂合金破碎至粒度小于16mm的小塊，經 200 240°C烘干3 證后，置于澆包底部，用包內沖入法對鋼水進行微合金化處理；(3)鋼水經靜置、扒渣后，當溫度為1440 1470°C時澆入鑄型，澆注1.0 6. Oh后開箱空冷鑄件，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；(4)鑄件在930 950°C進行高溫奧氏體化處理，保溫1.0 3. Oh后，在溫度為260 290°C的鹽浴池內冷卻1. 0 2. Oh即可。
全文摘要
一種耐磨鑄鋼及其制備方法，屬于鑄造技術領域。其化學成分是1.60～1.80C，3.5～4.0Ti，1.65～1.85Si，Mn＜0.8，0.4～0.6Cu，0.003～0.006B，0.015～0.030Zr，0.03～0.10Te，0.04～0.08Ce，0.015～0.040Mg，0.12～0.15Al，S＜0.04，P＜0.05，余量為Fe和不可避免的微量雜質，總和為100％，且C％＝0.25×Ti％+(0.70～0.85)。本發明利用電爐便可生產，采用等溫淬火處理。因含有高硬度的TiC顆粒和奧-貝基體，具有強度和硬度高、韌性和耐磨性好等特點，可以顯著抗磨部件壽命。
文檔編號C21D1/20GK102383066SQ201110358650
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者劉憲民, 劉明亮, 符寒光, 郭宏濤 申請人:山東省匯豐機械集團總公司章丘市鑄造廠