本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，尤其是低合金高強(qiáng)鋼領(lǐng)域，具體為一種高強(qiáng)韌耐磨鄂板用貝氏體鋼及其制備方法。本發(fā)明的制備方法，工藝簡(jiǎn)單，易于操作，流程短，能夠滿(mǎn)足工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的需要。同時(shí)，本發(fā)明的高強(qiáng)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(shù)：

作為廣泛使用的破碎機(jī)械，顎式破碎機(jī)在礦山、冶金、建材等行業(yè)中占有舉足輕重的作用，其使用效率高低受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。而其使用效率的高低與其構(gòu)成中的最主要易磨損零件—顎板的性能質(zhì)量緊密相關(guān)。鄂板在使用過(guò)程中受到?jīng)_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(yōu)良綜合匹配。

目前顎式破碎機(jī)用鄂板基本上都是通過(guò)鑄造生產(chǎn)而成，所用材質(zhì)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(yīng)變硬化能力，但高錳鋼的初始硬度低(～hrc20)，其高應(yīng)變硬化優(yōu)勢(shì)需在足夠強(qiáng)度的外來(lái)沖擊條件下才能體現(xiàn)。而鄂板由于服役過(guò)程中受力復(fù)雜，在很多情況下其表層無(wú)法通過(guò)外來(lái)沖擊得到足夠硬化，表面易于受到流變和被切削，從而導(dǎo)致高錳鋼鄂板無(wú)法發(fā)揮出該種優(yōu)勢(shì)，使用壽命不長(zhǎng)。

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(guò)程中因物料沖擊或擠壓而產(chǎn)生開(kāi)裂或直接破碎。近年來(lái)也有將高鉻鑄鐵鑲鑄于高錳鋼表面組成的復(fù)合鄂板，將高鉻鑄鐵的高耐磨性和高錳鋼的高韌性有機(jī)結(jié)合，大大延長(zhǎng)了鄂板的使用壽命。但是，這種復(fù)合鄂板的制造工藝復(fù)雜、工藝要求嚴(yán)格、制造難度大，導(dǎo)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(fù)擠壓引起的疲勞剝落，表現(xiàn)出良好的耐磨性能，得到了廣泛關(guān)注。但是，該類(lèi)鄂板中常需加入昂貴的合金元素ni和mo，導(dǎo)致其合金成本和價(jià)格較高，使用受到限制?？梢?jiàn)，開(kāi)發(fā)成本低、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，具有良好硬度與韌性匹配的高性?xún)r(jià)比材料成為了鄂板研發(fā)的一個(gè)重點(diǎn)方向。

申請(qǐng)?zhí)枮?01510730009.2，名稱(chēng)為“一種中大型貝氏體鋼耐磨鑄件及其制備工藝”的專(zhuān)利，以廉價(jià)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?xún)r(jià)比良好。但是，該專(zhuān)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(dāng)用于大尺寸的顎式破碎機(jī)用鄂板時(shí)，由于鄂板的厚度高、體積大(≥800kg)，上述專(zhuān)利涉及的鋼種不具備足夠淬透性，無(wú)法保證鄂板充分的硬度層深，從而導(dǎo)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(shí)凝固時(shí)間長(zhǎng)，容易產(chǎn)生界面偏析等缺陷而不利于鄂板的韌性，容易產(chǎn)生裂紋(可通過(guò)添加ce元素，凈化晶界，減少界面偏析程度)。并且，上述專(zhuān)利中工件的淬火熱處理過(guò)程相對(duì)復(fù)雜(出爐空冷到低于800℃進(jìn)行間隙式復(fù)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(jìn)行間隙式水淬至180℃出水，再入280℃保溫爐保溫4h以上)，針對(duì)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(jī)用鄂板研發(fā)過(guò)程中存在的缺陷與不足，本發(fā)明公開(kāi)一種高強(qiáng)韌耐磨鄂板用貝氏體鋼及其制備方法。更具體地，本發(fā)明提供一種高強(qiáng)韌貝氏體鋼耐磨鄂板及其制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：針對(duì)現(xiàn)有的中大型貝氏體鋼耐鑄件用作大尺寸的顎式破碎機(jī)用鄂板時(shí)，存在耐磨性差、容易發(fā)生界面偏析的問(wèn)題，提供一種高強(qiáng)韌耐磨鄂板用貝氏體鋼及其制備方法。本發(fā)明的目的之一在于提供一種耐磨性能優(yōu)良的高強(qiáng)韌鄂板用貝氏體鋼，本發(fā)明的目的之二在于提供一種耐磨性能優(yōu)良的高強(qiáng)韌鄂板用貝氏體鋼的制備方法。

本發(fā)明通過(guò)合適的成分和制備方法設(shè)計(jì)，最終獲得“貝氏體+馬氏體”復(fù)相組織，在保持高硬度的同時(shí)具有良好的韌性匹配。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種高強(qiáng)韌耐磨鄂板用貝氏體鋼，包括如下質(zhì)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(zhì)元素。

還包括如下質(zhì)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(fā)明中，碳元素c：鋼中典型的強(qiáng)硬化元素，能同時(shí)提高鋼的強(qiáng)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(qū)珠光體型轉(zhuǎn)變，而對(duì)低溫區(qū)貝氏體轉(zhuǎn)變的影響較小，達(dá)一定含量時(shí)可將鋼種cct曲線的珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)和貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)分離，另外，有固溶強(qiáng)化作用，增加鋼種強(qiáng)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(chǎn)生部分韌性相對(duì)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(shí)具有固溶強(qiáng)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(qiáng)韌性；硼元素b：強(qiáng)烈提高鋼種的淬透性，保證鋼種的淬硬層深度。

前述高強(qiáng)韌耐磨鄂板用貝氏體鋼的制備方法，包括如下步驟：

(1)準(zhǔn)備工序

按質(zhì)量百分比稱(chēng)取原料，并進(jìn)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(shí)以?xún)?nèi)，然后出爐連續(xù)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(jìn)行180-350℃回火處理，回火保溫時(shí)間不低于3小時(shí)，將回火處理后的鄂板坯件經(jīng)機(jī)械加工后，即得鄂板成品。

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

針對(duì)前述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種高強(qiáng)韌耐磨鄂板用貝氏體鋼及其制備方法。本發(fā)明的鋼種在通用煉鋼和澆注設(shè)備上，采用常規(guī)工藝進(jìn)行冶煉、鑄造和適當(dāng)熱處理后，其抗拉強(qiáng)度rm＞1510mpa，hrc≥48，室溫沖擊韌性akv＞20j，具有高強(qiáng)度、高硬度和高韌性的良好匹配，表現(xiàn)出優(yōu)良的耐磨性能。與現(xiàn)有機(jī)械用常規(guī)高錳鋼鄂板相比，采用本發(fā)明方法生產(chǎn)的貝氏體鋼耐磨鄂板，可提高鄂板的強(qiáng)韌性匹配，大幅度延長(zhǎng)鄂板的使用壽命。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

1)與現(xiàn)有高錳鋼鄂板相比，采用本發(fā)明的制備方法所生產(chǎn)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(fā)明所制備的貝氏體鋼鄂板抗拉強(qiáng)度rm＞1510mpa，hrc≥48，室溫沖擊韌性akv＞20j。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明將通過(guò)例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中：

圖1為本發(fā)明方法制備的高強(qiáng)韌鄂板用貝氏體鋼的顯微組織結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)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(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類(lèi)似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類(lèi)似特征中的一個(gè)例子而已。

表1實(shí)施例制備的鄂板用貝氏體耐磨鑄鋼組分含量(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))

實(shí)施例1

本實(shí)施例制備866kg高強(qiáng)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(guī)煉鋼工藝進(jìn)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(jīng)過(guò)步驟2)處理后的鄂板坯件加熱到870℃保溫，保溫2.5小時(shí)；然后出爐，在空氣中連續(xù)冷卻到室溫。

4)將經(jīng)過(guò)步驟3)處理后的鄂板坯件進(jìn)行250℃回火處理，回火保溫3小時(shí)。

5)將經(jīng)過(guò)上述步驟1)～4)處理后的鄂板坯件通過(guò)機(jī)械加工工序，獲得鄂板成品。

實(shí)施例2

本實(shí)施例制備1362kg高強(qiáng)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(guī)煉鋼工藝進(jìn)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(jīng)過(guò)步驟2)處理后的鄂板坯件加熱到850℃保溫，保溫2.5小時(shí)；然后出爐，吹風(fēng)連續(xù)冷卻到室溫。。

4)將經(jīng)過(guò)步驟3)處理后的鄂板坯件進(jìn)行180℃回火處理，回火保溫3.5小時(shí)。

5)將經(jīng)過(guò)上述步驟1)～4)處理后的鄂板坯件通過(guò)機(jī)械加工工序，獲得鄂板成品。

實(shí)施例3

本實(shí)施例制備1502kg高強(qiáng)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(guī)煉鋼工藝進(jìn)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(jīng)過(guò)步驟2)處理后的鄂板坯件加熱到900℃保溫，保溫時(shí)間3.5小時(shí)；然后出爐噴霧卻到室溫。

4)將經(jīng)過(guò)步驟3)處理后的鄂板坯件進(jìn)行350℃回火處理，回火保溫時(shí)間6小時(shí)。

5)將經(jīng)過(guò)上述步驟1)～4)處理后的鄂板坯件通過(guò)機(jī)械加工工序，獲得鄂板成品。

實(shí)施例4

本實(shí)施例制備1836kg高強(qiáng)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(guī)煉鋼工藝進(jìn)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(jīng)過(guò)步驟2)處理后的鄂板坯件加熱到880℃保溫，保溫3小時(shí)；然后出爐進(jìn)入淬火油中連續(xù)冷卻到室溫。

4)將經(jīng)過(guò)步驟3)處理后的鄂板坯件進(jìn)行220℃回火處理，回火保溫5小時(shí)。

5)將經(jīng)過(guò)上述步驟1)～4)處理后的鄂板坯件通過(guò)機(jī)械加工工序獲得鄂板成品。

實(shí)施例5

本實(shí)施例制備2012kg高強(qiáng)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(guī)煉鋼工藝進(jìn)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(jīng)過(guò)步驟2)處理后的鄂板坯件加熱到875℃保溫，保溫3小時(shí)；然后出爐進(jìn)入水中，連續(xù)冷卻到室溫。

4)將經(jīng)過(guò)步驟3)處理后的鄂板坯件進(jìn)行280℃回火處理，回火保溫5h。

5)將經(jīng)過(guò)上述步驟1)～4)處理后的鄂板坯件通過(guò)機(jī)械加工工序，獲得鄂板成品。

對(duì)比例1

制備常規(guī)的質(zhì)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(guī)煉鋼工藝進(jìn)行冶煉，然后澆鑄成鄂板坯件；對(duì)坯件以50-60(℃/h)的加熱速度加熱到1000℃，保溫時(shí)間3小時(shí)，然后進(jìn)入水中冷卻到室溫；然后進(jìn)行機(jī)械加工后獲得鄂板成品。

對(duì)比例2

制備質(zhì)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(yīng)參數(shù)同實(shí)施例5，區(qū)別在于，步驟4中回火溫度為320℃。

通過(guò)萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)，采用標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，根據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，分別測(cè)定了本發(fā)明各實(shí)施例制備的高強(qiáng)韌鄂板用貝氏體鋼試樣的力學(xué)性能，測(cè)試結(jié)果如表2所示。針對(duì)實(shí)施例所生產(chǎn)鄂板的實(shí)際使用情況如表2所示，其中磨料主要為石英石，進(jìn)口塊度直徑為200-400mm，出口破碎到小于40mm的小塊。

表2前述實(shí)施例制備的高強(qiáng)韌鄂板用貝氏體鋼的力學(xué)性能及耐磨性能

備注：表2中，相對(duì)耐磨性指各實(shí)施例的磨耗量相對(duì)于高錳鋼磨耗量的比值。

由表2可知，本發(fā)明的高強(qiáng)韌貝氏體鋼鄂板的抗拉強(qiáng)度＞1510mpa，硬度hrc≥48，常溫v型缺口沖擊功akv≥20j，與常規(guī)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(zhǎng)約一倍水平。因此，本發(fā)明的鄂板具有高強(qiáng)度、高韌性、高耐磨和使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。

由圖1可知，本發(fā)明的高強(qiáng)韌貝氏體鄂板用鋼的顯微組織為貝氏體+馬氏體復(fù)相組織。

本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書(shū)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(guò)程的步驟或任何新的組合。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。