CN102383066B - 一种耐磨铸钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种耐磨铸钢及其制备方法，属于铸造技术领域。其化学成分是：1.60～1.80C，3.5～4.0Ti，1.65～1.85Si，Mn＜0.8，0.4～0.6Cu，0.003～0.006B，0.015～0.030Zr，0.03～0.10Te，0.04～0.08Ce，0.015～0.040Mg，0.12～0.15Al，S＜0.04，P＜0.05，余量为Fe和不可避免的微量杂质，总和为100％，且C％＝0.25×Ti％+(0.70～0.85)。本发明利用电炉便可生产，采用等温淬火处理。因含有高硬度的TiC颗粒和奥-贝基体，具有强度和硬度高、韧性和耐磨性好等特点，可以显著抗磨部件寿命。
Description
技术领域
本发明为一种铸钢及其制备方法，特别涉及一种耐磨铸钢及其制备方法，属于铸造技术领域。
背景技术
磨损是零部件失效的一种基本类型。通常意义上来讲，磨损是指零部件几何尺寸(体积)变小。零部件失去原有设计所规定的功能称为失效。失效包括完全丧失原定功能、功能降低和有严重损伤或隐患，继续使用会失去可靠性及安全性。国内外的金属耐磨材料不仅消耗量巨大而且其耐磨性的高低不仅影响到部件的使用寿命，还会由于部件磨损更换影响到设备甚至整条生产线的停机检修时间和次数，导致设备或生产线生产效率降低、工人劳动强度增加。调查显示2006年全国消耗在摩擦、磨损和润滑方面的资金为9500亿元(中国工程院咨询研究项目：摩擦学科学及工程应用现状与发展战略研究，高等教育出版社，2009年3月)。因此，提高耐磨材料的使用寿命对于这些行业节能、降耗、提高生产效率具有重要的意义。
为了提高金属材料的耐磨性，俄罗斯专利RU2288294-C2公开了一种耐磨铸钢，其主要化学成分为：0.80-0.95％C，0.20-0.40％Si，8.50-10.0％Mn，0.50-0.85％Ni，0.10-0.30％W，0.025-0.045％N，0.05-0.10％V，0.10-0.30％Mo，＜0.07％P，＜0.012％S，Fe余量。俄罗斯专利RU2217521-C2还公开了一种耐磨铸钢，其主要化学成分为：0.80-0.95％C，0.20-0.40％Si，8.00-9.50％Mn，1.2-1.45％Cr，0.95-1.10％Ni，0.025-0.045％N，＜0.07％P，＜0.02％S，Fe余量。德国专利DE10336169-A1也公开了一种耐磨铸钢，其主要化学成分为：6-16％Cr，0.3-1.5％Mo，0.3-1.4％W，0.6-2.2％C。日本专利JP2002294395-A也公开了一种耐磨低合金铸钢，其主要化学成分为：0.35-0.42％C，1.5～2.0％Si，0.8～1.5％Mn，1.8～2.2％Cr，0.3～0.4％Mo，0.01％Al，0.05～0.20％Zr。回火温度300℃以下时，其V型缺口的冲击值到达10J/cm2以上，硬度达到55HRC以上。
中国发明专利CN1150980公开了一种适于生产抗冲击磨损件的中锰奥氏体耐磨铸钢，其化学成分及其含量(％)如下：0.75-1.00C，7.0-8.5Mn，0.4-0.7Si，1.2-1.5Cr，0.02-0.04RE，≤0.06P，≤0.04，0.9-1.2Mo，余量Fe。在多冲磨损作用下，钢表面层维持1.0-1.5mm厚的形变α马氏体，心部仍是韧性的奥氏体钢，具有足够的韧性和耐磨性，与高锰钢相比，在冶炼、铸造和热处理等生产条件不变的情况下，性能好，成本低。中国发明专利CN101173343还公开了一种高强度耐磨铸钢衬板及其制造方法，衬板的化学成分是(重量％)：0.25-0.45C，1.0-1.8Si，1.0-2.0Mn，0.8-1.5Cr，0.003-0.008B，0.02-0.08Al，0.04-0.15Ti，0.02-0.10La，0.02-0.10Ce，0.02-0.08Ba，0.02-0.10Ca，其余为Fe和不可避免的微量杂质，其中3.5＜Si+Mn+Cr＜4.5，0.05＜La+Ce＜0.18。该发明衬板利用电炉便可生产，采用砂型铸造，衬板抗拉强度高，达到1450-1600MPa，硬度达到50-55HRC，具有良好的耐磨性，冲击韧性达到65-80J/cm2，使用中不断裂，不剥落，使用性能明显优于Mn13高锰钢衬板。中国发明专利CN1182142还公开了一种耐磨铸钢，以C、Cr、Mo为主要合金元素，辅加少量V、Ti及微量RE和B合金元素。其化学成分含量为(wt％)：0.15-0.50％C，≤0.50Si，≤1.00Mn，1.0-2.0Cr，0.2-0.5Mo，0.02-0.10V，0.02-0.10Ti，0.005-0.100B，0.05-0.50RE，S、P≤0.04，该种成分的铸钢经热处理后，其显微组织为马氏体加贝氏体及少量的残余奥氏体，具有良好的强韧性及耐磨性，使用寿命比高锰钢提高一倍以上，是制造承受大撞击性接触负载时的剧烈撞击磨损备件的理想原材料。中国发明专利CN1030614还公开了一种中合金耐磨铸钢，具有耐磨损、抗冲击、强韧性、防变形等优点。它适用于制造大型球磨机的衬板。该合金钢在铁碳合金中加入硅、铬、锰、钼合金，并以稀土铈为变质剂使晶粒细化，改变钢中夹杂物的形状与分布，达到高抗磨作用。中国发明专利CN85105273还公开了一种稀土铬锰硅钼镍硼耐磨铸钢及其生产工艺，该耐磨铸钢稀土元素总含量为0-0.09％，其中硫、磷有害元素含量不得超过0.035％，残余铝的含量为0.02-0.06％。热处理工艺采用风冷方式，依含碳量的不同而采用不同的风冷速度，对于小型热处理加热炉，空冷方式。中国发明专利CN1232884还公开了一种高硅耐磨铸钢，以碳钢下脚料或硅钢下脚料为原料，用废电极石墨及其它增碳剂增碳，硅铁合金或SiC增硅，钼合金进行合金化，控制钢水的成分；对浇铸工件进行热处理。该耐磨铸钢能够在冲击磨损条件下工作，比高锰钢具有更高的初始硬度，在中、小冲击负载的磨损条件下仍有好的耐磨性；比奥-贝球铁具有更高的耐磨性和强韧性，适用面更大；比低合金钢少用合金元素，简化热处理，降低成本，且提高耐磨性。中国发明专利CN102115850A还公开了一种多元低合金化大型耐磨铸钢锤头，构成该锤头的化学成分及其重量百分比为：C：0.30-0.50％，Si：0.3-1.2％，Mn：0.5-1.5％，Cr：1.5-3.5％，Ni：0.3-1.5％，Mo：0.3-1.5％，V：0.05-0.30％，S＜0.05％，P＜0.05％，余量为Fe。同时，该发明还揭示了所述锤头的制备工艺；该发明揭示的耐磨锤头既使锤头的打击部位具有高硬度和一定的韧性，满足锤头的耐磨性能要求、又使锤头的安装部位具有高韧性和一定的硬度，保证锤头的使用安全性。中国发明专利CN102115846A还公开了一种高碳耐磨铸钢，按重量百分比，其组分配方如下：碳13～25％，硅15-20％，锰3-5％，磷0.1～0.5％，硫0.1～0.5％，钼1-10％，其余为铁。该发明的有益效果是：该发明的高碳耐磨铸钢能够在冲击磨损条件下工作，比高锰钢具有更高的初始硬度，在中、小冲击负载的磨损条件下仍有好的耐磨性，比奥贝球铁具有更高的耐磨性和强韧性，适用面更大，比低合金钢少用合金元素，简化了热处理，降低了成本。中国发明专利CN100999803还公开了一种高硼耐磨铸钢及其制备方法，其化学成分及其重量百分比为，C：0.10％～0.50％；B：0.8％～5.0％；Cu：0.3％～0.6％；Mn：0.8％～2.0％；Cr：1.0％～2.5％；Si＜1.5％；Ti：0.08％～0.20％；Ce：0.04％～0.12％；Mg：0.02％～0.18％；N：0.06％～0.18％；S＜0.05％；P＜0.05％；余量为Fe和不可避免的微量杂质。其制备方法采用电炉熔炼，钢水熔清后加入锰铁和硼铁，然后加入铝脱氧，而后出炉。用钛铁、铈基稀土镁合金和含氮物质对钢水进行复合变质处理，经高温奥氏体化后快速冷却，随后进行低温回火消除应力。中国发明专利CN1804092还公开了一种含钨耐磨奥氏体锰钢，钢的化学成分为wt％：C 1.0-1.5，Mn 5.0-15.0，W 0.5-5.0，Si＜0.8，S＜0.05，P＜0.05，其余为Fe；钢的冶炼制造工艺为：电炉冶炼，其冶炼出钢温度为1520-1550℃，浇注温度为1460-1480℃；在冶炼时，铁合金由先到后的加入顺序为：钨铁和锰铁，然后浇注成所需要的产品。用于制造厚度较小的耐磨铸钢件，可以铸造后不经过热处理直接使用；用于厚度较大的耐磨铸钢件，需经热处理后使用。它适合于制作冶金、矿山、建材、煤炭、军工和机械等行业的耐磨零部件，如衬板、齿板、锤头和履带板等。同时，含钨耐磨奥氏体锰钢具有优良的锻造工艺性能，可用热锻法制造耐磨、耐接触疲劳性能优异的锻件，如铁路辙叉、锤头等。中国发明专利CN1600889还公开了一种微合金马氏体耐磨铸钢及制造方法，其化学成分为wt％：C 0.25～0.34、Si 0.3～0.7、Mn 1.15～1.65、Cr 0.5～1.0、B 0.0005～0.005、Ti 0.01～0.06、Ce 0.01～0.045、La 0.01～0.035、Al 0.01～0.1、S≤0.035、P≤0.035，其微合金化处理工艺为先在熔炼炉内于1600～1610℃加入TiFe，再在浇包内加入或在倾出钢水同时向浇包内投入RESiFe和BFe合金，所用BFe合金须用电池壳之类铁质容器包装，该发明的优点是不使用Mo、Ni等贵重的合金元素，而是通过微合金化来达到强韧化和硬韧化目的，因而制造成本较低、微合金化处理工艺先进、稳定性好、热处理工艺简单且其强度、硬度、韧性及耐磨性优良、使用寿命长。中国发明专利CN1560311还公开了一种耐磨铸钢及其制备方法。耐磨铸钢含有C 0.2-0.35、Si 0.6-1.0、Mn0.8-1.2、Ni 0.2-0.6、Cr 0.6-1.2、Mo 0.15-0.35。其制法包括冶炼、铸造和热处理。冶炼：在钢液溶化1/5-2/5时放入铬、镍、钼，出炉前5-15分钟投入锰、硅，然后投入脱氧剂；热处理：铸造成型铸件正火910-930℃，保温2小时出炉空冷，淬火860-900℃保温1.5小时后出炉水淬，水温30℃以下，回火210-230℃，保温2-2.5小时，出炉空冷。该发明耐磨铸钢制备方法简单，产品具有高耐磨性和冲击韧性。中国发明专利CN101469390还公开了一种新型马氏体、贝氏体耐磨铸钢材料及制造方法。其特征是以较低含量的C、Cr、Mo合金元素为主，辅加少量的V、Ti、B和RE合金元素构成。该种材料经热处理后能够获得回火马氏体加下贝氏体及少量的残余奥氏体的显微组织，使其具有较高的强韧性及良好的耐磨性，不仅能承受较大的冲击和剧烈的撞击，而且还具有优良的抗磨料磨损性能，综合机械性能优于高、中锰奥氏体铸钢，是用于制造在比较恶劣环境下工作备品备件的理想材料。中国发明专利CN101880828A还公开了一种低合金锰系回火马氏体耐磨铸钢的制备方法，该发明采用Mn为主要合金元素，添加少量的Si、Cr、Cu、B和稀土元素(La，Ce，Nb，Pr)等合金元素，其余为Fe。采用常规炼钢工艺冶炼，铸造成型后，经奥氏体化后水淬，再加热、保温，进行低温回火处理。该发明生产的耐磨铸钢，水淬回火后组织为回火马氏体。铸钢的抗拉强度Rm＞1800MPa，规定非比例延伸强度Rp0.2＞1600MPa，断后延伸率A＞5％，无缺口冲击韧度aK＞150J/cm2，U型缺口冲击功aKU＞20J/cm2。该耐磨铸钢合金元素含量少，强韧性配合和耐磨性能优良，工艺简单，成本低廉，可用于制造斗齿、锤头、齿板、衬板、履带板等耐磨铸钢件。中国发明专利CN101899605A还公开了一种获得超高硬韧性和耐磨性的耐磨合金铸钢的熔炼工艺，所述铸钢的化学成分及其质量百分比为：C：0.27-0.32；Mn：0.70-0.90；Si：0.90-1.30；Cr：1.40-1.80；Mo：0.10-0.20；Ni：0.10-0.20；Ti：0.02-0.03，所述熔炼工艺包括：在钢液升温至1550-1560℃时，分别加入元素：碳、钼铁、铬铁、镍、钛铁；在1570-1580℃时，加入硅铁；在1590-1600℃时，加入锰铁；在1610-1630℃时，断电出钢液浇注。该工艺生产工艺简单、成本低且无污染，所得铸钢可用于制造与冻岩、冻土层接触的工程机械设备。中国发明专利CN101899629A还公开了耐磨合金铸钢及其制造设备，铸钢为：C：0.27-0.32；Mn：0.70-0.90；Si：0.90-1.30；Cr：1.40-1.80；Mo：0.10-0.20；Ni：0.10-0.20；Ti：0.02-0.03。设备包括：由熔炼炉、温度监控装置、下料装置、以及它们相连的上位控制单元组成的熔炼设备，上位控制单元根据温度信号对熔炼炉和下料装置进行控制以达到上述成分和百分比；由退火炉、淬火炉和淬火槽、以及回火炉组成的热处理设备；热处理设备也可同上位控制单元相连，实现自动化控制。中国发明专利CN101906588A还公开了一种空冷下贝氏体/马氏体复相耐磨铸钢的制备方法，采用Mn为主要合金元素，添加少量的Cr，B和稀土元素(La，Ce，Nb，Pr)等合金元素，其余为Fe。采用常规炼钢工艺冶炼，铸造成型后，经奥氏体化后空冷或者风冷后，再加热、保温，进行低温回火处理。该发明生产的耐磨铸钢，空冷后组织为下贝氏体/马氏体和少量粒状贝氏体。铸钢的硬度＞50(HRC)，无缺口冲击功AK＞50J。但是，上述耐磨铸钢或存在生产成本较高，或存在性能低，或存在工艺稳定性差等不足。
发明内容
本发明目的是利用硅能抑制碳化物的形成，在高硅高碳钢中采用等温淬火，得到无碳化物的贝氏铁素体和奥氏体双相组织(简称奥-贝组织)。由于该双相组织是以高强度的贝氏铁素体束作为基体骨架组织，而且其有效晶粒尺寸——奥氏体膜-贝氏铁素体束间距很小，因而其强度很高；又由于在贝氏铁素体束之间镶嵌着稳定性较高的奥氏体膜，裂纹扩展时不仅要受到大量奥氏体膜/贝氏体束相界面的阻碍，而且当它遇到奥氏体膜时，奥氏体将产生塑性变形及应变诱发马氏体转变，使裂纹尖端应力得到松弛，抑制裂纹的扩展，因此，该材料还同时具有优异的韧性与应变强化能力。为了提高这种材料的耐磨性能，在高硅高碳钢中加入强碳化物形成元素钛，利用钛和碳具有良好的形成硬度高且高温稳定性好的TiC的能力，通过热处理后，可获得奥贝基体上镶嵌TiC颗粒的耐磨铸钢，具有优异的耐磨性和良好的强韧性。
本发明的目的可以通过以下措施来实现：
本发明一种耐磨铸钢，其特征在于，耐磨铸钢的化学组成成分是(质量分数，％)：1.60～1.80C，3.5～4.0Ti，1.65～1.85Si，Mn＜0.8，0.4～0.6Cu，0.003～0.006B，0.015～0.030Zr，0.03～0.10Te，0.04～0.08Ce，0.015～0.040Mg，0.12～0.15Al，S＜0.04，P＜0.05，余量为Fe和不可避免的微量杂质，化学成分的总和为100％，且C％＝0.25×Ti％+(0.70～0.85)。
本发明上述耐磨铸钢的制备方法，其特征在于，采用电炉熔炼，具体包括以下步骤：
(1)将普通废钢、生铁或增碳剂、硅铁和铜板混合加热熔化，升温至1560～1580℃后加入钛铁，炉前调整成分合格后将温度升至1590～1610℃，加入铝脱氧和合金化，而后出炉；
(2)将硼铁、锆铁、碲铜中间合金和铈基稀土镁合金破碎至粒度小于16mm的小块，经200～240℃烘干3～5h后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行微合金化处理；
(3)钢水经静置、扒渣后，当温度为1440～1470℃时浇入铸型，浇注1.0～6.0h后开箱空冷铸件，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺；
(4)铸件在930～950℃进行高温奥氏体化处理，保温1.0～3.0h后，在温度为260～290℃的盐浴池内冷却1.0～2.0h即可。
耐磨铸钢材料的性能是由金相组织决定的，而一定的组织取决于化学成分及热处理工艺，本发明化学成分是这样确定的：
碳：碳是耐磨铸钢的主要元素，本发明加入碳有两方面的作用，一是利用碳与钛结合，生成硬度高和热稳定性好的TiC颗粒，起改善铸钢耐磨性的作用，其二碳是利用提高基体的强度和硬度，促进耐磨性的进一步改善。当碳含量过高时，将使韧性明显下降，为了保证钢的强韧性和耐磨性，将碳含量控制在1.60～1.80％，且C％＝0.25Ti％+0.70～0.85。
钛：钛是强碳化物形成元素，钛与碳化合而成的TiC具有熔点高(3260℃)和硬度高(努普硬度为32.4GPa)等特点，TiC颗粒镶嵌在铸钢基体组织中可以明显提高铸钢耐磨性。但是，钛含量过高，TiC数量增加，导致耐磨铸钢韧性明显下降，合适的钛含量为3.5～4.0％，此时耐磨铸钢中可获得体积分数9.0～11.5％的TiC颗粒，使耐磨铸钢具有优异力学性能和良好的耐磨性。
硅：硅是耐磨铸钢中的主要合金元素，而且是非碳化物形成元素，可增加碳在奥氏体中的活度，在贝氏体铁素体生长过程中，多余的碳会排向界面一侧的邻近奥氏体中，由于硅阻止渗碳体析出，造成周围奥氏体富碳，使贝氏体铁素体片条间或片条内的富碳残留奥氏体稳定化，形成无碳化物贝氏体。硅还可使钢的TTT或CCT曲线向右下方移动和提高钢的贝氏体淬透性和韧性。硅含量较低(＜1.65％)时，由于硅抑制碳化物析出的作用较弱，促进贝氏体转变的作用也不强烈，在等温转变过程中，首先在奥氏体晶界析出贝氏体，而未转变的奥氏体在随后的冷却过程中部分转变为珠光体和马氏体，其显微组织由贝氏体铁素体、珠光体、马氏体和残余奥氏体组成，耐磨性稍差；随着硅含量提高，硅抑制碳化物析出作用显著增强，使贝氏体成长时排出的碳富集到奥氏体中，提高了过冷奥氏体的稳定性，其显微组织为典型的奥-贝组织，即由板条状的贝氏体铁素体和其间分布的富碳的残余奥氏体组成，材料冲击韧性提高，同时由于残余奥氏体富碳程度很高，材料的强度和硬度变化不明显，硅含量过高时，组织中出现了大量的未转变奥氏体组织，且易出现铁素体组织，导致材料的硬度、强度和冲击韧性下降。合适的硅加入量宜控制在1.65～1.85％。
铜：铜是非碳化物形成元素，主要溶于基体，起提高耐磨铸钢淬透性的的作用，合适的铜加入量是0.4～0.6％。
硼：硼在钢中的作用主要是为了提高钢的淬透性，加入量过少，对提高钢的淬透性作用不明显，加入量过多，易形成硼化物，降低钢的韧性，合适的硼加入量宜控制在0.003～0.006％。
锆：钢中加入适量锆易与碳化合形成ZrC，具有明显细化晶粒作用，提高钢的强度和韧性，还有利于耐磨性的提高，锆加入量过多，ZrC将粗大化，反而不利于改善钢的组织，合适的锆加入量宜控制在0.015～0.030％。
碲：碲加入钢中具有强烈的过冷作用，有利于细化凝固组织，另外碲在基体中的固溶量极少，且大多富集在晶界附近，有利于提高钢的强度和硬度，改善钢的耐磨性，碲加入量过多，将降低钢的韧性，合适的碲加入量宜控制在0.03～0.10％，且以碲铜中间合金形式加入钢水，效果最好。
铈：铈在钢中具有以下作用(1)净化钢液，提高铸造性能；(2)细化凝固组织，提高韧性；(3)使夹杂物变质，提高抗断裂能力；(4)细化亚结构，提高钢的显微硬度等。合适的铈含量宜控制在0.04～0.08％。
镁：镁与氧、硫有极大的亲合力，可发生剧烈的冶金反应，去除钢中的氧和硫，减少铸钢中的氧化物和硫化物夹杂。当脱氧、脱硫产物中的部分MgO和MgS来不及上浮至钢液面而排除时，凝固后便成为铸钢夹杂。钢液凝固时，首先形成MgO，它可作为随后凝固的MgS、MnS和其它夹杂的核心。由于MgO在钢液中特别分散，因此镁可改变铸钢中夹杂物的类型、数量、大小、形态和分布。适量的镁可使铸钢中夹杂物变得细小、分散。原尺寸大、带棱角的Al2O3夹杂被尺寸小、呈球形的MgO和含MgO的复合夹杂所取代；原尺寸大、长条状的MnS夹杂被尺寸小、近球形的MgO、含MgO复合夹杂和MgS·MgO复合夹杂所取代，因而提高了夹杂物与基体抵抗裂纹形成与扩展的能力，改善了铸钢的韧性。镁加入量不足将不能使铸钢发生充分的脱氧、脱硫反应，不利于夹杂物的去除。加入量过多不仅造成镁的浪费，而且由于反应过于剧烈，将使上浮到钢液表面的MgO、MgS等夹杂重新卷入钢液中，对铸钢性能产生不利的影响。因此将镁含量控制在0.015～0.040％。
铝：铝是非碳化物形成元素，主要溶于基体。本发明耐磨铸钢中加入适量铝，除了起脱氧作用外，还有促进耐磨铸钢等温淬火过程中获得力学性能好的奥-贝组织的作用，加入量过多，易出现含铝夹杂物，反而损害耐磨铸钢性能，合适的铝含量宜控制在0.12～0.15％。
锰：锰阻碍耐磨铸钢等温淬火过程中获得强韧性好的奥-贝组织，因此，将其含量控制在0.8％以下。
硫和磷：不可避免的微量杂质是原料中带入的，其中有磷和硫，均是有害元素，为了确保耐磨铸钢的强度、韧性和耐磨性，将磷含量控制在0.05％以下，硫含量控制在0.04％以下。
耐磨铸钢的铸态组织由贝氏体、奥氏体、珠光体、铁素体和TiC组成，不仅强度和硬度低，而且韧性和耐磨性差，需要进行等温淬火热处理来改善其组织，以便获得满意的性能。其热处理工艺的制订依据是：
当铸钢进行高温奥氏体化处理时，若奥氏体化温度过低，或保温时间过短，均可使铸态珠光体中的渗碳体来不及溶解，最后在淬火组织中保留下来，使材料的性能恶化。适当提高奥氏体化温度至930～950℃，保温时间1.0～3.0h，可使奥氏体均匀化，在等温淬火处理后可以显著改善材料的强韧性。过高的奥氏体化温度和过长的保温时间，势必增加过冷奥氏体的稳定性，使等温淬火过程中贝氏体转变不能充分进行，奥氏体富碳不足，容易出现淬火马氏体，不易获得奥-贝双相组织，使材料韧性下降。
当等温温度较低时(260℃以下)，由于碳原子的扩散能力较弱，完成贝氏体转变所需的扩散时间较长，碳在奥氏体中的分布不均匀，不能形成稳定的富碳奥氏体，在随后的冷却过程中，贫碳奥氏体转变成为马氏体，残余奥氏体量很少，同时生成的贝氏体铁素体板条细小，因而材料的强度和硬度较高，而韧性较低。随着等温温度的提高，碳原子的扩散能力加强，贝氏体转变的过冷度减少，新相和母相间的自由能差值减小，不足以使更多的奥氏体发生转变，特别是难以使稳定性高的高碳奥氏体转变，因此条束状贝氏体铁素体数量减少，板条变宽，片间距变大，富碳的残余奥氏体量也增加，残余奥氏体薄膜加厚，因而硬度和强度有所下降，韧性随之提高。但当等温温度过高时，奥贝组织的晶粒会变得更为粗大，导致韧性也呈下降趋势。耐磨铸钢经930～950℃的高温奥氏体化处理后，在260～290℃的盐浴池内进行等温淬火，可以获得细小的奥-贝双相基体加TiC颗粒所构成的复合组织，具有优异的强韧性和耐磨性。
本发明效果：
(1)用本发明制造的耐磨铸钢，生产工艺简便，不含贵重合金元素，成本低廉。
(2)用本发明制造的耐磨铸钢，因含有体积分数9.0～11.5％的TiC颗粒，硬度高达58～60HRC，促进铸钢耐磨性的明显改善。
(3)本发明耐磨铸钢经锆和碲微合金化处理后，凝固组织细小，经铈和镁元素处理后，夹杂物少，铸钢具有良好的强韧性，其中抗拉强度为1250～1360MPa，冲击韧性为25～28J/cm2。
(4)用本发明制造的耐磨铸钢，经等温淬火处理后，获得了奥-贝双相基体加TiC颗粒所构成的复合组织，硬度高，耐磨性好，用做破碎机锤头和球磨机衬板等产品，使用寿命比高锰钢提高250～300％。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详述：
实施例1：
采用750公斤中频感应电炉冶炼本发明耐磨铸钢，其制造工艺步骤是：
(1)将普通废钢、生铁、硅铁和铜板混合加热熔化，升温至1563℃后加入钛铁，炉前调整成分合格后将温度升至1594℃，加入铝脱氧和合金化，而后出炉；
(2)将硼铁、锆铁、碲铜中间合金和铈基稀土镁合金破碎至粒度小于16mm的小块，经240℃烘干4h后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行微合金化处理；
(3)钢水经静置、扒渣后，当温度为1445℃时浇入铸型，浇注6.0h后开箱空冷铸件，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺；
(4)铸件在930℃进行高温奥氏体化处理，保温3.0h后，在温度为260℃、组成为50％NaNO2+50％KNO3的盐浴池内冷却1.0h即可。耐磨铸钢成分见表1，耐磨铸钢力学性能见表2。
实施例2：
采用500公斤中频感应电炉冶炼本发明耐磨铸钢，其制造工艺步骤是：
(1)将普通废钢、增碳剂、硅铁和铜板混合加热熔化，升温至1579℃后加入钛铁，炉前调整成分合格后将温度升至1608℃，加入铝脱氧和合金化，而后出炉；
(2)将硼铁、锆铁、碲铜中间合金和铈基稀土镁合金破碎至粒度小于16mm的小块，经200℃烘干5h后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行微合金化处理；
(3)钢水经静置、扒渣后，当温度为1468℃时浇入铸型，浇注1.0h后开箱空冷铸件，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺；
(4)铸件在950℃进行高温奥氏体化处理，保温1.0h后，在温度为290℃、组成为50％NaNO3+50％KNO3的盐浴池内冷却2.0h即可。耐磨铸钢成分见表1，耐磨铸钢力学性能见表2。
实施例3：
采用500公斤中频感应电炉冶炼本发明耐磨铸钢，其制造工艺步骤是：
(1)将普通废钢、生铁、硅铁和铜板混合加热熔化，升温至1570℃后加入钛铁，炉前调整成分合格后将温度升至1598℃，加入铝脱氧和合金化，而后出炉；
(2)将硼铁、锆铁、碲铜中间合金和铈基稀土镁合金破碎至粒度小于16mm的小块，经220℃烘干3h后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行微合金化处理；
(3)钢水经静置、扒渣后，当温度为1455℃时浇入铸型，浇注4.0h后开箱空冷铸件，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺；
(4)铸件在940℃进行高温奥氏体化处理，保温2.0h后，在温度为280℃、组成为27.5％NaNO2+45％NaNO3+27.5％KNO3的盐浴池内冷却2.0h即可。耐磨铸钢成分见表1，耐磨铸钢力学性能见表2。
表1耐磨铸钢的化学成分(质量分数，％)
表2耐磨铸钢的力学性能
| 力学性能 | 硬度/HRC | 抗拉强度/MPa | 冲击韧性/J.cm-2 |
| 实施例1 | 58.4 | 1345 | 27.7 |
| 实施例2 | 59.8 | 1270 | 25.6 |
| 实施例3 | 59.5 | 1315 | 26.5 |
本发明耐磨铸钢制造的球磨机衬板和破碎机锤头已在球磨机和破碎机上进行了工业应用。使用结果表明，本发明耐磨铸钢强度和硬度高，韧性和耐磨好，使用过程中无断裂、剥落现象出现。由于本发明材料的基体组织由奥-贝双相基体组成，使用过程中还具有一定的加工硬化现象，其使用后的残体表面硬度达到61～63HRC，比使用前提高2～3HRC，促进了本发明耐磨材料磨损消耗的减少和使用寿命的进一步延长。本发明耐磨铸钢用做破碎机锤头和球磨机衬板等产品，使用寿命比高锰钢提高250～300％。由于本发明材料不含钼、镍、钒等昂贵合金元素，其生产成本和高锰钢材料相当，推广应用本发明材料，具有显著的经济和社会效益。
Claims (1)
1.一种耐磨铸钢，其特征在于，耐磨铸钢的化学组成成分（质量分数，％）是：1.60～1.80C,3.5～4.0Ti,1.65～1.85Si,Mn<0.8,0.4～0.6Cu,0.003～0.006B,0.015～0.030Zr,0.03～0.10Te,0.04～0.08Ce,0.015～0.040Mg,0.12～0.15Al,S<0.04,P<0.05,余量为Fe和不可避免的微量杂质，化学成分的总和为100%，且C%=0.25×Ti%+（0.70～0.85）；
其制备方法采用电炉熔炼，具体包括以下步骤：
（1）将普通废钢、生铁或增碳剂、硅铁和铜板混合加热熔化，升温至1560～1580℃后加入钛铁，炉前调整成分合格后将温度升至1590～1610℃，加入铝脱氧和合金化，而后出炉；
（2）将硼铁、锆铁、碲铜中间合金和铈基稀土镁合金破碎至粒度小于16mm的小块，经200～240℃烘干3～5h后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行微合金化处理；
（3）钢水经静置、扒渣后，当温度为1440～1470℃时浇入铸型，浇注1.0～6.0h后开箱空冷铸件，打掉浇冒口，清理残根、飞边、毛刺；
（4）铸件在930～950℃进行高温奥氏体化处理，保温1.0～3.0h后，在温度为260～290℃的盐浴池内冷却1.0～2.0h即可。
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