專利名稱：耐磨鋼、制造耐磨鋼的方法、以及由其制成的物品的制作方法
耐磨鋼、制造耐磨鋼的方法、以及由其制成的物品發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種耐磨鋼、并且更特別地涉及一種具有良好淬透性、良好可焊性、以及高韌度的耐磨鋼，并且涉及其制造方法。相關(guān)技術(shù)的說明用于制造多種工具的鋼必須具有高的耐磨蝕和耐磨損性以及高的韌度以便避免斷裂，這些工具是被用來對磨蝕材料進行提取、移動、以及加工的工具，這些磨蝕材料是諸如長途卡車車廂、推土機、斜槽、以及其他用于開采(煤炭、硬巖、金、銀、以及其他物質(zhì))、木材和紙、生物質(zhì)、采石、或者其他類似行業(yè)的材料處理設(shè)備的襯里。一般，耐磨蝕性和耐磨損性隨著硬度和淬透性的增加而增加，而韌度經(jīng)常隨著硬度和淬透性的增加而降低。因此,希望的是用于這些應(yīng)用的鋼具有高硬度和淬透性以及高韌度的組合。此類鋼一般包括顯著量值的合金元素諸如Cr、N1、S1、以及Al來實現(xiàn)高硬度和淬透性與良好韌度的組合，這會使得它們是昂貴的并且難以焊接。發(fā)明概述本發(fā)明是針對一種耐磨鋼、一種用于制造耐磨鋼板的方法，以及用其制造的物品。本發(fā)明的鋼的主要組成按重量％計為:0.20%-0.30%的碳、0.40%-1.25%的錳、最大為0.05% 的磷、最大為 0.01% 的硫、0.20%-0.60% 的硅、0.50%-1.70% 的鉻、0.20%-2.00% 的鎳、0.07%-0.60% 的鑰、0.022% 的-0.10% 的鈦、0.001%_0.10% 的硼、0.027%-0.10% 的鋁、余量的鐵以及附帶的雜質(zhì)。本發(fā)明的鋼板可以具有回火馬氏體的顯微結(jié)構(gòu)、至少440HBW表面硬度、至少為表面硬度的90%的中間厚度處硬度，以及在-60° F下為至少20ft-lbs并且在室溫下為至少40ft-lbs的橫向方向上的韌度。
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本發(fā)明的用于制造本發(fā)明耐磨鋼板的方法包括:熔化并且澆鑄出一個具有以上詳細說明的組成的鋼錠或厚板、將該鋼錠或厚板熱軋成具有希望厚度的板、將該板在1650° F-1700。F奧氏體化、將該板水淬、并且將該板在350° F_450° F下回火。附圖的簡要說明

圖1顯示了耐磨鋼和現(xiàn)有技術(shù)鋼的實驗室熔化的熔煉體(heat)的喬米尼(Jominy)淬透性曲線；圖2A顯示了實驗室生產(chǎn)的耐磨鋼板的縱向樣品的夏比(Charpy)沖擊能量；并且圖2B顯示了實驗室生產(chǎn)的耐磨鋼板的橫向樣品的夏比沖擊能量。優(yōu)選實施方式的說明本發(fā)明的耐磨鋼的主要組成按重量％計為:0.20%-0.30%的碳、0.40%-1.25%的錳、最大為 0.05% 的磷、最大為 0.01% 的硫、0.20%-0.60% 的硅、0.50%-1.70% 的鉻、0.20%-2.00%的鎳、0.07%-0.60% 的鑰、0.022% 的-0.10% 的鈦、0.001%_0.10% 的硼、0.027%-0.10% 的鋁、余量的鐵以及附帶的雜質(zhì)。它可以更窄地由以下各項組成(按重量％計):0.22%-0.26%的碳、0.70%-0.90%的錳、最大為0.025%的磷、最大為0.003%的硫、0.20%-0.40%的硅、0.80-1.00% 的鉻、0.40-0.60% 的鎳、0.07%_0.15% 的鑰、0.022%-0.04% 的鈦、0.001%_0.003%的硼、0.027%-0.06%的鋁、余量的鐵以及附帶的雜質(zhì)。并且正常地，該組合物的主要組成可以按重量％計為:0.24%的碳、0.80%的錳、最大為0.010%的磷、最大為0.003%的硫、0.25%的硅、0.90%的鉻、0.50%的鎳、0.10%的鑰、0.03%的鈦、0.0015%的硼、0.035%的鋁、余量的鐵以及附帶的雜質(zhì)。每種合金元素的范圍都經(jīng)過選擇以便實現(xiàn)必要的硬度和淬透性同時維持良好的可焊性。每種合金元素的下限必須是能實現(xiàn)希望的硬度，且上線是必須能確保良好的可焊性。另外，Cr+Mn+Mo可以最小等于1.4%和/或Ni+Si+Cr可以最小等于1.4%、和/或Cr+Si可以最小等于1%，以便確保實現(xiàn)必要的硬度和淬透性從而提供良好的耐磨性?？梢詫⑦@種鋼熔化并且澆鑄成鋼錠或板坯。在該熔化和澆鑄的過程中，可以根據(jù)本領(lǐng)域已知的常見方法將該鋼進行脫氧、脫硫、真空脫氣、并且針對硫化物形狀控制進行處理。脫硫和/或硫化物形狀控制可以用于減少大塊硫化物夾雜物的量值，該大塊硫化物夾雜物的量值會通過充當(dāng)裂紋成核點而加劇韌度的降低。然后可以將該鋼熱軋成I英寸或更小厚度的板?？梢岳脵M軋來改進橫向方向的韌度。在熱處理之前可以將該鋼板保持最小24小時以便允許來自該熔化和/或熱軋過程中的任何氫從該鋼板中脫氣?？梢詫⒃撲摪逶?650° F-1700° F進行奧氏體化(每英寸厚度持續(xù)最小30分鐘)、水淬、并且然后在350-450° F下回火(每英寸厚度最小I小時)以便形成回火馬氏體的顯微結(jié)構(gòu)。每英寸厚度的奧氏體化時間超過I小時可能導(dǎo)致晶粒生長和/或沖擊強度的損失，并且每英寸厚度的回火時間超過2小時可能導(dǎo)致有害的表面氧化。所得到的鋼板具有的表面硬度可以為至少440HBW，中間厚度處的硬度為表面硬度的至少90%，縱向屈服強度為1200MPa或者更大、縱向拉伸強度為1450MPa或者更大，并且橫向方向上的韌度在-60° F下為 至少20ft-lbs并且在室溫下為至少40ft-lbs。該鋼可以進一步具有為440HBW-514HBW的表面硬度。將三個鋼熔煉體(A、B、C)熔化在一個45kg (1001b)的真空感應(yīng)爐中。將每個熔煉體(heat)從頂部澆鑄到鐵質(zhì)模具中以便對每個熔煉體產(chǎn)生一個鋼錠，尺寸為約125mm乘125mm乘360mm (5x5x14英寸)。這三個鋼熔煉體具有的組成如表I中所示，其中熔煉體C表示本發(fā)明的鋼。表I
權(quán)利要求
1.一種耐磨鋼，其主要組成按重量％計為:0.20%-0.30%的碳、0.40%-1.25%的錳、最大為 0.05% 的磷、最大為 0.01% 的硫、0.20%-0.60% 的硅、0.50%-1.70% 的鉻、0.20%-2.00% 的鎳、0.07%-0.60% 的鑰、0.022%-0.10% 的鈦、0.001%_0.10% 的硼、0.027%-0.10% 的鋁、余量的鐵以及附帶的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨鋼，其中表面硬度為至少440HBW并且中間厚度處的硬度為該表面硬度的至少90%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨鋼，其中顯微結(jié)構(gòu)是回火馬氏體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨鋼，其中在橫向方向上的韌度在-60°F下為至少20ft-lbs并且在室溫下為至少40ft-lbs。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨鋼，其中該表面硬度是至少440HBW。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的耐磨鋼，其中該表面硬度是處于440HBW與514HBW之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨鋼，其主要組成按重量％計為:0.22%-0.26%的碳、0.70%-0.90%的錳、最大為0.025%的磷、最大為0.003%的硫、0.20%-0.40%的硅、0.80-1.00% 的鉻、0.40-0.60% 的鎳、0.07%_0.15% 的鑰、0.022%-0.04% 的鈦、0.001%_0.003%的硼、0.027%-0.06%的鋁、余量的鐵以及附帶的雜質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨鋼，其主要組成按重量％計為:0.24%的碳、0.80%的錳、最大為0.010%的磷、最大為0.003%的硫、0.25%的硅、0.90%的鉻、0.50%的鎳、0.10%的鑰、0.03%的鈦、0.0015%的硼、0.035%的鋁、余量的鐵以及附帶的雜質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨鋼，其中該鋼已經(jīng)在1650°F-1700° F下奧氏體化、水淬、并且在350° F-450。 F下回火。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨鋼,其中Cr+Mn+Mo最小為1.4%。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨鋼，其中Ni+Si+Cr最小為1.4%。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨鋼，其中Cr+Si最小為1%。
13.一種用于生產(chǎn)耐磨鋼板的方法，包括: a.熔化并燒鑄出一個鋼錠或者板還，該鋼錠或者板還的主要組成按重量％計為:0.20%-0.30% 的碳、0.40%-1.25% 的錳、最大為 0.05% 的磷、最大為 0.01% 的硫、0.20%_0.60%的娃、0.50%-1.70% 的鉻、0.20%-2.00% 的鎳、0.07%_0.60% 的鑰、0.022%-0.10% 的鈦、0.001%-0.10%的硼、0.027%-0.10%的鋁、余量的鐵以及附帶的雜質(zhì)； b.將該鋼錠或板坯熱軋至希望的厚度； c.將該板在1650°F-1700° F進行奧氏體化； d.將該板進行水淬；并且 e.在350°F-450。F下將該板進行回火。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中在該熔化和澆鑄步驟的過程中，將該鋼進行脫氧、脫硫、真空脫氣、針對硫化物形狀控制進行處理、或者進行它們的組合。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中在該熱軋步驟中使用了橫軋。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中顯微結(jié)構(gòu)是回火馬氏體。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中在橫向方向上的韌度在-60°F下為至少20ft-lbs并且在室溫下的為至少40ft-lbs。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中表面硬度為至少440HBW并且中間厚度處的硬度為該表面硬度的至少90%。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中該鋼的主要組成按重量％計為:0.22%-0.26%的碳、0.70%-0.90%的錳、最大為0.025%的磷、最大為0.003%的硫、0.20%-0.40%的硅、0.80-1.00% 的鉻、0.40-0.60% 的鎳、0.07%_0.15% 的鑰、0.022%-0.04% 的鈦、0.001%_0.003%的硼、0.027%-0.06%的鋁、余量的鐵以及附帶的雜質(zhì)。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中該鋼的主要組成按重量％計為:0.24%的碳、0.80%的錳、最大為0.010%的磷、最大為0.003%的硫、0.25%的硅、0.90%的鉻、0.50%的鎳、0.10%的鑰、0.03%的鈦、0.0015%的硼、0.035%的鋁、余量的鐵以及附帶的雜質(zhì)。
21.一種由權(quán)利要求1所述的耐磨鋼制成的耐磨物品。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的耐磨 物品，其中顯微結(jié)構(gòu)是回火馬氏體并且表面硬度是至少 440HBW。
全文摘要
一種耐磨鋼的主要組成按重量%計為0.20%-0.30%的碳、0.40%-1.25%的錳、最大為0.05%的磷、最大為0.01%的硫、0.20%-0.60%的硅、0.50%-1.70%的鉻、0.20%-2.00%的鎳、0.07%-0.60%的鉬、0.022%-0.10%的鈦、0.001%-0.10%的硼、0.027%-0.10%的鋁、余量的鐵以及附帶的雜質(zhì)。可以將該鋼熔化并且鑄成鋼錠或者板坯、熱軋至所希望的板厚度；在1650°F-1700°F下進行奧氏體化；水淬；并且在350°F-450°F下回火。所得到的鋼板具有的表面硬度可以為至少440HBW，中間厚度處的硬度為表面硬度的至少90%，并且橫向方向上的韌度在-60°F下為至少20ft-lbs并且在室溫下為至少40ft-lbs。
文檔編號C21D8/00GK103228807SQ201180056549
公開日2013年7月31日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者V·姆迪 申請人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司