[发明专利]一种含ZrO2纳米粒子强化耐磨钢及制备方法

说明书

本发明公开一种含ZrO₂纳米粒子强化耐磨钢及制备方法，其化学成分重量百分比含量为：C：0.2%~0.4%、Si：0.5%~1.2%、Mn：0.5%~1.5%、Cr：0.5%~1.2%、Mo：0.5%~1.5%、B：0.002%~0.006%、P<0.015%、S<0.005%，ZrO纳米粉添加量为0.1~0.5%，余量为Fe及不可避免杂质。本发明使耐磨钢具有优良耐磨性；本发明合金添加量较少，合金成本低，采用在线淬火热处理工艺，避免了离线热处理工艺带来的能源损耗，同时大幅缩短生产周期，降低生产成本。

技术领域

本发明属于机械工程用耐磨钢制造领域，具体指一种含ZrO₂纳米粒子强化耐磨钢及制备方法，涉及该耐磨钢板的成分设计及制备工艺。

背景技术

随着科学技术和现代工业的高速发展，机械设备的运转速度越来越高，受磨擦的零部件被磨损的速度也越来越快，其使用寿命越来越成为影响现代设备生产效率的重要因素。尽管材料磨损很少引起金属工件灾难性的危害，但其所造成的能源和材料消耗是十分惊人的。据统计，世界工业化发达的国家约30％的能源是以不同形式消耗在磨损上的。我国仅在冶金、矿山、电力、煤炭和农机部门，据不完全统计，每年由于工件磨损而造成的经济损失约400亿元人民币。目前耐磨钢在生产中通常冲击韧性较低且不稳定，从而导致复杂多样的冲击条件下钢板耐磨性差，易断裂失效的问题。

钢中内生的氧化物很难控制其尺寸及分布，利用外加法将纳米氧化物材料引入到钢铁的冶炼过程中，利用纳米粒子起到异质形核和第二相粒子的作用，在钢液凝固时提供大量形核质点促进奥氏体形核，同时外加纳米粒子能够起到钉扎晶界的作用，达到细化铸造组织晶粒的目的。在加工变形过程中，纳米氧化物的存在能够细化奥氏体再结晶晶粒，最终达到超细化耐磨钢组织，提高材料耐磨性和韧性的目的。

现有技术中低合金耐磨钢的生产主要通过淬火来提高钢板硬度，而淬火后钢板往往得到了较高的硬度，却得不到较好的冲击韧性。回火后，低温回火对韧性改善不明显，中温回火又会产生回火脆性，高温回火后冲击韧性会有明显提高但硬度又得不到保证。

有一种更好的思路是，开发集高强度与高塑性于一身的耐磨钢板。通过控制组织中纳米ZrO粒子的弥散分布和残余奥氏体分布及含量，最终产品的机械性能指标范围较宽，硬度为400～600HB，冲击韧性为20～100J/cm²，因此可根据耐磨零部件的应用工况条件，优化和选择合金钢的化学成分和机械性能，从而达到最经济合理的选用。

发明内容

本发明目的是提供了一种含ZrO₂纳米粒子强化耐磨钢及制备方法，该方法制造得到综合性能优良的马氏体耐磨钢，且该制造成本低，工艺简单，解决了马氏体耐磨钢韧性较差的问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种含ZrO₂纳米粒子强化耐磨钢，所述耐磨钢的化学成分质量百分比含量为：C：0.2％～0.4％、Si：0.5％～1.2％、Mn：0.5％～1.5％、Cr：0.5％～1.2％、Mo：0.5％～1.5％、B：0.002％～0.006％、P&lt;0.015％、S&lt;0.005％，ZrO纳米粉添加量为0.1～0.5％，余量为Fe及不可避免杂质。

再进一步地，所述ZrO₂纳米粒子粒径为15～50nm，纳米粒子经过与铁粉球磨混合，进行过表面改性处理，在冶炼过程中达到与钢液更好的润湿性。所述耐磨钢板厚度规格范围为5～15mm，屈服强度为1200～1500MPa，抗拉强度为1700～1950MPa，布氏硬度值为400～600HB，冲击韧性为20～100J/cm²。

本发明还提供一种含ZrO₂纳米粒子强化耐磨钢的制备方法，该高强度耐磨钢是由冶炼连铸、轧制、在线淬火和回火热处理工艺制造而成：