[发明专利]一种低硬度高耐磨钢及其热处理制备方法

说明书

本发明公开了一种低硬度高耐磨钢及其热处理制备方法，具体包括以下成分：C 0.1～0.3wt％、Mn 1.93wt％～2wt％、Si 1.59wt％～1.6wt％，余量为Fe以及不可避免的杂质。该热处理制备方法，包括：(1)奥氏体化；(2)两相区临界退火；(3)淬火；(4)配分。本发明针对QP钢从优化设计热处理调控微观组织的角度来提高其耐磨性能同时降低其硬度以改善其加工切削性能，即对两相区临界退火、淬火‑配分参数进行不同热处理，以获得最佳的铁素体+马氏体+残余奥氏体耐磨组织。经热处理调控后的QP钢具有低硬度高耐磨性能，满足当前工业界对高性能高抗磨损合金钢的需求。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及到一种低硬度高耐磨钢及其热处理制备方法。

背景技术

我国工业因摩擦磨损所造成的经济损失相当严重，对关键零部件的耐磨性及使用寿命提出了更高的要求，同时对于零部件的易加工性能亦提出了更高要求。因此，开展高性能、易加工及低成本合金研究，从而提高材料的耐磨性能及加工性能具有重要的意义。

QP钢(Q为Quenching，淬火；P为Partitioning，配分)因含有奥氏体相而具有TRIP(TRansformation Induced Phase)效应，可以很大程度上提高材料的强度、塑韧性匹配及良好的加工硬化能力，以及其优异的工艺成形性能和生产工艺简单、生产成本低，同时可降低材料组织本身的硬度，从而具有很大的潜力可应用于遭受摩擦磨损的工业应用中。但目前针对这QP钢的研究都主要在于通过优化合金成分以及热处理工艺来改善其力学性能，而对其增强耐磨性能的研究少有报道。

因此，如何通过热处理工艺提高材料的耐磨性能同时降低材料的本身硬度从而提高其加工性能，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种低硬度高耐磨钢及其热处理制备方法，可以通过热处理方法大幅度提高钢材的耐磨性能以及降低在极限载荷条件下钢材的磨损量，同时可降低材料的本身硬度。

为达上述目的，本发明提供了一种低硬度高耐磨钢，具体包括以下成分：C 0.1～0.3wt％、Mn 1.93wt％～2wt％、Si 1.59wt％～1.6wt％，余量为Fe以及不可避免的杂质。

采用上述方案的有益效果是：碳是奥氏体稳定化元素，在配分过程中过饱和马氏体中的碳可配分至奥氏体中，提高奥氏体中碳元素含量从而可以增加奥氏体的稳定性使其可在室温下保留。而奥氏体在磨损工况中由于摩擦应力的作用从表面逐渐被应力诱导发生马氏体相变(TRIP效应)，从而可以不断提高材料接触表面强度进而提高抗磨损性能；同时，与常规耐磨钢相比，QP钢中奥氏体的引入可以降低高硬度马氏体的含量，且其马氏体在配分过程中已处于贫碳，因此可以显著降低QP钢的硬度。Si主要用于抑制碳化物的析出，Mn主要用于扩大奥氏体区。

进一步地，具体包括以下成分：C 0.2wt％、Mn 2wt％、Si 1.6wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。

提供了一种低硬度高耐磨钢的热处理制备方法，包括以下步骤：

(1)奥氏体化

将钢材加热到Ac3以上，并保温5-20min，同时抽真空环境并通入氩气，其中真空度为0-100Pa；

(2)两相区临界退火

将奥氏体化的钢材以18-22℃/min的冷却速度冷却至两相区临界退火温度730-780℃，并保温1h；

(3)淬火

将步骤(2)处理过的钢材于盐浴炉中250-300℃温度条件下进行淬火处理3-7s，其中，盐浴炉中的盐由NaNO₂和KNO₃按重量比1-2:1组成；

(4)配分