[发明专利]一种中碳多元素低合金耐磨钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低合金耐磨钢，具体的涉及一种中碳多元素低合金耐磨钢及其制备方法。

背景技术

耐磨材料是一类较为特殊的材料，它多用于存在磨损的场合，如矿山机械、工程机械、粉末设备中与土砂、矿石、岩石、水泥等物料相互作用的机械零件。耐磨材料的工作环境非常复杂，有些耐磨材料需要在重载、冲击、腐蚀、粉尘、蒸汽、渣滓等恶劣工况条件下工作，常常用于矿山、机械、水电、煤炭、港口、冶金等场合，这些环境会造成耐磨材料的巨大损耗和能源浪费，这部分材料以钢铁基耐磨材料为主，在全部的耐磨材料中占有极大的比重。

低合金耐磨钢是一种常见的耐磨材料，其总的合金含量≤5%，碳含量一般在0.30%-0.50%之间，常常添加锰、硅、铬、镍、钼、钨等多种元素进行搭配，具有优良的强韧性、耐磨性和耐蚀性，具有很广阔的用途，是钢铁耐磨材料的一个热点。因为它所含合金元素少，且成本低廉，同时可搭配多种热处理工艺和表面处理工艺，如：渗碳、渗氮、渗金属（钒、硼）等，组成丰富的加工手段提高其力学性能。

在热轧状态下，低合金耐磨钢具有足够的强度和塑性，且易切削加工，因此常常直接用来制作小的机械零件，通过正火、调质、淬火等热处理工艺之后，性能进一步提高，可用于厚度或直径大于250mm的大型零件；在铸造状态中，在截面不大、形状和热处理条件相似的情况下，其力学性能和锻钢接近，强度和塑性介于锻钢纵向、横向的变动范围之内，且铸态时无各向异性，被应用在各个行业中。通过适当的工艺，可以充分挖掘和发挥这类材料的潜力，降低生产成本，提高企业经济效益，因此受到材料科学工作者的极大关注。

国内的低合金耐磨钢研究，以Si–Mn系为基础，加入Cr、Mo以及其它B、V、RE等细化晶粒的微量元素是较常用的方法。随着技术的发展，低合金钢的合金系统由成分简单的单一锰系、铬系、铬锰系到成分复杂的铬-锰-硅-钼-其他微量元素的多元复合系列，仝健民教授对国内常用的低合金耐磨铸钢进行了大量研究，总结了多种常用的低合金钢材料牌号。

实践证明，多元素低合金耐磨钢比单一元素的合金钢更加耐磨，在使用过程中，多种元素协同作用，可以有效地抵御裂纹的扩展。比如，Mo和V同时加入能够大大提高材料的淬透性能，这比单独加入Mo的效果更好，尽管前者总的百分含量少于后者，也会得到较高的淬透性能，从而可以对较大截面的工件进行淬火热处理，充分挖掘材料潜力，使之满足工况环境要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种硬度高、淬透性好、耐磨性强、综合性能优良的一种多元素低合金耐磨钢。

本发明可通过以下技术措施来实现：一种多元素低合金耐磨钢，包括下述质量百分比的元素：C0.39-0.44%，Cr1.8-2.1%，Si0.7-1.0%，Mn0.8-1.1%，Mo0.2-0.4%，V0.3-0.5%，Nb0.03-0.05%，Ti0.02-0.04%，B0.002-0.003%，Ce0.02-0.04%，P≤0.035%，S≤0.035%，余量为Fe和不可避免的杂质，以下就本发明中各个元素的作用做进一步的解释说明。

碳（C）：是最重要的固溶强化元素，对钢的硬度、韧性、耐磨性具有至关重要的影响；含碳量越高，硬度越高，但冲击韧性越低，使用时候容易断裂，含碳量越低，则韧性高，硬度低，不利于在耐磨工况下使用，综合考虑，含碳量控制在0.39-0.44%，属于中碳钢范畴，既兼顾了耐磨性，也考虑了冲击韧性。

铬（Cr）：是耐磨材料的基本元素之一，可以固溶强化基体，提高钢的淬透性、耐磨性和耐腐蚀性，铬可以使钢的珠光体转变和贝氏体转变分开，能与碳形成多种化合物(Fe,Cr)₃C，提高硬度和强度的同时不降低冲击韧度，具有较高的回火抵抗能力，含铬量控制在1.8-2.1%。

硅（Si）：是常见的合金元素之一，硅溶于铁素体之后，具有很强的固溶强化作用，同时显著提高钢的强度和硬度，提高钢的弹性极限、屈服极限和屈服比，增加钢的回火稳定性，随着硅含量的增加，碳化物的析出被抑制或延缓，易于形成贝氏体组织，含硅量控制在0.7-1.0%。

锰（Mn）：对钢的机械性能有着良好的影响，能提高钢的强度和硬度，同时不降低钢的塑性和韧性，能溶入铁素体，从而引起固溶强化，锰可以降低钢的临界转变温度，从而细化珠光体组织；锰还可以与钢液中的硫化合，形成MnS，从而消除S在钢中的有害影响，是很好的脱氧剂和脱硫剂，含锰量控制在0.8-1.1%。