CN114231851B

CN114231851B - 一种纳米碳化物增强耐磨钢及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN114231851B
Application number: CN202111576509.7A
Authority: CN
Inventors: 郑志斌; 龙骏; 熊永南; 郑开宏; 王娟; 王海艳
Original assignee: Taishan Guofeng Wear Resistant Metal Technology Co ltd; Guangdong Institute of New Materials
Current assignee: Taishan Guofeng Wear Resistant Metal Technology Co ltd; Guangdong Institute of New Materials
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2023-09-22
Anticipated expiration: 2041-12-22
Also published as: CN114231851A

Abstract

本发明公开了一种纳米碳化物增强耐磨钢及其制备方法和应用，属于耐磨钢技术领域。其化学成分的质量百分比为：C：1.35‑2.05％，Mn：12.0‑21.0％，Al：4.0‑7.0％，Si：1.2‑1.8％，V：0.05‑0.2％，W：0.05‑0.2％，N：0.003‑0.01％，稀土：0.01‑0.03％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁和不可避免的杂质。上述耐磨钢经中频电炉熔炼，通过脱氧及稀土变质工艺铸造，以及多道次析出强化热处理工艺获得。纳米碳化物增强耐磨钢的组织内包含大量纳米碳化物硬质相。本发明的耐磨钢在复杂应力冲击磨损工况下也具有良好的耐磨性能。

Description

一种纳米碳化物增强耐磨钢及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及耐磨钢技术领域，具体而言，涉及一种纳米碳化物增强耐磨钢及其制备方法和应用。

背景技术

耐磨钢被广泛应用于矿山、冶金、建材、水泥、电力等基础工业，是粉磨、破碎等作业设备耐磨构件的主要用材。锰钢材料是目前应用最为普遍的耐磨钢之一，由于具有较强的加工硬化能力和韧性，其在高冲击应力下的服役效果十分出色。然而，初始硬度较低使得锰钢材料在低冲击应力作用下的耐磨效果并不理想，因而无法满足多场景复杂应力冲击磨损下的服役需求。

专利CN 107675073公开了一种新型轻质高锰钢耐磨材料，该材料的化学成分为：0.90％～1.30％C，0.40％～0.90％Si，12％～20％Mn，1.0％～5.0％Al，1.0％～2.5％Cr，0.1％～0.5％的La+Ce+Pr+Nd混合稀土，P<0.04％，S<0.04％，余量为Fe。该材料的组织为单一奥氏体组织，密度在7.10～7.65g/cm³之间，其耐磨性比传统高锰钢耐磨材料提高了30％，然而由于其布氏硬度优选为200-300HB，即初始硬度不高，故在低冲击应力磨损下仍然耐磨性有待提升。

专利CN 105154764公开了一种破碎机用轻质高锰钢衬板及其制备方法，衬板化学成分中包含有6％-8％Al，从而在钢中形成了一定量碳化物，然而这种含碳化物高锰钢的初始硬度并未得到显著提高，约为205-272HB，仍需采用后续抛丸的方式来提升硬度。这种硬度提升方式一方面提高了材料处理成本，另一方面硬度提升效果仅限于表面层。

专利CN 108677090公开了用于仿真泥石流的新型耐磨轻质材料及方法，具有较好的耐磨性和轻质性，但其成分中加入了Mo、Cr、Ni等合金元素，使得材料的成本明显上升，不利于生产中的成本控制。

专利CN202110381119.8公开了一种纳米增强抗氢脆中锰钢及其制备方法，其主要化学成分按质量百分比为：0.1-0.3％C，4-8％Mn，0-3％Al，0.05-0.15％Nb，0.10-0.3％Mo，其余为Fe及不可避免杂质。这种中锰钢的微观组织为超细多尺度等轴状和板条状奥氏体和铁素体，奥氏体和铁素体上均匀分布有(Nb,Mo)(C,N)纳米析出物，通过这种Nb、Mo的纳米碳化物形成，实现对中锰钢力学性能和抗氢脆性能的提升。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提一种纳米碳化物增强耐磨钢及其制备方法和应用。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种纳米碳化物增强耐磨钢，其化学成分的质量百分比为：C：1.35-2.05％，Mn：12.0-21.0％，Al：4.0-7.0％，Si：1.2-1.8％，V：0.05-0.2％，W：0.05-0.2％，N：0.003-0.01％，稀土：0.01-0.03％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁和不可避免的杂质。

第二方面，本发明还提供一种上述纳米碳化物增强耐磨钢的制备方法，其包括：原料经熔炼，脱氧及稀土变质工艺铸造，以及多道次析出强化热处理获得。

第三方面，本发明还提供一种上述纳米碳化物增强耐磨钢在复杂应力冲击磨损工况方面的应用。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种纳米碳化物增强耐磨钢及其制备方法和应用。其化学成分的质量百分比为：C：1.35-2.05％，Mn：12.0-21.0％，Al：4.0-7.0％，Si：1.2-1.8％，V：0.05-0.2％，W：0.05-0.2％，N：0.003-0.01％，稀土：0.01-0.03％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁和不可避免的杂质，在化学成分上，通过加入足够量的C以保证耐磨钢中碳化物C元素来源充足；加入适量的Al，一方面利于后续处理形成大量纳米碳化物增强相，另一方面，适当降低耐磨钢密度，起到节能降耗的作用；同时，协同加入V元素和W元素，调整钢中碳化物尺寸及位置。其组织内包含大量纳米碳化物硬质相。耐磨钢在低应力磨料磨损工况下也具有良好的耐磨性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明纳米碳化物增强耐磨钢的透射电镜照片。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明的目的旨在提供一种纳米碳化物增强耐磨钢及其制备方法和应用。在化学成分上，通过加入足够量的C以保证耐磨钢中碳化物C元素来源充足；加入适量的Al，一方面利于后续处理形成大量纳米碳化物增强相，另一方面，适当降低耐磨钢密度，起到节能降耗的作用；同时，协同加入V元素和W元素，调整钢中碳化物尺寸，并使碳化物能够在晶内均匀分散，而不在晶界聚集。在制备工艺上，采用低成本中频熔炼方法进行耐磨钢熔炼，改进铝源的加入方法保证Al的收得率和耐磨钢的洁净度；实施三道次热处理方法，促使纳米碳化物在耐磨钢中大量析出。由此制备在低应力磨损工况下仍然具有良好耐磨性的钢铁材料。

为了达到上述目标，本发明的技术方案具体如下：

第一方面，本发明实施例提供一种纳米碳化物增强耐磨钢，其化学成分的质量百分比为：C：1.35-2.05％，Mn：12.0-21.0％，Al：4.0-7.0％，Si：1.2-1.8％，V：0.05-0.2％，W：0.05-0.2％，N：0.003-0.01％，稀土：0.01-0.03％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁和不可避免的杂质。

进一步地，纳米碳化物增强耐磨钢含有大量的铁-锰-铝碳化物，以及少量的钒碳化物和钨碳化物。本发明实施例提供的耐磨钢，其耐磨性主要来源于组织内部存在的大量弥散分布的纳米级硬质碳化物颗粒，这些碳化物主要是铁-锰-铝碳化物，辅以少量钒碳化物和钨碳化物。由于碳化物的粒径较小，因此通过TEM的观察，无法确认组织中的碳化物的准确含量，但是从TEM图中可以看出，确认其含有大量的铁-锰-铝碳化物以及少量的钒碳化物和钨碳化物。

进一步地，纳米碳化物增强耐磨钢的的组织为单一奥氏体组织，密度在7.0-7.35g/cm³之间，维氏硬度≥300HV，室温冲击吸收功≥60J。

本发明思路提供的耐磨钢中化学成分确定的理论依据如下：

碳：C元素是钢铁中最基本的元素之一，其含量极大地影响钢铁的组织及力学性能，对于纳米碳化物增强耐磨钢来说，需要保证足够的C元素来源以在钢中获得较多的纳米碳化物颗粒，且C含量的较大存在能够稳定铁-铝-锰碳化物。因此，本发明中C的加入量控制在1.35-2.05％。

锰：Mn元素是稳定并强化奥氏体相的主要元素之一，是高锰耐磨钢加工硬化的主要来源元素，也是本发明耐磨钢中碳化物增强相的主要构成元素之一，但Mn元素含量的增高也会促进β-Mn脆性相的生成，对耐磨钢的韧性有较大影响。因此，本发明中Mn的加入量控制在12.0-21.0％。

铝：Al元素作为一种轻质元素，是低密度耐磨钢设计的关键，同时Al能够提高奥氏体的堆垛层错能，促进保护性氧化层Al₂O₃的形成并降低C扩散，促进高锰钢中纳米含铝碳化物的析出，但含量过高会导致铁素体析出，不利于力学性能的保持。综合考虑轻量化效果、碳化物析出等，本发明最终控制的Al含量范围为4.0-7.0％。

硅：Si元素是钢的脱氧元素之一，同时适量添加能够在保证钢韧性无明细恶化的同时增强钢的强度。本发明控制其含量范围为1.2-1.8％。

钒：V和碳、氮、氧都有极强的亲和力，在钢中主要以碳化物或氮化物、氧化物的形态存在，少量的钒可使晶粒细化、韧性增大，钒含量较高导致聚集的碳化物出现，使强度降低。综合成本考虑，本发明控制其含量范围为0.05-0.2％。

钨：W是强碳化物形成元素之一，可以增加钢的回火稳定性、红硬性和热强性，以及由于形成的特殊碳化物而增加耐磨性。钨能阻止钢的晶粒长大，可细化晶粒。综合成本考虑，本发明控制其含量范围为0.05-0.2％。

氮：N是钢的固溶元素之一，扩大奥氏体相区，能与铬、铝、钒，尤其是锆元素生成极稳定的氮化物，从而达到硬化和强化的效果。但是过量的氮会引起钢的脆化。本发明控制其含量范围为0.003-0.01％。

稀土：稀土元素能起到很好的钢中脱硫、脱氧效果，净化钢质，改变钢中夹杂物的形态和分布。本发明控制其含量范围为0.01-0.03％。

P、S作为杂质元素严重损害钢的韧塑性，含量均控制在≤0.04％。

第二方面，本发明实施例还提供了一种纳米碳化物增强耐磨钢的制备方法，包括以下步骤：

(1)将钢源、锰源、硅源、氮源、钨源、钒源在中频熔炼炉中熔炼，所用熔炼温度为1600-1650℃，经脱氧剂处理并调节炉前成分后得到合格钢水，将熔液温度调节至1460℃-1500℃；

(2)将步骤(1)得到的钢水倒入经500℃以上高温预热大于3小时后的浇包，充分静置；

(3)将步骤(2)得到的钢水在1380℃-1430℃下浇注成铸件，铸件经热处理得到耐磨钢。

进一步地，步骤(2)开始前应在浇包中加入稀土颗粒与铝粉充分混合的混合物，并在钢水浇入的过程中分至少3次进一步加入该混合物。

进一步地，步骤(3)中的热处理包括三道次热处理：第一步，将铸钢以速率≤60℃/h的方式从室温升温至500-700℃，保温3-5h，之后以80℃/h-100℃/h的速率继续升温至1100-1150℃，保温3-5h后水冷至室温；第二步，将上述铸钢以≤60℃/h的方式从室温升温至300-500℃，保温4h后出炉空冷至室温；第三步，将上述铸钢以≤60℃/h的方式从室温升温至500-650℃，保温8h以上后出炉空冷至室温。

第三方面，本发明还提供一种上述纳米碳化物增强耐磨钢在复杂应力冲击磨损工况方面的应用，尤其是在矿物破碎复杂多应力冲击磨损工况方面的应用。

与现有技术相比，本发明实施例提供的纳米碳化物增强耐磨钢及其制备方法和应用，具有以下的特点和优势：

(1)本发明实施例提供的纳米碳化物增强耐磨钢，在化学成分上，通过加入足够量的C以保证耐磨钢中碳化物C元素来源充足；加入适量的Al，一方面利于后续处理形成大量纳米碳化物增强相，另一方面，适当降低耐磨钢密度，起到节能降耗的作用；同时，协同加入V元素和W元素，调整钢中碳化物尺寸及位置。

(2)本发明实施例提供的纳米碳化物增强耐磨钢，其耐磨性主要来源于组织内部存在的大量弥散分布的纳米级硬质碳化物颗粒，这些碳化物主要是铁-锰-铝碳化物，辅以少量钒碳化物和钨碳化物。

(3)本发明实施例提供的纳米碳化物增强耐磨钢，其组织内包含大量纳米碳化物硬质相，纳米铁-锰-铝碳化物的析出位置和尺寸经特殊热处理工艺及钒/钨碳化物的改性优化，通过提前在组织内部析出更细小弥散的钒碳化物和钨碳化物来为后续纳米铁-锰-铝碳化物弥散析出做准备。解决了铁-锰-铝碳化物大量沿晶界析出、长大而不能起到良好增加耐磨性的问题。

(4)本发明实施例改进了Al的加入方式：通过在浇包中加入稀土颗粒与铝粉充分混合的混合物，并在钢水浇入的过程中分至少3次进一步加入该混合物，由此保证了Al的收得率及钢液的洁净度。

(5)所设计的纳米级碳化物增强耐磨钢，密度仅有7.0-7.35g/cm³，较普通耐磨钢明显降低，耐磨钢维氏硬度≥300HV，室温冲击吸收功≥60J，纳米碳化物增强耐磨钢的抗低应力磨料磨损性能较常用耐磨高锰钢提高80％以上。

(6)本发明实施例得到的纳米碳化物增强耐磨钢，可以在低应力工况下发挥良好的耐磨性，不必依赖锰钢在冲击下产生加工硬化效应来获得耐磨性，具有更广泛的适用范围和服役场景。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例中耐磨钢的化学成分的质量百分比为：C：1.6％，Mn：18.0％，Al：7.0％，Si：1.5％，V：0.10％，W：0.10％，N：0.006％，稀土：0.03％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁和不可避免的杂质。

本实施例制备方法具体为：

将钢源、锰源、硅源、氮源、钨源、钒源在中频熔炼炉中熔炼，所用熔炼温度为1620℃，经脱氧剂处理并调节炉前成分后得到合格钢水，经脱氧剂处理并调节炉前成分后得到合格钢水，将熔液温度调节至1480℃；将上述得到的钢水倒入经500℃预热3小时后的浇包，在浇包中提前加入稀土颗粒与铝粉充分混合的混合物，并在钢水浇入的过程中分3次进一步加入该混合物，钢水倒入后充分静置；待上述钢水降温到1420℃后浇注成铸件。

将得到的铸钢按如下方式进行热处理：第一步，将铸钢以速率≤60℃/h的方式从室温升温至650℃，保温3h，之后以100℃/h的速率继续升温至1120℃，保温3h后水冷至室温；第二步，将上述铸钢以≤60℃/h的方式从室温升温至400℃，保温4h后出炉空冷至室温；第三步，将上述铸钢以≤60℃/h的方式从室温升温至650℃，保温8h后出炉空冷至室温。

由此得到的纳米碳化物增强耐磨钢透射电镜组织照片如附图1所示，纳米级碳化物分布在钢基体中。该耐磨钢密度仅有7.0g/cm³，耐磨钢维氏硬度为330HV，室温冲击吸收功68J，耐磨钢的抗低应力磨料磨损性能较常用耐磨高锰钢提高94％以上。

实施例2

本实施例中耐磨钢的化学成分的质量百分比为：C：1.35％，Mn：13.0％，Al：4.0％，Si：1.2％，V：0.20％，W：0.05％，N：0.01％，稀土：0.02％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁和不可避免的杂质。

本实施例制备方法具体为：

将钢源、锰源、硅源、氮源、钨源、钒源在中频熔炼炉中熔炼，所用熔炼温度为1650℃，经脱氧剂处理并调节炉前成分后得到合格钢水，经脱氧剂处理并调节炉前成分后得到合格钢水，将熔液温度调节至1500℃；将上述得到的钢水倒入经500℃预热3小时后的浇包，在浇包中提前加入稀土颗粒与铝粉充分混合的混合物，并在钢水浇入的过程中分3次进一步加入该混合物，钢水倒入后充分静置；待上述钢水降温到1430℃后浇注成铸件。

将得到的铸钢按如下方式进行热处理：第一步，将铸钢以速率≤60℃/h的方式从室温升温至650℃，保温3h，之后以80℃/h的速率继续升温至1100℃，保温4h后水冷至室温；第二步，将上述铸钢以≤60℃/h的方式从室温升温至500℃，保温4h后出炉空冷至室温；第三步，将上述铸钢以≤60℃/h的方式从室温升温至550℃，保温10h后出炉空冷至室温。

由此得到的纳米碳化物增强耐磨钢密度为7.35g/cm³，耐磨钢维氏硬度为308HV，室温冲击吸收功86J，耐磨钢的抗低应力磨料磨损性能较常用耐磨高锰钢提高82％以上。

实施例3

本实施例中耐磨钢的化学成分的质量百分比为：C：2.05％，Mn：21.0％，Al：6.0％，Si：1.8，V：0.05％，W：0.2％，N：0.003％，稀土：0.01％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁和不可避免的杂质。

本实施例制备方法具体为：

将钢源、锰源、硅源、氮源、钨源、钒源在中频熔炼炉中熔炼，所用熔炼温度为1600℃，经脱氧剂处理并调节炉前成分后得到合格钢水，经脱氧剂处理并调节炉前成分后得到合格钢水，将熔液温度调节至1460℃；将上述得到的钢水倒入经500℃预热3小时后的浇包，在浇包中提前加入稀土颗粒与铝粉充分混合的混合物，并在钢水浇入的过程中分3次进一步加入该混合物，钢水倒入后充分静置；待上述钢水降温到1380℃后浇注成铸件。

将得到的铸钢按如下方式进行热处理：第一步，将铸钢以速率≤60℃/h的方式从室温升温至650℃，保温3h，之后以80℃/h的速率继续升温至1150℃，保温4h后水冷至室温；第二步，将上述铸钢以≤60℃/h的方式从室温升温至300℃，保温5h后出炉空冷至室温；第三步，将上述铸钢以≤60℃/h的方式从室温升温至500℃，保温12h后出炉空冷至室温。

由此得到的纳米碳化物增强耐磨钢密度为7.25g/cm³，耐磨钢维氏硬度为366HV，室温冲击吸收功60J，耐磨钢的抗低应力磨料磨损性能较常用耐磨高锰钢提高100％以上。

对比例1

本对比例钢的化学成分的质量百分比为：C：1.6％，Mn：18.0％，Al：7.0％，Si：1.5％，N：0.006％，稀土：0.03％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁和不可避免的杂质。即该成分与实施例1相比，未加入V及W元素。本对比例制备方法与实施例1完全一致。

由此得到的对比例钢中未能形成弥散分布的纳米碳化物。多数碳化物已经偏聚在晶界且长大，该对比例钢室温冲击吸收功仅有15J，脆性强易开裂，且耐磨钢的抗低应力磨料磨损性能未能较常用耐磨高锰钢有明显改善。

对比例2

本对比例钢的化学成分的质量百分比为：C：1.6％，Mn：18.0％，Al：3.0％，Si：1.5％，V：0.10％，W：0.10％，N：0.006％，稀土：0.03％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁和不可避免的杂质。即该成分与实施例1相比，Al元素的添加量较少。本对比例制备方法与实施例1完全一致。

由此得到的对比例钢中仅能形成少量的纳米钒/钨碳化物，未能形成铁-锰-铝碳化物。该对比例钢室温冲击吸收功能达到120J，但维氏硬度仅有225HV，其抗低应力磨料磨损性能未能较常用耐磨高锰钢有明显改善。

对比例3

本对比例钢的化学成分的质量百分比为：C：1.6％，Mn：18.0％，Al：8.0％，Si：1.5％，V：0.10％，W：0.10％，N：0.006％，稀土：0.03％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁和不可避免的杂质。即该成分与实施例1相比，Al元素的添加量增加。本对比例制备方法与实施例1完全一致。

由此得到的对比例钢组织为奥氏体-铁素体双相组织，碳化物易在双相界面聚集，导致该比例钢室温冲击吸收功能仅有12J，易开裂，难以满足应用需求。

对比例4

本对比例中耐磨钢的化学成分的质量百分比为：C：1.6％，Mn：18.0％，Al：7.0％，Si：1.5％，V：0.10％，W：0.10％，N：0.006％，稀土：0.03％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁和不可避免的杂质。即本对比例钢成分与实施例1完全一致。

本对比例钢的熔炼浇注制备工艺与实施例1保持一致，但后续铸钢采用如下热处理：将铸钢以速率≤60℃/h的方式从室温升温至650℃，保温3h，之后以100℃/h的速率继续升温至1100℃，保温3h后水冷至室温。即该热处理工艺为高锰耐磨钢常规水韧处理。

由此得到的对比例钢为单一奥氏体组织，未能形成铁-锰-铝碳化物。该对比例钢室温冲击吸收功仅为8J，易开裂，难以满足应用需求。

综上，本发明实施例提供了一种纳米碳化物增强耐磨钢及其制备方法和应用。所提供的纳米碳化物增强耐磨钢的化学成分的质量百分比为：C：1.35-2.05％，Mn：12.0-21.0％，Al：4.0-7.0％，Si：1.2-1.8％，V：0.05-0.2％，W：0.05-0.2％，N：0.003-0.01％，稀土：0.01-0.03％，S≤0.04％,P≤0.04％，其余为铁和不可避免的杂质。耐磨钢经中频电炉熔炼，通过脱氧及稀土变质工艺铸造，以及多道次析出强化热处理工艺获得。其组织内包含大量纳米碳化物硬质相。本发明的耐磨钢在复杂应力冲击磨损工况下也具有良好的耐磨性能。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1. 一种纳米碳化物增强耐磨钢，其特征在于，其化学成分的质量百分比为：C：1.35-2.05%，Mn：12.0-21.0%，Al：4.0-7.0%，Si：1.2-1.8%，V：0.05-0.2%，W：0.05-0.2%，N：0.003-0.01%，稀土：0.01-0.03%，S≤0.04%, P≤0.04%，其余为铁和不可避免的杂质；

所述纳米碳化物增强耐磨钢通过以下方法制备得到：原料经熔炼，脱氧及稀土变质工艺铸造，以及多道次析出强化热处理工艺获得，其中：所述热处理包括三道次热处理：第一步，将铸钢以速率≤60℃/h的方式从室温升温至500-700℃，保温3-5h，之后以80℃/h-100℃/h的速率继续升温至1100-1150℃，保温3-5h后水冷至室温；第二步，将上述铸钢以≤60℃/h的方式从室温升温至300-500℃，保温4h后出炉空冷至室温；第三步，将上述铸钢以≤60℃/h的方式从室温升温至500-650℃，保温8h以上后出炉空冷至室温。

2.根据权利要求1所述的纳米碳化物增强耐磨钢，其特征在于，所述纳米碳化物增强耐磨钢含有大量的铁-锰-铝碳化物，以及少量的钒碳化物和钨碳化物。

3. 根据权利要求1所述的纳米碳化物增强耐磨钢，其特征在于，所述纳米碳化物增强耐磨钢的组织为单一奥氏体组织，密度在7.0-7.35 g/cm³之间。

4. 根据权利要求1-3中任一项所述的纳米碳化物增强耐磨钢，其特征在于，所述纳米碳化物增强耐磨钢的维氏硬度≥300 HV，室温冲击吸收功≥60 J。

5.一种根据权利要求1-4中任一项所述的纳米碳化物增强耐磨钢的制备方法，其特征在于，其包括：原料经熔炼，脱氧及稀土变质工艺铸造，以及多道次析出强化热处理工艺获得。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将钢源、锰源、硅源、氮源、钨源和钒源在中频电炉内熔炼后，经脱氧剂处理并调节炉前成分后得到合格钢水，调整温度；

将熔炼好的钢水浇入浇包中，充分静置；

再将浇包内的钢水倒出浇注成铸件、铸件经热处理，即得所述纳米碳化物增强耐磨钢。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将钢源、锰源、硅源、氮源、钨源、钒源在中频电炉中熔炼，熔炼温度为1600-1650℃，经脱氧剂处理并调节炉前成分后得到合格钢水，将熔液温度调节至1460℃-1500℃；

然后将熔炼好的钢水倒入经500℃以上高温预热大于3小时后的浇包，充分静置；

将浇包内的钢水在1380℃-1430℃下浇注成铸件，铸件经热处理得到所述纳米碳化物增强耐磨钢。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，还包括：将熔炼好的钢水倒入浇包前，预先在浇包中加入稀土颗粒与铝粉充分混合的混合物，并在钢水浇入的浇包的过程中分至少3次进一步加入所述混合物。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述热处理包括三道次热处理：第一步，将铸钢以速率≤60℃/h的方式从室温升温至500-700℃，保温3-5h，之后以80℃/h-100℃/h的速率继续升温至1100-1150℃，保温3-5h后水冷至室温；第二步，将上述铸钢以≤60℃/h的方式从室温升温至300-500℃，保温4h后出炉空冷至室温；第三步，将上述铸钢以≤60℃/h的方式从室温升温至500-650℃，保温8h以上后出炉空冷至室温。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的纳米碳化物增强耐磨钢或权利要求5-9中任一项所述制备方法制备得到的纳米碳化物增强耐磨钢在复杂应力冲击磨损工况方面的应用。