[发明专利]一种锻造用超高强度低合金耐磨钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料领域，尤其涉及一种适合于斗齿的锻造用超高强度低合金耐磨钢及其制备方法。

背景技术

斗齿是工程机械行业挖掘机、装载机作业中磨损最严重的零件，广泛应用于矿山、冶金、水利、电力、建筑、机械等行业，直接与岩石、矿物、砂子、泥土等长期接触，由于工况条件恶劣，在接触物料时，既承受冲击作用力，又承受弯曲作用力，斗齿尖部经常受到较强烈的冲击滑动磨料磨损，斗齿主要的失效方式是磨损和断裂，斗齿表面受磨损导致断裂，造成斗齿使用寿命短，更换频繁。目前斗齿常采用高锰钢和低合金钢，高猛钢一方面合金钢中金属Mn元素含量高达百分之十几，是一种铸造奥氏体锰钢(简称高猛钢)，其耐磨性主要在较高的冲击载荷作用下发生表面加工硬化的情况下产生。而在挖掘泥土、砂子冲击载荷不是很高的情况下，表面产生加工硬化并不明显，反而使得高锰钢的耐磨性不能得到充分发挥，导致一般冲击载荷作用下耐磨性很差，寿命较短。而低合金耐磨钢是工程机械行业目前应用很广泛的一类的耐磨材料，具有良好的综合性能，而且合金含量低，生产价格较低。低合金耐磨钢主要通过添加少量(≤5％)的合金元素，以及热处理工艺，来获得马氏体或者马氏体+贝氏体组织，从而提高合金钢的硬度和耐磨性。对于斗齿用低合金耐磨钢需要该种钢具有高的强度，良好的韧性，以及高的硬度，才能真正的提高斗齿的耐磨性和使用寿命，然而低合金钢由于化学成分、热处理工艺可在很大的范围内变化，所以其力学性能表现波动较大，不能同时满足高的强度、良好的韧性、以及高的硬度的要求。

目前国内外常见的中低碳低合金耐磨铸钢中为ZG30CrMoSi、ZG30CrMoNi、ZG35CrMo、ZG35CrMoNi等系列合金，由于加入Mo、Ni质量百分含量较高，制造成本高。在Cr-Mn-Mo基础上，加入B、Ti、V、Nb、RE(稀土元素)等细化晶粒的微量元素是比较常用的方法，例如公开号为CN 201310067281.8的中国专利“一种中碳多元素低合金耐磨钢的制备方法”在Cr-Mn-Si钢的基础上，通过添加一定量的Mo、V来提高淬透性、耐磨性，还加入B、Ti、Nb、Ce等多种微量合金元素起到细化晶粒作用来概述综合力学性能，该发明添加元素多，除普通合金熔炼外，主要进行微量元素的变质处理，工艺相对复杂，且难以控制。

公开号为CN201510099344.7的中国专利公开了“一种韧性大于50J/cm2的低合金耐磨钢及生产方法”，该发明专利的低合耐磨钢的成分中需要加入Mo:0.30-0.50％,Ti:0.25-0.35％,B:0.0 1-0.05％,制备的低合金耐磨钢的抗拉强度1500MPa以上，韧性优良高于50J/cm2，延伸率≥16％，硬度值≥450HV(≥45.3HRC)。虽然塑性和韧性良好，但是抗拉强度只有1500MPa以上，硬度只有45.3HRC以上，对于超高强度耐磨钢而言还有待进一步提高。另外该发明中添加Mo元素含量相对较高，制备工艺中除铸钢的合金熔炼之外，必须经过粗轧制和精轧工序，制造工艺复杂，制造成本较高。

公开号为CN201110276071.0的中国专利，公开了“一种中低合金耐磨钢的制备方法”，其成分为C：0.41％-0.50％，Si：0.85％-0.95％，Mn：1.1％-1.4％，Cr：为1.5％-2.3％，：Mo：0.31％-0.45％，Cu：1.25％-1.35％，Ce：0.30％-0.45％，B：0.001％-0.003％，P≤0.04％，S≤0.04％，余量为Fe。该发明专利中C含量较高，含碳量越高，强度硬度越高，但塑性、韧性也会随之降低，耐磨钢在使用时候容易断裂，添加的Mo较高，造成成本增加，Cu含量非常高，铜元素含量过高时，耐磨钢的强度和耐磨性反而会降低，另外还要添加Ce，B等细化晶粒的合金元素。低合金耐磨钢的硬度值为52-56HRC，冲击韧性值可达35-75J/cm²，抗拉强度为1550-1750MPa。

综上，目前常见的低合金耐磨钢制造成本高，采取添加微量元素的手段提高耐磨性、淬透性，却造成制造工艺复杂且难以控制，耐磨钢的塑性、韧性、强度和耐磨性等力学性能均不能够同时达到要求。

发明内容

因此本发明提出一种既能同时满足力学性能要求又能降低制造成本的锻造用超高强度低合金耐磨钢，解决了现有低合金耐磨钢的问题。另外，本发明的另一目的在于提供一种锻造用超高强度低合金耐磨钢的制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一种锻造用超高强度低合金耐磨钢，其材质的主要化学成分及含量如下(wt.％):