專利名稱：一種用于煤機工況的低合金耐磨鑄鋼的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于煤機工況的低合金耐磨鑄鋼材料，屬于鑄鋼材料技術領域。
背景技術：
在礦山、煤炭行業中，鑄鋼件常被用作設備的關鍵部件。顎板、錘頭及襯板等耐受沖擊磨損的零件一般為高錳鋼鑄件，機架則多為碳鋼或低合金鋼鑄件。但煤機行業鑄鋼件同時表現出使用壽命短、設備更新頻繁的弱點。研究表明性能不足或磨損失效是其中重要原因。因此，必須從合金成分和熱處理工藝等方面尋找提高其綜合性能的途徑。對鑄件中合金元素含量進行控制和優化，是一種重要手段。鑄鋼件的性能除了取決于其化學成分、工藝質量要求外，還可以借助相應的熱處理方法來獲得優良的綜合性能，如正火、調質處理等。
發明內容
本發明的目的是提供一種用于煤機工況的低合金耐磨鑄鋼，增加鑄鋼件的綜合力學性能，提高其使用壽命。本發明的技術構思為通過開發一種含微合金化元素的改良型鑄鋼，來克服實際應用中ZG25MnM牌號鑄鋼綜合性能不足的缺點。改良鑄鋼通過合金強化作用以及細晶強化作用強化基體，實現綜合性能提高。本發明的目的是通過下述技術方案實現的。本發明一種用于煤機工況的低合金耐磨鑄鋼，其特征在于具有以下化學元素組成及其重量百分比
C 0. 25 0. 40% ； Si 0. 30 0. 90% ； Mn 1. 20 1. 70% ； P 彡 0. 05% ； S 彡 0. 05% ； Mo 0. 01 0. 30% ； Ni ^ 0. 1% ； Nb 0. 01 0. 04% ； Fe 余量。本發明一種制備上述的用于煤機工況的低合金耐磨鑄鋼的方法，其特征在于具有以下的制備過程和步驟將各配合料放入于工業電弧爐中進行熔煉，并澆注成鑄件，澆注溫度為1580-1600°C ；然后進行鑄件的后續熱處理，后續熱處理為900-950°C正火；最終得到低合金耐磨鑄鋼。該改良型鋼種中各主要成分的作用和功能如下所述
C元素是提高鋼的硬度和強度最為有效的元素，其固溶強化作用顯著，是保證鑄鋼達到所需硬度而必不可少的元素，但C含量過高會造成鋼中碳化物數量的增多，降低韌性。
Si元素也具有固溶強化作用，并且具有較好的脫氧作用，但Si含量過高則會降低鋼的韌性。Mn元素可以固溶于鐵素體中，也可以形成含Mn的合金滲碳體。同時Mn元素是擴大奧氏體相區、降低共析點C含量的元素。Mn的固溶強化作用可以提高鑄鋼的強度和硬度， 但Mn含量過高會對鑄件的鑄造性能和焊接性能產生不利影響。Mo元素有助于改善耐磨性，但Mo含量過高易形成硬質碳化物Mo2C而影響加工性能。Nb的主要作用是通過沉淀強化控制奧氏體晶粒尺寸而在一定程度上細化組織，改善鋼的韌性和抗疲勞性能，除此之外添加Nb元素會在鋼中形成高硬度的碳化物NbC，從而提高鋼的耐磨性。本發明由于采用了以上技術方案，使之與現有技術相比，具有以下優點和積極效果
本發明通過對合金化元素的優化和對合金元素含量的控制有效地提高了鑄鋼件的強度和硬度，并創新性地添加Nb元素，通過細晶強化作用和析出強化作用強化基體，從而獲得了高硬度鑄鋼，其硬度高達202466HBS。實驗試驗了改良型鑄鋼耐磨性明顯提高。本發明與傳統ZG25MnM相比，在貴金屬元素M用量減少的同時，在鋼綜合性能方面卻得到了明顯的優化，非常適合用作煤機工況鑄鋼結構件材料。
圖1為本發明實施例一中改良型鑄鋼成分范圍內隨溫度變化的相組成模擬計算圖。其成分為
，圖中各符號的含義為
圖2為為本發明中實施例二所得改良型鑄鋼成分范圍內隨溫度變化的相組成模擬計算圖。其成分為
，圖中個符號的含義為圖3為比較鑄鋼即ZG25MnNi的使用態金相顯微組織。圖4為本發明中改良型鑄鋼成分范圍內兩實施例顯微組織。
具體實施例方式下面對本發明的具體實施例進行詳細描述。實施例1
實施例1和比較例鑄件的化學成分質量百分比組成見表1 (表1中未列出的元素均作為非人為添加的殘余元素，其含量小于0. 09%)。將冶煉原料用工業電弧爐熔煉澆注成鑄件， 澆注溫度為1580°C。鑄件的后續熱處理為900°C正火。熱處理工藝參考JMatPro模擬軟件計算的實施例鑄件隨溫度變化的相組成結果如圖1所示。實施例1和比較例的力學性能見表2。表1.本發明實施例1改良型鑄鋼和比較例ZG25MnNi鋼化學元素組分
權利要求
1.一種用于煤機工況的低合金耐磨鑄鋼，其特征在于具有以下化學元素組成及其重量百分比C 0. 25 0. 40% ； Si 0. 30 0. 90% ； Mn 1. 20 1. 70% ； P 彡 0. 05% ； S 彡 0. 05% ； Mo 0. 01 0. 30% ； Ni ^ 0. 1% ； Nb 0. 01 0. 04% ； Fe 余量。
2.一種制備根據權利要求1所述的用于煤機工況的低合金耐磨鑄鋼的方法，其特征在于該方法的具體步驟為將各配合料放入于工業電弧爐中進行熔煉，并澆注成鑄件，澆注溫度為1580-1600°C ；然后進行鑄件的后續熱處理，后續熱處理為900-950°C正火；最終得到低合金耐磨鑄鋼。
全文摘要
本發明公開了一種用于煤機工況的低合金耐磨鑄鋼，其化學元素質量百分比組成為C0.25～0.40％，Si0.30～0.90％，Mn1.20～1.70％，P≤0.05％，S≤0.05％，Mo0.01～0.30％,Ni≤0.1％，Nb0.01～0.04%，余量為Fe和其他不可避免的雜質。本發明通過對合金化元素的優化和對合金元素含量的控制，在確保一定韌塑性的前提下，可顯著提高鑄鋼件的強度、硬度及耐磨性，并通過適量添加Nb元素，取得細晶強化和析出強化效果，從而強化了基體，獲得綜合力學性能優異的鑄鋼件材料。
文檔編號C22C38/12GK102154595SQ201110073118
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月25日 優先權日2011年3月25日
發明者戚飛鵬, 方靜, 楊弋濤, 馬志英 申請人:上海大學