專利名稱：：一種合金鋼及其熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種新型合金鋼及其熱處理方法。
背景技術(shù)：
：材料的磨損失效是工業(yè)領(lǐng)域中普遍存在的一種形式，在各種復(fù)雜的服役條件下，磨刷和沖擊會(huì)導(dǎo)致材料的快速磨損，縮短使用壽命。目前，國(guó)內(nèi)普遍使用的材料有兩種一種為高錳鋼，強(qiáng)度低、韌性好，由于工作過(guò)程的沖擊載荷小，其加工硬化作用有限，難以發(fā)揮出高錳鋼的潛力。另一種為普通合金鋼，合金成分以Cr、Mo、Ni為主，硬度高，耐磨性比高錳鋼好，但由于韌性差，存在著使用過(guò)程中易發(fā)生斷裂的危險(xiǎn)，限制了這種材料的大量使用。
發(fā)明內(nèi)容木發(fā)明的目的是提供一種硬度高，耐磨性好，韌性高的合金鋼及其熱處理方法。本發(fā)明的目的通過(guò)如下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)合金鋼按質(zhì)量百分比計(jì)，由以下元素組成C:0.2~0.3%，Si:0.4~0.6%，Mn:1.2~1.5%，Cr:0.80.9%，Ni:1.8~2.0%，Mo:0.2~0.4%，RE:0.01~0.1%，Nb:0.03~0.06%，B:0.0020.004%，P<0.04%，S<0.04%，余量為Fe。將合金鋼按100。C/h的速度，升溫到930950。C，保溫4小時(shí)后爐冷到250°C;再按10(TC/h的速度，升溫到90092(TC，保溫4小時(shí)后，水溫為2045。C水冷或空冷；再加熱至溫度25030(TC后，爐冷。C是影響合金鋼硬度和韌性的主要元素，碳量高，則碳化物數(shù)量多，合金鋼的硬度高，但韌性降低，在使用中易破碎；而碳量低，則韌性較高，但碳化物數(shù)量減少，硬度降低，不利于磨損，因此碳的含量控制在0.20.3%比較適宜。Si是改善碳化物結(jié)構(gòu)和形態(tài)的主要元素，Si量高有助于共晶碳化物呈高硬度的MC型結(jié)構(gòu)，有助于改善碳化物形態(tài)，但過(guò)高的含Si量將降低韌性，因此Si含量選擇在0.40.6y。之間。Mn的主要作用是細(xì)化金屬基體，但過(guò)高的Mn含量將使鑄鋼組織中出現(xiàn)奧氏體，不利于抗沖擊磨損，因此Mn含量選擇在1.21.5e/。比較適宜。Cr量高，易形成M3C7型碳化物，有利于提高其耐磨性，但過(guò)高的Cr量會(huì)使鑄鋼的韌性降低，且生產(chǎn)成本過(guò)高，因此0"含量控制在0.8~0.9%。Ni主要溶入基體，能強(qiáng)烈穩(wěn)定奧氏體，提高鑄鋼的淬透性而不降低其韌性，并能提高鑄鋼抗腐蝕疲勞的能力，因此Ni含量控制在1.82.0n/。。Mo的主要作用是細(xì)化組織，提高基體的強(qiáng)度和韌性，增加鋼的淬透性，故Mo含量控制在0.20.4。/。比較適宜。RE(稀土金屬)既能脫氧、脫硫，控制夾雜物的形態(tài)、大小和分布，又能細(xì)化材料的晶粒，改善碳化物形態(tài)和分布，促使碳化物呈孤立狀均勻分布，顯著減少夾雜物，提高冶金質(zhì)量，從而提高了材料的抗磨性能。但過(guò)量的RE將惡化材料質(zhì)量，降低韌性，因此，虹的含量控制在0.01~0.1%之間。Nb、B的主要作業(yè)是細(xì)化組織，所以Nb選擇在0.030.06。/。，B選擇在0.002~0.004%。本發(fā)明采用不同熱處理方法，使用水冷的方法，水溫為20~45°C，能使硬度達(dá)到HRC45以上，具有高的耐磨性。使用空冷的方法，硬度HRC為3032，沖擊韌性O(shè)Lk達(dá)到39J/cn^以上。不同合金鋼成分、硬度和韌性的比較見(jiàn)表l。將實(shí)施例1與普通合金鋼和高錳鋼在高應(yīng)力動(dòng)載磨料磨損試驗(yàn)機(jī)MLD-10做石英砂干磨實(shí)驗(yàn)，實(shí)施例1合金鋼與普通合金鋼和高錳鋼的抗磨倍率分別為1.21、1.15和1.0。采用本發(fā)明的合金鋼及其熱處理方法，使硬度和耐磨性獲得合理的匹配，同時(shí)具有良好的抗磨損性能和耐沖擊性能。可以在工件的不同部位獲得性能差異的組織，使承受主要沖擊載荷的部位具有較好的韌性，使承受主要磨損的部位具有較好的硬度抵抗磨損。與目前普遍應(yīng)用的普通合金鋼或高錳鋼類相比，在保證韌性的同時(shí)提高了耐磨性。本發(fā)明的合金鋼及其熱處理方法適用于工程機(jī)械及航道疏浚工況下的鏟齒類等產(chǎn)品。圖1為實(shí)施例1的水冷金相顯微組織。圖2為實(shí)施例1的空冷金相顯微組織。具體實(shí)施例方式按上述質(zhì)量百分比，將各組分加入到爐中熔化，待鋼液達(dá)到160(TC時(shí)用Si-Ca粉還原，并保持10分鐘，160(TC出爐澆注，用水玻璃強(qiáng)化砂型鑄造，制備試樣。實(shí)施例1各組分質(zhì)量百分比為C:0.27，Si:0.46，Mn:1.4，Cr:0.88，Ni丄92，Mo:0.25，RE:0.083，Nb:0.053，B:0.003，P:0.026，S:0.013。實(shí)施例2各組分質(zhì)量百分比為C:0.29，Si:0.50，Mn:1.5，Cr:0.83，Ni:1.89，Mo:0.23，RE:0.086，Nb:0.048，B:0.003，P:0.026，S:0.016。實(shí)施例3將實(shí)施例l的合金鋼澆注成鑄態(tài)試樣，按10(TC/h速度升溫到935"C，保溫4小時(shí)后，爐冷到250。C出爐；再按10(TC/h速度升溫到905。C，保溫4小時(shí)，水溫為30士3。C水冷，再回火，溫度28(TC，爐冷測(cè)定HRC為48;測(cè)定采取空冷的試樣，硬度HRC為32，沖擊韌性(Xk達(dá)到42J/cm2。實(shí)施例4將實(shí)施例2的合金鋼澆注成鑄態(tài)試樣，按10(TC/h速度升溫到94(TC，保溫4小時(shí)后，爐冷到250。C出爐；再按100。C/h速度升溫至IJ91(TC，保溫4小時(shí)，水溫為32士3。C水冷，再回火，溫度28(TC，爐冷測(cè)定HRC為47J;測(cè)定采取空冷的試樣，硬度HRC為31.5，沖擊韌性(Xk達(dá)到43J/cm2。5<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1.一種合金鋼，其特征是合金鋼按質(zhì)量百分比計(jì)，由以下元素組成C0.2～0.3％，Si0.4～0.6％，Mn1.2～1.5％，Cr0.8～0.9％，Ni1.8～2.0％，Mo0.2～0.4％，RE0.01～0.1％，Nb0.03～0.06％，B0.002～0.004％，P＜0.04％，S＜0.04％，余量為Fe。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的合金鋼的熱處理方法，其特征是將合金鋼按10(TC/h的速度，升溫到930950。C，保溫4小時(shí)后爐冷到250'C;再按10(TC/h的速度，升溫到90092(TC，保溫4小時(shí)后，水溫為2045'C水冷或空冷；再加熱至溫度25030(TC后，爐冷。全文摘要本發(fā)明涉及一種合金鋼及其熱處理方法。其特征是合金鋼按質(zhì)量百分比計(jì)，由以下元素組成C0.2～0.3％，Si0.4～0.6％，Mn1.2～1.5％，Cr0.8～0.9％，Ni1.8～2.0％，Mo0.2～0.4％，RE0.01～0.1％，Nb0.03～0.06％，B0.002～0.004％，P＜0.04％，S＜0.04％，余量為Fe。其熱處理方法的特征是將合金鋼按100℃/h的速度，升溫到930～950℃，保溫4小時(shí)后爐冷到250℃；再按100℃/h的速度，升溫到900～920℃，保溫4小時(shí)后，水溫為20～45℃水冷或空冷；再加熱至溫度250～300℃后，爐冷。采用本發(fā)明的合金鋼及其熱處理方法，使硬度和耐磨性獲得合理的匹配，同時(shí)具有良好的抗磨損性能和耐沖擊性能。與目前普遍應(yīng)用的普通合金鋼或高錳鋼類相比，在保證韌性的同時(shí)提高了耐磨性。本發(fā)明的合金鋼及其熱處理方法適用于工程機(jī)械及航道疏浚工況下的鏟齒類等產(chǎn)品。文檔編號(hào)C22C38/54GK101555573SQ200910038840公開日2009年10月14日申請(qǐng)日期2009年4月21日優(yōu)先權(quán)日2009年4月21日發(fā)明者登農(nóng),會(huì)張,峰張,戚文軍,林李,王海艷,蘇志輝,趙四勇,鄭開宏,鄭飛燕,雷運(yùn)生,勇黃申請(qǐng)人:廣州有色金屬研究院