[发明专利]一种马氏体系列耐磨钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于耐磨钢技术领域，特别是提供了一种马氏体系列耐磨钢及其制备方法，是一种易生产、低成本、高性能的经济型马氏体系列耐磨钢。适用于属于矿山、能源、交通、农机、工程机械等行业用耐磨材料技术领域。

背景技术

耐磨钢是耐磨材料中极为重要的组成。它被广泛用于矿山机械、煤炭采运、工程机械、农业机械、建材、电力机械、铁路运输等部门。例如，球磨机的钢球、衬板、挖掘机的斗齿、铲斗，各种破碎机的轧臼壁、齿板、锤头，拖拉机和坦克的履带板、风扇磨机的打击板，铁路辙叉，煤矿刮板输送机用的中部槽中板、槽帮、圆环链，推土机用铲刀、铲齿，大型电动轮车斗用衬板，石油和露天铁矿穿孔用牙轮钻头等等。根据不完全统计，能源的1/3到1/2消耗于摩擦与磨损，因而开发低成本高性能耐磨材料具有重要的社会和经济意义。

近几十年来，低、中合金马氏体组织耐磨钢得到了长足的发展和应用。这些钢的基本化学成分为提高淬透性的C、Mn、Cr、Mo和提高韧性的Ni等合金元素，利用控轧控冷技术（TMCP）和后续的淬火和回火（大多调制处理）生产出具有较好的耐磨性和韧性的耐磨钢材。为了适应矿山采运机械与工程机械发展，市场对耐磨钢的硬度的要求也越来越高。目前国外已经形成硬度从350HB级别到650HB级别，甚至700HB超高硬度级别的系列化和标准化的耐磨钢。但是必须注意到目前国内外马氏体耐磨钢的生产工艺较为复杂，过程控制比较困难，不仅需要利用调质处理和快速淬火机来获得均匀的耐磨性能，而且需要添加Ni和Mo等贵金属元素来提高钢的韧性和耐磨性。

目前耐磨板的国外大型钢铁公司已经成功生产各种级别的优质耐磨钢。其主流产品已成为450HB和500HB的产品， 550到700HB在也成功生产并获得广泛使用。虽然我国近年来对国外进口的耐磨钢进行了研发，但整体水平与国外仍有明显的差距。比如国内耐磨钢多为360HB和400HB级别的低端产品，其最高硬度不超过450HB；高性能的耐磨钢(450HB以上)生产技术及国产化仍是空白。这主要由于国内企业还没有掌握高级别耐磨钢生产核心技术，比如钢板淬火设备参数和冷却控制等，无法获得高硬度和高韧性的耐磨板。同时国内耐磨产品质量差，比如冷弯、平直度、焊接性能、耐磨性能较进口产品有较大差距。为了马氏体耐磨钢生产工艺简单易于操作，提高我国耐磨钢品质，降低其生产成本，有必要进行新型的合金化设计，改变传统马氏体钢的缺点需要

目前国内外高端马氏体耐磨钢有两大缺点，一是钢的淬透性和淬硬性不高，对淬火工艺和设备要求非常高。二是淬火组织不易于均匀，从而导致耐磨钢的性能均匀性难以控制，因而大多数传统马氏体耐磨钢需要调质处理来提高耐磨钢组织结构与性能的均匀性。

发明内容

发明内容

本发明的目的在于提供一种马氏体系列耐磨钢及其制备方法，克服了淬透性和淬硬性不高，淬火组织不易于均匀等问题。

本发明提出在一定碳含量(0.05-0.50%)的基础上通过添加Mn（2-10%）和控制Mn/C不小于9，从而极大提高了耐磨钢的淬透性和淬硬性获得一种高韧性的新型马氏体耐磨钢如图1所示，在冷却速度从1000^OC/min降到1℃/min的冷速范围内。本发明钢的硬度变化仅仅不到10%，远远低于现有耐磨钢的硬度降低60%的结果如图1所示。因此本发明钢生产不仅大大降低了对淬火设备的要求，而且由于冷速的降低而可以保证耐磨钢的优良的结构和性能的均一性，得到了均一的马氏体或贝氏体组织，保证耐磨板具有良好的板型。如图2所示的本发明的马氏体均匀组织，同时保持了良好的耐磨钢的板型。该耐磨钢可以通过模铸/连铸进行铸造、通过热轧热锻进行热变形处理，及低温回火进行韧性提高等简单工艺进行生产，适合在现有工业设备上进行大规模工业生产。另外可以回火，实现马氏体基体上析出高硬度的细小碳化物颗粒，进一步提高钢的硬度和耐磨性能。正是由于本发明钢的优异的淬透性能，该钢还可以用来制备高强均质的特厚板，其厚度范围可以达到米的量级，这是目前发现的现有的最适合制备特厚板的化学成分组合。

本发明耐磨钢还可以用到一些精密部件的场合，比如轴和齿轮等，提高部件的耐磨性和寿命。本发明所阐述的耐磨钢技术与现有马氏体耐磨钢技术相比，具有高的耐磨性能、低的生产成本，不需要国外现有耐磨钢生产所要求的高端生产设备，因而易于大规模工业化生产。既可以通过模铸、电炉或转炉冶炼生产的，也可以通过热轧生产，不需要传统马氏体耐磨钢的控轧控冷技术和调质处理。