一种低合金耐磨钢 本发明涉及一种广泛应用于矿山、煤碳、建材等工业领域的筒体衬板、端衬板及隔子板等耐磨易损件的高强度低合金马氏耐磨钢。
目前冶金矿山及煤碳等工业部门球磨机衬板国内一般均习惯于采用ZGMn13，国内采用镍硬(Ni-HaRd)铸铁或一般低合金耐磨钢。使用寿命差异较大，一般为半年或更多一点的时间。国内衬板磨耗平均达0.25公斤/吨矿山。用ZGMn13制作球磨机衬板对于中小型磨机不易形成冲击硬化层；对湿式磨机，由于矿浆的粘性及球层的缓冲作用，更不能使高锰钢产生良好的加工硬化，使ZGMn13的耐磨潜力得不到充分发挥，而镍硬铸铁属脆性材料冲击值太低，应用受到限制，在国内球磨机衬板设计方面未作相应改变之前，不能轻意采用。况且，镍为稀缺贵重元素，根据我国资源情况，亦不允许使用。
而一般低合金耐磨钢，由于材质化学成份和生产工艺上不能保证衬板硬度与冲击韧性良好配合，造成一般低合金钢衬板在使用中易出现两种情况：衬板硬度有余，但韧性不足，造成产品开裂：韧性有余，但硬度不足，造成使用寿命下降。多数情况是，低合金耐磨钢硬度高，主要缺陷是韧性储备不足，应用受到限制。
本发明的目的就是在常规低合金耐磨钢基础上，根据工况条件的要求，研究出一种从材质化学成份到生产工艺既保证足够的硬度，又有适当韧性的高强度低合金马氏体耐磨钢。
本发明所述的这种低合金耐磨钢，其化学成份及含量如下(重量％)
C 0.25-0.50
Si 1.0-1.5
Mn 1.5-1.9
P ≤0.04
S ≤0.04
Cr 1.0-1.40
Mo 0.2-0.4
V 0.05-0.10
B 0.001-0.003
Re 0.02-0.05
其余为Fe
(1)碳：含量是影响钢铁材料性能最关键、最主要的元素之一。对于本发明高强度低合金马氏体耐磨钢亦不例外。材质处理后的最大淬硬硬度主要取决于含碳量。合金元素对材质的最大硬度影响不大，但合金元素深深地影响到特定尺寸和断面最大硬度所能达到的深度。因此，本发明强调产品需要的硬度(淬硬硬度)来确定材质的含碳量。含碳过高有淬裂的危险。故本发明确定材质的含碳量范围较宽：0.25-0.50％。根据工况条件可选用下限、中限和上限值。
(2)锰：在给定的含碳量下，增加淬透性最便宜地方法就是增大锰含量。锰显著地降低钢的Ar温度和奥氏体(A)的分解速度，锰还可显者地降低钢的临界淬火速度，但锰也不能过高，过高的含锰量将增加淬火后的残余奥氏体量(RA)。本发明锰含量控制在1.5-1.9(％)。
(3)硅：硅的加入也能提高淬透性并使第一步回火脆性温度增高，硅对奥氏体(A)晶粒长大有阻碍作用，可抵消加铬和锰所带来的副作用，但硅过高易产生淬火裂纹，故硅含量选择在1.0-1.5％为宜。
(4)铬：本材质加入一定量的铬，归纳起来有三个作用：
(i)提高本材质的淬透性；
(ii)增强抗腐蚀能力；
(iii)增强回火抗力和耐磨性。
但过量的铬易析出针状马氏体，促进钢的回火脆性及热敏感性。为此，将铬限制在1.0-1.4(％)。
(5)钼：钼是一种有效的强化物，它能显著地抑制贝氏体和铁素体的转变，在经淬火和回火的低合金耐磨钢中，钼能细化晶粒、增加淬透性和减少对回火脆性的敏感性。钼与铬相似，可增加材质抗腐蚀能力。同时加入Cr、Mo易得到板条状马氏体，可提高本材质的综合机械性能。但钼量若过多，易析出针状马氏体，目钼成本很高。故将钼控制在0.2-0.4％为宜。
(6)钒：根据少量加入几种合金元素比大量加入一种或两种合金元素能有效地提高淬透性的原理。本发明钒是作为微量合金化元素加入的。V形成VC或V4V3和VN，硬度很高；V能细化晶粒，提高耐磨性，加入一定的钒有利于马氏体的转变。但钒是贵重元素，本发明钒量控制在0.05-0.10％的微量范围。
(7)稀土-硼复合变质剂：我国稀土和硼资源丰富。价格亦低廉。稀土在钢中的机理目前仍未完全弄清楚。但一般认为稀土的主要作用是净化钢液，可降低〖O〗、〖H〗、〖S〗含量，改善非金属夹杂形状、大小和分布，细化晶粒，可消除或减轻柱状晶。硼有强烈改善钢的淬透性能力，这是硼在本材质中的主要作用。
本发明对耐磨钢液采用Re-B复合变质处理。其目的是改善马氏体耐磨钢的韧性αk(J/cm2)经验证明：钢液变质与否，材质韧性确有较大差异，试验证明：用稀土或硼单独变质处理，对材质韧性的提高不及用稀土-硼复合变质处理。
但过量的稀土及硼量是不允许的。硼量过多，晶介上硼的硼化物会导至钢的脆性增加；稀土量过多，也将起反作用。故规定B＝0.001-0.003％ Re 0.02-0.04％。
(8)磷、硫含量：磷、硫含量越低越好。本发明材质规定P、S含量≤0.04％。
本发明所述的低合金耐磨钢充分发挥我国资源优势，利用硼(B)、稀土(Re)复合变质剂作用，提高冲击韧性(αk)和断裂韧性(Kic)值。为保证较大截面衬板中能诱发生在马氏体，钢中加入保证淬透性的合金元素：Si、Mn、Cr、Mo。并有意识地充分利用廉价的Mn、Si元素进行合金化。加入少量的钒(V)，作为微合金化元素。加入Cr和Mo，除提高耐磨性外，亦有一定的抗腐蚀性。
实施例1
用碱性电弧炉来冶炼本低合金耐磨钢，化学成份按下面比例配比(重量百分比)加入钢水内，
C 0.4
Si 1.0
Mn 1.6
Cr 1.2
Mo 0.25
V 0.08
B 0.0017
Re 0.03
P ＜0.03
S ＜0.02
冶炼：
首先电弧炉炼钢、氧化期脱碳量≥0.35％C，白渣还原，
然后加入Re-B，对钢液进行变质处理，
出钢后可在盛钢桶内吹氩(Ar)。压力≈0.03MPa，时间为2-3分钟。
用此冶炼好的钢水铸造φ1.5×1.5m球磨机衬板，使用寿命比高锰钢的使用寿命提高了约1.5倍，机械性能如下：
HRc＝50.5，冲击韧性αk58J/cm2，断裂韧性Kic＝117MPa/M，强度极限＝1680MPa，屈服极限δ0.2＝1274MPa，
经过热处理后所得金相组织为：
回火马氏体+少量下贝氏体+少量残余奥氏体
实施例2
用实施例1所述的方法冶炼本低合金耐磨钢化学成份按下面比例配比(重量百分比)加入钢水内，
C 0.5
Si 1.5
Mn 1.9
Cr 1.40
Mo 0.4
V 0.10
B 0.003
Re 0.05
P 0.04
S 0.04
用此冶炼好的钢水铸造中、小型湿式球磨机衬板，其抗冲击性能虽不及高猛钢，但其所具备的冲击韧性完全可适用于这类工况条件，综合耐磨寿命高于高猛钢。成本低于高猛钢。
机械性能如下：
强度极限δb＝1670MPa
屈服极限δ＝1270MPa
冲击韧性αkJ/cm2
HRC＝50
断裂韧性Kic＝117MPa/M
经过热处理后所得金相组织为：
M回+B(少量)+RA(少量)
实施例3
用实施例1、2所述的方法冶炼本低合金耐磨钢，化学成份按下面比例配比(重量百分比)加入钢水中。
C 0.25
Si 1.0
Mn 1.5
Cr 1.0
Mo 0.2
V 0.05
B 0.001
Re 0.02
P 0.02
S 0.01
用此冶炼好的钢水铸造破碎齿板，锤头，板锤、护板、对辊等工件，使用寿命大大高于高猛钢，成本低于高猛钢。
机械性能如下：
HRC＝50.5
冲击韧性αk58J/cm2
强度极限σb＝1765MPa
屈服极限σs＝1430MPa
断裂韧性Kic＝117MPa/M
回火后金相组织：
M回+B(少量)+RA(少量)