CN1028656C - 一种耐磨低合金钢 - Google Patents
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Abstract
本发明属于合金钢领域。主要适用于针织机耐磨零部件。其主要特征是它的化学成分(重量%)为：C1.25～1.55%，Mn0.35～0.85%，Cr1.40～1.90%，V0.1～0.6%，RE0.1～0.3%，Si＜0.35%，余为Fe。最终金相组织为：隐针状回火马氏体基体+碳化物+残余奥氏体。该钢不仅具有较高的硬度，而且具有较好的韧性，同时，铸造性能好，铸件成品率高。
Description
本发明属于合金钢领域。主要用作针织机耐磨材料。
针织机走针凸轮的耐磨性和综合经济性是评定针织机优劣的主要标志之一。国内外，长期使用W18Cr4V钢、GCr15钢、Cr12Mo钢等作为针织机走针凸轮的材料。其中，W18Cr4V和Cr12Mo钢含贵重的W、Cr元素达12～22%，且需要高温加热淬火，能耗大，热处理工艺较复杂;而GCr15钢用作走针凸轮材料时，耐磨性较差，使用寿命短（《合金钢钢种手册》第二册、第三册，冶金工业出版社，1983年）。
瑞士专利CH660884提供一种耐磨低合金钢，用于制造纺织起绒机上的配件。由于该钢的碳铬含量偏低，且硬度较差，将导致较差的耐磨性，故不宜用作针织机走针凸轮材料。
本发明的目的在于提供一种耐磨性能优异的耐磨低合金钢。
象针织机走针凸轮之类的零部件，其磨损形式是另一钢性零部件（如钢针）对它造成的小能量的持续的冲击磨损和粘着磨损。为了确保这类凸轮具有良好的耐磨性能，凸轮本身应具有足够高的硬度和韧性，两者必须兼顾，实践证明单纯的高硬度并不能达到提高凸轮耐磨性能的目的，需要的是硬度与韧性的良好配合，以及材料本身具有适宜的金相显微组织。同时，出于节材、节能等经济合理性的要求，应尽量减少合金元素的含量，并避免采用高温热处理，以降低能耗。
基于上述理由，本发明耐磨低合金钢的化学成分（重量%）为：C1.25～1.55%，Mn0.35～0.85%，Cr1.40～1.90%，V0.1～0.6%，RE0.1～0.3%，Si＜0.35%，余为Fe。
在上述化学成分中，碳是通常钢中所采用的最廉价的强化元素。碳在钢中主要以固溶或生成碳化物的形式存在。碳在α铁中的固溶量是有限的，过高的碳量并不能有效地提高钢的硬度，反而会增加钢的脆性，因此，在本发明中，碳以1.25～1.55%为宜。
铬与铁能形成连续固溶体，并能与碳（铁）形成多种碳化物。钢中加入一定量的铬，能提高硬度和强度，随着铬含量的增加，钢的抗拉强度和硬度也显著上升，因此，铬是耐磨钢中常采用的化学元素。但加入过多的铬，在经济上是不合理的。故本发明的铬含量控制在1.40～1.90%。
钒和碳有极强的亲和力，它在钢中主要以碳化物形态存在。钒在钢中的主要作用是细化组织和晶粒，提高钢的强度和韧性;钒的碳化物具有极高的硬度和耐磨性。在本发明中，其含量为0.1～0.6%。
本发明中加入稀土的目的：一是改善钢的铸造性能，增加钢流的流动性，并改善钢锭或铸件的表面质量，提高铸件成品率;二是提高钢的塑性和韧性，因为稀土具有脱氧、脱硫、脱气，减少夹杂物的作用，因此，可改善钢的塑性和韧性，另一方面，稀土元素的硫化物、氧化物及其它化合物在钢液凝固过程中，都是结晶核心，故有效地细化了晶粒及钢的组织，这也有利于提高钢的塑性和韧性。因为除了足够高的硬度外，具有良好的韧性，也是提高针织机凸轮耐磨性能的重要条件，这正是本发明加入稀土的主要目的之一。
本发明经冶炼炉溶炼后，钢水可浇铸成钢锭，再锻造或轧制成材;钢水也可直接洗铸成铸件，提供使用。最终热处理制度：淬火温度820～880℃，油冷，硬度达HRC63～66，回火温度140～200℃，空冷，硬度HRC为62～65。最终金相组织为：隐针状回火马氏体基体+碳化物+残余臭氏体。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
（1）不仅具有较高的硬度，而且还具有较好的韧性，故耐磨性能好。
（2）最终热处理温度低，可以节约能源。
（3）铸造性能好，铸件成品率高。
实施例
根据本发明所述的化学成分范围，在普通感应炉上冶炼了4炉本发明钢。为了对比，同时同一设
备还冶炼了一炉不含稀土的、其它成分与本发明一致的对比例钢号;另外，还分别冶炼了一炉W18Cr4V钢和一炉GCr15钢。其具体化学成分如表1所示。7炉钢冶炼后，一部分钢水浇铸成铸锭，一部分钢水直接浇铸成铸坯，钢锭随后锻造成坯。将铸坯和锻坯进行退火，再加工成试样，然后进行淬火和回火热处理，其热处理制度如表2所示。对经热处理并磨制的铸、锻试样进行磨痕宽度试验和硬度试验，试验结果如表3所示。另外，还测试了铸件成品率和铸件晶粒度，其结果如表4所示。
磨痕宽度是在环-块磨损试验机上试验测试的。
表1实施例及对比例的化学成分（Wt%）
元素
C Si Mn Cr V RE Fe 备注
炉号
1 1.26 0.29 0.55 1.41 0.26 0.12 余 铸件
本 2 1.55 0.30 0.84 1.90 0.59 0.15 余 铸件
发
明 3 1.40 0.32 0.65 1.71 0.45 0.09 余 铸件
4 1.45 0.28 0.60 1.81 0.50 0.10 余 铸件
对比例 1.50 0.31 0.71 1.85 0.52 / 余 铸件
W18Cr4V 0.75 0.35 0.31 4.40 1.05 W18.50 余 锻件
GCr15 0.98 0.29 0.44 1.50 / 余 锻件
表2实施例及对比例热处理制度
热处理
退火处理 淬火处理 回火处理
炉号
1 840℃，炉冷 880℃，油冷 140℃，空冷
本 2 850℃，炉冷 820℃，油冷 190℃，空冷
发
明 3 830℃，炉冷 840℃，油冷 160℃，空冷
4 840℃，炉冷 850℃，油冷 150℃，空冷
对比例 840℃，炉冷 850℃，油冷 160℃，空冷
W18Cr4V 880℃，炉冷 1280℃，油冷 560℃，3次回火
GCr15 800℃，空冷 840℃，油冷 170℃，空冷
表3实施例及对比例性能
项目
磨痕宽度（mm） 硬度（HRC）
炉号
1 4.80 63
本 2 4.35 64
发
明 3 5.00 63.5
4 4.25 65
对比例 5.34 63
W18Cr4V 5.07 66
GCr15 6.05 63
表4实施例与对比例铸造性能及晶粒度
项目
铸造成品率 晶粒度
炉号 （%） （级）
1 90 10
本 2 95 11～10
发
明 3 93 10
4 / 11～10
对比例 85 9
Claims (2)
1、一种耐磨低合金钢，其特征在于化学成分(重量%)为：C1.25～1.55%，Mn0.35～0.85%，Cr1.40～1.90%，V0.1～0.6%，RE0.1～0.3%，余为Fe。
2、根据权利要求所述的低合金钢，其特征在于化学成分（重量%）中，Si＜0.35%。
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