一種高強韌耐磨鄂板用貝氏體鋼及其制備方法與流程

本發明涉及材料領域，尤其是低合金高強鋼領域，具體為一種高強韌耐磨鄂板用貝氏體鋼及其制備方法。本發明的制備方法，工藝簡單，易于操作，流程短，能夠滿足工業化大規模生產的需要。同時，本發明的高強韌貝氏體鋼能夠用于耐磨鄂板的制備，具有較好的效果。

背景技術：

作為廣泛使用的破碎機械，顎式破碎機在礦山、冶金、建材等行業中占有舉足輕重的作用，其使用效率高低受到業界的廣泛關注。而其使用效率的高低與其構成中的最主要易磨損零件—顎板的性能質量緊密相關。鄂板在使用過程中受到沖擊、擠壓、磨損等的綜合作用，服役工況惡劣，因此，要求其具有硬度、韌性和耐磨性等的優良綜合匹配。

目前顎式破碎機用鄂板基本上都是通過鑄造生產而成，所用材質包括高錳鋼、高鉻鑄鐵和中高碳低合金鋼等。

其中，高錳鋼鄂板具有良好的韌性和高應變硬化能力，但高錳鋼的初始硬度低(～hrc20)，其高應變硬化優勢需在足夠強度的外來沖擊條件下才能體現。而鄂板由于服役過程中受力復雜，在很多情況下其表層無法通過外來沖擊得到足夠硬化，表面易于受到流變和被切削，從而導致高錳鋼鄂板無法發揮出該種優勢，使用壽命不長。

而高鉻鑄鐵鄂板雖然硬度高，但韌性很差，沖擊功通常akv＜4j，很容易在使用過程中因物料沖擊或擠壓而產生開裂或直接破碎。近年來也有將高鉻鑄鐵鑲鑄于高錳鋼表面組成的復合鄂板，將高鉻鑄鐵的高耐磨性和高錳鋼的高韌性有機結合，大大延長了鄂板的使用壽命。但是，這種復合鄂板的制造工藝復雜、工藝要求嚴格、制造難度大，導致其使用受到了限制。

中高碳低合金鑄鋼鄂板具有良好的硬度與韌性匹配(hrc≥45，akv≥15j)，可抵抗物料的切削作用和物料反復擠壓引起的疲勞剝落，表現出良好的耐磨性能，得到了廣泛關注。但是，該類鄂板中常需加入昂貴的合金元素ni和mo，導致其合金成本和價格較高，使用受到限制。可見，開發成本低、生產工藝簡單，具有良好硬度與韌性匹配的高性價比材料成為了鄂板研發的一個重點方向。

申請號為201510730009.2，名稱為“一種中大型貝氏體鋼耐磨鑄件及其制備工藝”的專利，以廉價的c、si、mn、cr為主要合金元素，獲得了hrc＞45、akv＞20j的貝氏體鋼鑄件，其耐磨性能和性價比良好。但是，該專利涉及的鋼種多適用于制造尺寸中大型的貝氏體鋼鑄件，當用于大尺寸的顎式破碎機用鄂板時，由于鄂板的厚度高、體積大(≥800kg)，上述專利涉及的鋼種不具備足夠淬透性，無法保證鄂板充分的硬度層深，從而導致鄂板耐磨性較差。此外，由于鄂板尺寸和體積大，鋼液在澆注時凝固時間長，容易產生界面偏析等缺陷而不利于鄂板的韌性，容易產生裂紋(可通過添加ce元素，凈化晶界，減少界面偏析程度)。并且，上述專利中工件的淬火熱處理過程相對復雜(出爐空冷到低于800℃進行間隙式復合淬火至高于100℃，用高于180℃保溫爐保溫4h以上；或出爐空冷至650～750℃進行間隙式水淬至180℃出水，再入280℃保溫爐保溫4h以上)，針對大尺寸的鄂板而言操作難度較大。

因此，為解決目前顎式破碎機用鄂板研發過程中存在的缺陷與不足，本發明公開一種高強韌耐磨鄂板用貝氏體鋼及其制備方法。更具體地，本發明提供一種高強韌貝氏體鋼耐磨鄂板及其制備方法。

技術實現要素：

本發明的目的在于：針對現有的中大型貝氏體鋼耐鑄件用作大尺寸的顎式破碎機用鄂板時，存在耐磨性差、容易發生界面偏析的問題，提供一種高強韌耐磨鄂板用貝氏體鋼及其制備方法。本發明的目的之一在于提供一種耐磨性能優良的高強韌鄂板用貝氏體鋼，本發明的目的之二在于提供一種耐磨性能優良的高強韌鄂板用貝氏體鋼的制備方法。

本發明通過合適的成分和制備方法設計，最終獲得“貝氏體+馬氏體”復相組織，在保持高硬度的同時具有良好的韌性匹配。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種高強韌耐磨鄂板用貝氏體鋼，包括如下質量百分比的組分：c：0.20～0.40wt％；mn：1.50～2.80wt％；si：0.10～1.80wt％；cr：0.50～1.50wt％；p≤0.20wt％；s≤～0.020wt％；b：0.0001～0.0020％；其余為fe及不可避免的雜質元素。

還包括如下質量百分比的組分：ce：0.01～0.020wt％。

該貝氏體鋼的顯微組織主要為貝氏體、馬氏體混合組織。

本發明中，碳元素c：鋼中典型的強硬化元素，能同時提高鋼的強度和淬透性；錳元素mn：大大增加鋼種淬透性，顯著延緩高溫區珠光體型轉變，而對低溫區貝氏體轉變的影響較小，達一定含量時可將鋼種cct曲線的珠光體轉變區和貝氏體轉變區分離，另外，有固溶強化作用，增加鋼種強度和硬度；硅元素si：可抑制碳化物析出，使得顯微組織中容易產生部分韌性相對較好的殘余奧氏體，從而有利于鋼種韌性的提高；鉻元素cr：能提高鋼種的淬透性，同時具有固溶強化的作用；鈰元素ce：可起到明顯的界面凈化作用，有利于提高鋼種的斷裂抗力，增強韌性；硼元素b：強烈提高鋼種的淬透性，保證鋼種的淬硬層深度。

前述高強韌耐磨鄂板用貝氏體鋼的制備方法，包括如下步驟：

(1)準備工序

按質量百分比稱取原料，并進行冶煉，將冶煉后的熔液澆筑成鄂板坯件；

(2)熱處理工序

均勻熱處理：將步驟(1)所得鄂板坯件加熱至900-1050℃保溫后，隨爐冷卻至室溫，得到均勻熱處理后的鄂板坯件；

淬火處理：將均勻熱處理后的鄂板坯件加熱至850-900℃保溫3小時以內，然后出爐連續冷卻至室溫，得到淬火處理后的鄂板坯件；

回火處理：將淬火處理后的鄂板坯件進行180-350℃回火處理，回火保溫時間不低于3小時，將回火處理后的鄂板坯件經機械加工后，即得鄂板成品。

所述步驟(2)淬火中，連續冷卻方式為空冷、水冷、油冷、霧冷或風冷中的一種或多種。

針對前述問題，本發明提供一種高強韌耐磨鄂板用貝氏體鋼及其制備方法。本發明的鋼種在通用煉鋼和澆注設備上，采用常規工藝進行冶煉、鑄造和適當熱處理后，其抗拉強度rm＞1510mpa，hrc≥48，室溫沖擊韌性akv＞20j，具有高強度、高硬度和高韌性的良好匹配，表現出優良的耐磨性能。與現有機械用常規高錳鋼鄂板相比，采用本發明方法生產的貝氏體鋼耐磨鄂板，可提高鄂板的強韌性匹配，大幅度延長鄂板的使用壽命。

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是：

1)與現有高錳鋼鄂板相比，采用本發明的制備方法所生產的鄂板能大幅度增加鄂板初始表面硬度，并保持良好的韌性水平，從而大幅度提高鄂板的耐磨性能和使用壽命；

2)本發明所制備的貝氏體鋼鄂板抗拉強度rm＞1510mpa，hrc≥48，室溫沖擊韌性akv＞20j。

附圖說明

本發明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1為本發明方法制備的高強韌鄂板用貝氏體鋼的顯微組織結構圖。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

表1實施例制備的鄂板用貝氏體耐磨鑄鋼組分含量(質量百分數)

實施例1

本實施例制備866kg高強韌耐磨鄂板用貝氏體鋼，具體步驟如下。

1)按照表1配比，采用常規煉鋼工藝進行冶煉，然后澆鑄成鄂板坯件。

2)將步驟1)所得鄂板坯件加熱到950℃保溫后，隨爐冷卻至室溫。

3)將經過步驟2)處理后的鄂板坯件加熱到870℃保溫，保溫2.5小時；然后出爐，在空氣中連續冷卻到室溫。

4)將經過步驟3)處理后的鄂板坯件進行250℃回火處理，回火保溫3小時。

5)將經過上述步驟1)～4)處理后的鄂板坯件通過機械加工工序，獲得鄂板成品。

實施例2

本實施例制備1362kg高強韌耐磨鄂板用貝氏體鋼，具體步驟如下。

1)按照表1配比，采用常規煉鋼工藝進行冶煉，然后澆鑄成鄂板坯件。

2)將步驟1)所得鄂板坯件加熱到900℃保溫后，隨爐冷卻至室溫。

3)將經過步驟2)處理后的鄂板坯件加熱到850℃保溫，保溫2.5小時；然后出爐，吹風連續冷卻到室溫。。

4)將經過步驟3)處理后的鄂板坯件進行180℃回火處理，回火保溫3.5小時。

5)將經過上述步驟1)～4)處理后的鄂板坯件通過機械加工工序，獲得鄂板成品。

實施例3

本實施例制備1502kg高強韌耐磨鄂板用貝氏體鋼，具體步驟如下。

1)按照表1配比，采用常規煉鋼工藝進行冶煉，然后澆鑄成鄂板坯件。

2)將步驟1)所得鄂板坯件加熱到1050℃保溫后，隨爐冷卻至室溫。

3)將經過步驟2)處理后的鄂板坯件加熱到900℃保溫，保溫時間3.5小時；然后出爐噴霧卻到室溫。

4)將經過步驟3)處理后的鄂板坯件進行350℃回火處理，回火保溫時間6小時。

5)將經過上述步驟1)～4)處理后的鄂板坯件通過機械加工工序，獲得鄂板成品。

實施例4

本實施例制備1836kg高強韌耐磨鄂板用貝氏體鋼，具體步驟如下。

1)按照表1配比，采用常規煉鋼工藝進行冶煉，然后澆鑄成鄂板坯件。

2)將步驟1)所得鄂板坯件加熱到930℃保溫后，隨爐冷卻至室溫。

3)將經過步驟2)處理后的鄂板坯件加熱到880℃保溫，保溫3小時；然后出爐進入淬火油中連續冷卻到室溫。

4)將經過步驟3)處理后的鄂板坯件進行220℃回火處理，回火保溫5小時。

5)將經過上述步驟1)～4)處理后的鄂板坯件通過機械加工工序獲得鄂板成品。

實施例5

本實施例制備2012kg高強韌耐磨鄂板用貝氏體鋼，具體步驟如下。

1)按照表1配比，采用常規煉鋼工藝進行冶煉，然后澆鑄成鄂板坯件。

2)將步驟1)所得鄂板坯件加熱到1020℃保溫后，隨爐冷卻至室溫。

3)將經過步驟2)處理后的鄂板坯件加熱到875℃保溫，保溫3小時；然后出爐進入水中，連續冷卻到室溫。

4)將經過步驟3)處理后的鄂板坯件進行280℃回火處理，回火保溫5h。

5)將經過上述步驟1)～4)處理后的鄂板坯件通過機械加工工序，獲得鄂板成品。

對比例1

制備常規的質量為750kg的高錳鋼鄂板，其中鋼的各組分含量如表1所示，制備步驟如下：采用常規煉鋼工藝進行冶煉，然后澆鑄成鄂板坯件；對坯件以50-60(℃/h)的加熱速度加熱到1000℃，保溫時間3小時，然后進入水中冷卻到室溫；然后進行機械加工后獲得鄂板成品。

對比例2

制備質量為812kg的鄂板，其中鋼的各組分含量如表1中；制備步驟、反應參數同實施例5，區別在于，步驟4中回火溫度為320℃。

通過萬能拉伸試驗機，采用標準拉伸試樣，根據相關國家標準的規定，分別測定了本發明各實施例制備的高強韌鄂板用貝氏體鋼試樣的力學性能，測試結果如表2所示。針對實施例所生產鄂板的實際使用情況如表2所示，其中磨料主要為石英石，進口塊度直徑為200-400mm，出口破碎到小于40mm的小塊。

表2前述實施例制備的高強韌鄂板用貝氏體鋼的力學性能及耐磨性能

備注：表2中，相對耐磨性指各實施例的磨耗量相對于高錳鋼磨耗量的比值。

由表2可知，本發明的高強韌貝氏體鋼鄂板的抗拉強度＞1510mpa，硬度hrc≥48，常溫v型缺口沖擊功akv≥20j，與常規高錳鋼鄂板相比，相同工況條件下，其磨損量大幅度降低，使用壽命延長約一倍水平。因此，本發明的鄂板具有高強度、高韌性、高耐磨和使用壽命長的特點。

由圖1可知，本發明的高強韌貝氏體鄂板用鋼的顯微組織為貝氏體+馬氏體復相組織。

本發明并不局限于前述的具體實施方式。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。

顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定，對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之列。