[发明专利]高韧性耐磨复相钢截齿及制造工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及耐磨低合金钢领域，尤其是高韧性耐磨复相钢截齿及其制造工艺，适用于中、高冲击载荷作用下，绞吸式、耙吸式等挖泥船的绞刀齿、耙头、齿座和矿山机械中的电铲斗齿、铲刃板、破碎机齿板等制造。

背景技术：

我国已有数百条大型挖沙船用于沿海、江、湖泊的吹填造陆、采沙、清淤疏浚等，挖沙船刀齿受复杂的环境(如海水腐蚀与粗沙、砾石、珊瑚礁等的复杂土质)并承受周期性的拉应力、压应力和冲击载荷作用。矿山斗齿装在挖掘机械和电铲铲斗前端，系悬臂梁构件，直接与矿石、砂土等物料接触，既承受冲击作用，又承受弯曲作用。在服役过程中，挖沙船绞刀齿和矿山斗齿的主要失效形式为刀体磨损、折断及刀齿脱落。由于齿体材料的使用寿命短，工作中刀齿的频繁更换降低了作业效率，同时也增加了工人的劳动强度，造成的经济损失不可估量。因此开发低成本、高性能、长寿命的耐磨钢齿体材料已引起广泛关注，对于装备的安全、稳定和可靠运行也有着十分重要的意义。

目前使用的耐磨齿体材料主要为高锰钢和各种低合金钢。高锰钢常温下为奥氏体组织，韧性好且在使用中加工硬化作用强。在强烈冲击载荷及高挤压应力下，高锰钢工件表面可实现α马氏体相变而得到充分强化，但高锰钢起始硬度低(约220HB)，使用时也远未发挥其性能潜力，故耐磨性能较差。低合金钢经过热处理后，可获得高强度、高硬度与一定的韧性配合，具有优良的耐磨性能，正逐步取代传统的高锰钢而成为广泛使用的一种耐磨材料。其中中国发明专利CN101906588A、CN1477225A、CN1042950A等涉及到中高碳锰系空冷贝氏体钢，以Mn、Cr、Si为主要合金元素，经过空冷、雾化水冷条件下得到均匀复相贝氏体/马氏体组织，具有高强度和高硬度组织。国内外常用的截齿材料为35CrMnNi、42CrMoA和55SiMnMo等，使用中易出现折弯、脆断、磨损快等缺点。康沫狂等通过多年的研究提出了Si-Mn-Mo系中碳贝氏体钢，其组织为贝氏体铁素体和残余奥氏体组成的准贝氏体钢，具有良好的强韧性和耐磨性，但该贝氏体钢中贵重元素Mo的含量通常在0.5％以上，加大了合金钢的成本。

传统的贝氏体钢存在如下问题：以C、Si、Mn和Cr为主要元素，经空冷生成贝氏体等组织结构，还不能很好满足齿体在使用中承受较大的冲击载荷和磨损性能要求；由于齿体的结构厚度大于60mm以上，芯部难以淬透，存在大量的铁素体和珠光体组织，严重降低了齿体材料的韧性和耐磨性能。

发明主要内容：

本发明针对合金钢在截齿应用领域中存在的问题，通过对合金元素的合理设计，对熔炼、淬火、回火温度等工艺参数控制，获得一种具有高淬透性的能够制造厚壁件截齿材料，获得一种强韧性和耐磨性能优异的复相钢。

技术方案：高韧性耐磨复相钢截齿及制造工艺，其化学成分和组成质量百分比为：C 0.30～0.55 Mn 1.5～2.5 Si 0.5～2.0 Cr 1.0～2.0 Ni 0.1～0.25 V0.05～0.15 Ti 0.05～0.1 Al 0.05～0.1 B 0.003～0.007 Re：0.02～0.07 S≤0.02P≤0.04，其余为Fe。上述RE是Ce和La，其中Ce≤0.06 La≤0.04。

制造本发明的高韧性耐磨复相钢，其制造工艺如下：

(1)熔炼：在500Kg中频感应电炉加入20-40mm废钢板，以尽快形成熔池；大块钢板沿炉壁四周加入，FeCr、NiFe、MnFe直接加到熔化的钢液中，待钢水熔清后加入FeSi；搅动钢液，待炉前成分调整合格后，温度升至1600～1630℃；加入硅钙合金、铝棒进行脱氧；将FeV分断成10～20mm左右小块加入。

(2)浇注：钢液出炉温度约为1530～1550℃；将RESiFe、TiFe和BFe分断成10mm左右的小块并烘烤至300℃，置入浇包底部，用包内冲入法对钢水进行复合处理。钢液出完炉后立即搅拌，快速扒净熔渣，然后用珍珠岩覆盖表面。钢水镇静2～3分钟后，以1480℃～1500℃将熔化钢水浇注到抽真空状态下EPS截齿模具中，并充满EPS模具热解消失后的空间而获得截齿浇铸件，浇注后维持负压真空度为0.04MPa，并保持8～12min。

(3)热处理：以消失模工艺生产出截齿坯件，经过去除冒口和清理后，按不高于80℃/h在电炉中升至900～950℃，保温4h，炉冷至室温；按不高于100℃/h升至850～900℃，保温2h，截齿出炉后直接喷水或在50～70℃水中，淬火至200～250℃以下；在电炉中升温至250～300℃进行低温回火处理，保温4h，出炉空冷。