[发明专利]一种含纳米晶奥氏体的多元低合金耐磨铸钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含纳米晶奥氏体的多元低合金耐磨铸钢的制备方法，采用废钢、硅铁、锰铁和铬铁为原料，熔炼中碳低合金钢，熔炼过程中进行多元微合金复合处理，浇注得到多元低合金耐磨铸钢；然后对其进行超高温、高温、中高温的变温淬火处理，即得到含纳米晶奥氏体的多元低合金耐磨铸钢。本发明多元低合金耐磨铸钢经多元微合金复合处理后，凝固组织明显细化，经进一步超高温、高温和中高温的变温淬火处理后，获得了马氏体加纳米晶奥氏体的复相组织，具有硬度高、耐磨性好和强韧性好等特点，具有很好的使用效果，推广应用具有良好的经济和社会效益。

技术领域

本发明属于耐磨材料技术领域，涉及一种含纳米晶奥氏体的多元低合金耐磨铸钢，本发明还涉及上述含纳米晶奥氏体的多元低合金耐磨铸钢的制备方法。

背景技术

低合金耐磨铸钢具有生产工艺简便，生产成本低廉等优势，在耐磨材料领域有广泛的应用前景。

为了提高低合金耐磨铸钢的综合性能，中国发明专利《一种利用电弧炉制备低合金高韧耐磨铸钢的方法》(申请号CN201410241277.3，公开号CN103981449A，公开日2014.08.13)公开了一种利用电弧炉制备低合金高韧耐磨铸钢的方法，选用低硫磷炉料、利用酸性电弧炉冶炼钢液、炉外精炼，高温退火、一次淬火+回火的制备低合金高韧耐磨铸钢的方法，该方法工序少，效率高，成本低，制备的低合金铸钢硬度高、耐磨性好，同时韧性好，可用于水泥建材、矿山和燃煤电力等领域中使用的工件，如磨机衬板、篦板和盲板等。这些工件不仅受磨料的冲击力作用，而且受磨料的摩擦力，经常因为韧性不足而断裂，由于耐磨性不足而快速磨损失效现象。该方法制备的高韧耐磨低合金钢材料，可有效预防工件的断裂和快速磨损失效问题，且制备工序少，效率高，成本低，具有较好的推广应用前景。中国发明专利《一种低合金高耐磨铸钢板的制备方法》(申请号CN201310040622.2，公开号CN103266276A，公开日2013.08.28)还公开了一种低合金高耐磨铸钢板的制备方法，包含以下组分：C：0.25-0.35wt.％；Si：0.9-1.6wt.％；Mn：0.3-1.8wt.％；Cr：0.7-1.0wt.％；Mo：0.15-0.3wt.％；Ti：0.05-0.35wt.％；Nb：0.01-0.05wt.％；V：0.05-0.25wt.％；RE：0.01-0.1wt.％；P、S≤0.03wt.％，其余为Fe；将各组分熔融后铸造成型，再将处理后的铸锭放入其中进行升温，当温度到达1050～1070℃时保温，保温完成后再将铸锭放入240～245℃盐浴炉中进行保温，最后出炉空冷。该发明铸造和热处理工艺较简单易控制、成本低，制得的材料具有良好的强韧性配合。中国发明专利《低合金耐磨铸钢热处理工艺》(申请号CN201310536283.7，公开号CN104611524A，公开日2015.05.13)还公开了一种低合金耐磨铸钢热处理工艺，包括以下步骤：(1)选取废钢(以及回炉废铸钢件)将其切割成适宜的块度，块度大小根据炉子的容量而定，一般情况下，炉料的最大尺寸应不超过炉膛直径的三分之一，在0.5t中频感应电炉中进行熔炼；(2)其中锰铁、铬铁、硅铁、和金属锰等材料，应在800℃(烧红状态下)烘烤，烘烤时间应不少于3小时，硅铁粉和硅钙粉等材料，应在200℃～300℃温度下加热干燥，干燥时间应不少于3小时，新型的耐磨铸钢优化后的成分组成：加入不超过2.3％的Cr，碳的成分范围确定为0.25％～0.35％，硅的成分范围确定为1.50％～2.50％，Mn的含量确定为0.80％～1.20％，铬的含量确定为1.5％～2.5％，炉温度要严格控制在1580～1600℃，采用蜡模和树脂砂铸造成型，浇注温度大于1480℃；(3)将步骤(2)中的材料加热到临界温度(Ac3)以上，一般为Ac3+75℃～Ac3+100℃，保温30min～60min，使碳化物溶解并使奥氏体均匀化，并以大于临界冷却速度进行空气冷却；(4)将步骤(3)中的材料在Ac1以下的温度加热、保温，一般为200℃～300℃回火2h并以适当速度冷却。中国发明专利《一种低合金耐磨铸钢材料及其制备方法》(申请号CN201410271029.3，公开号CN104046893A，公开日2014.09.17)还公开了一种低合金耐磨铸钢材料及其制备方法，该材料具有如下的合金元素及质量百分比：C：0.2-0.4％，Si：0.4-1.0％，Mn：0.8-1.3％，Ni：0.3-0.7％，Mo：0.3％-0.5％，Nb：0.03％-0.06％，其余为Fe。该方法具有如下的过程和步骤：a.将原料利用电弧熔炼制备合金的方法制备合金，经高温扩散退火；合金组织为铁素体和珠光体及少量粒状贝氏体；b.将经高温扩散退火后的试样正火，正火后布氏硬度达到220～290HBS；正火后的试样在590℃回火，回火后得到布氏硬度≥200HBS，抗拉强度≥550MPa，伸长率≥15％，摩擦率为≤2.7×10^-5mg/Nm的低合金耐磨铸钢材料。该发明材料适用于矿山机械耐磨零部件，具有较优的综合力学性能，使用范围较广，成本低廉等经济优势。中国发明专利《一种经济型低合金耐磨铸钢及其热处理工艺》(申请号CN201310568551.3，公开号CN103556053A，公开日2014.02.05)还公开了一种经济型低合金耐磨铸钢，具有如下的成分及质量百分比：C：0.10-0.30％，Mn：0.5-1.5％，Ni：0.3-1.0％，Nb：0.01-0.05％，Si≤0.5％，P≤0.03％，S≤0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质。其室温组织为铁素体和珠光体，且珠光体的含量为20-30％。其室温抗拉强度为540-580MPa，伸长率在20％以上。通过采用传统常规的熔炼工艺方法，经配料熔炼，浇铸成型后，再经850-900℃正火和560-620℃回火处理得到。中国发明专利《多元低合金耐磨铸钢及其制备方法》(申请号CN201310271443.X，公开号CN103397278A，公开日2013.11.20)还公开了一种多元低合金耐磨铸钢，铸钢的化学成分及其质量百分比为：碳0.20-0.26、锰1.15-1.35、硅1.75-1.90、磷≤0.040、硫≤0.040、镍0.60-0.75、钒0.25-0.35、Mo0.03-0.05、Zn0.58-0.91、In0.2-0.3、As0.15-0.18、Sb0.05-0.06、Bi0.09-0.12，基质为铁。该发明具有较好的机械力学性能，以低价硅、锰为主要合金元素，可制造球磨机衬板、挖掘机斗齿等抗磨部件。中国发明专利《一种低合金高耐磨铸钢》(申请号CN201310040624.1，公开号CN103060705A，公开日2013.04.24)还公开了一种低合金高耐磨铸钢，包含以下组分：C：0.25-0.35wt.％；Si：0.9-1.6wt.％；Mn：0.3-1.8wt.％；Cr：0.7-1.0wt.％；Mo：0.15-0.3wt.％；Ti：0.05-0.35wt.％；Nb：0.01-0.05wt.％；V：0.05-0.25wt.％；RE：0.01-0.1wt.％；P、S≤0.03wt.％，其余为Fe和不可避免的杂质。该发明制备简单，并且具有良好的强韧性配合。