高强、高韧、高耐磨性低碳铬钼合金铸钢及热处理工艺的制作方法

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高强、高韧、高耐磨性低碳铬钼合金铸钢及热处理工艺的制作方法

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https://www.xjishu.com/zhuanli/24/202411612885.html

本文介绍了一种新型的高强、高韧、高耐磨性低碳铬钼合金铸钢及其热处理工艺。这种合金钢通过优化化学成分和热处理工艺，实现了高强度、高韧性与高耐磨性的完美结合，同时将硬度控制在合理范围内，有效提高了铸件的使用寿命和使用效率。

背景技术

AS-1444-Grade4320是一种低碳铬钼合金结构钢，广泛应用于需要高强度、耐磨性和良好韧性的零件和结构制造中。其化学成分及其质量百分比为：C:0.17wt％~~0.22wt％，Si:0.15wt％~~0.35wt％，Mn:0.45wt％~~0.65wt％，S:≤0.04wt％，P:≤0.035wt％，Cr:≤0.70wt％~~0.90wt％，Mo:≤0.20wt％~~0.30wt％，Ni:1.65wt％~~2.00wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。经过调质处理后，可以获得以下性能指标：抗拉强度≥1000MPa、屈服强度≥850MPa、延伸率≥9%、冲击功≥20J（20℃）、硬度≥330HB。

这种合金钢常用于矿山机械，在使用过程中易遭受外力撞击和磨损，因此需要较高的强度、韧性和耐磨性。当用作履带板产品时，对材料的性能指标要求为：抗拉强度≥1000MPa、屈服强度≥850MPa、延伸率≥9%、冲击功≥20J（20℃）、硬度为270HB-300HB。然而，过大的硬度容易导致铸件发生脆性断裂，缩短产品寿命，增大生产成本。因此，如何使该合金钢在获得较高强度的同时，也可以获得较高耐磨性，并把硬度控制在合理范围内，进而提高矿山机械铸件的耐久性和使用寿命是当前亟需解决的问题。

技术实现思路

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，解决AS-1444-Grade4320合金钢经热处理后硬度不足、综合力学性能需进一步提升的技术问题。本发明提供一种高强、高韧、高耐磨性低碳铬钼合金铸钢及热处理工艺，通过化学成分设计及后续铸件热处理工艺，满足AS-1444-Grade4320合金钢高强度、高耐磨性且不易发生脆变的要求。

合金钢化学成分

一种高强、高韧、高耐磨性低碳铬钼合金铸钢，其化学成分及其质量百分比为：C:0.23wt%~~0.25wt%，Si:0.45wt%-0.55wt%，Mn:0.8wt%~~1.0wt%，S:≤0.030wt%，P:≤0.030wt%，Cr:0.75wt%~~0.9wt%，Mo:0.40wt%~~0.45wt%，Ni:≤1.40wt%，Cu:≤0.030wt%，Al:0.30wt%~0.60wt%，V:≤0.030wt%，余量为Fe及不可避免的杂质。

Si:0.45wt％~~0.55wt％、Mn:0.80wt％~~1.0wt％，本发明在成分设计过程中适当提高Si、Mn含量上限，可以提高铸钢件的强度和硬度，同时还能改善其耐热性能和耐磨性能；
Al:0.30wt％~0.60wt%、V:≤0.030wt%，本发明在成分设计过程中适当地添加铝元素，可以显著提高铸钢件的强度、塑性和韧性，还可以通过调节铁素体和奥氏体的相对比例，影响铸钢件的热处理行为和组织结构，提高钢件的抗变形性能；适当地添加钒元素，可以显著提高铸钢件的耐磨性和抗腐蚀性能，还可以加快钢件的晶粒细化速度，在加热过程中促进碳化物的析出，从而提高钢件的强度和硬度；
总之，本发明通过适当提高C、Si、Mn元素的含量，提高机体强度上限，配合Cr、Mo、Ni等合金元素的调整，改善合金组织。

热处理工艺

一种高强、高韧、高耐磨性低碳铬钼合金铸钢的热处理工艺，采用“正火+淬火+回火”的热处理工艺方法进行处理，包括以下步骤：

根据高强、高韧、高耐磨性低碳铬钼合金铸钢的化学成分及其质量百分比铸造成型铸钢件，将铸钢件放入加热炉中进行正火处理：正火温度为905℃~~915℃，保温时间为6h~~8h，保温结束后空冷至室温，通过正火处理温度的调整，可以更好地均匀化学成分，细化晶粒，消除铸造应力；
淬火处理：将步骤s1正火处理后的铸钢件从室温加热至855℃~~865℃，保温时间为5h~~6h，保温结束后放入水中快速冷却；重新加热后保温温度较正火温度降低，保温时间缩短，目的是既要实现材料的完全奥氏体转化，又要防止晶粒粗化；
回火处理：将步骤s2淬火处理后的铸钢件从室温加热至520℃~~540℃，保温时间为3h~~5h，保温结束后出炉空冷，完成铸钢件热处理。

根据本发明合金钢铸件的化学成分，其经过“正火+淬火+回火”热处理工艺，金相组织为回火索氏体，晶粒度达到9级，在获得较高强度、韧性及耐磨性的同时，硬度控制在（270~300）HB的范围内，大大降低铸件发生脆变的几率。

进一步的，铸钢件最终热处理后的力学性能为：抗拉强度：1000MPa~~1200MPa，屈服强度：900MPa~~1050MPa，延伸率≥14%，冲击功≥40J，硬度为280HB~300HB。

有益效果

本发明提供的低碳铬钼合金钢铸件的优点在于其强度、韧性、耐磨性得到明显提升，同时将铸件硬度控制的合理范围内，更有利于匹配其耐磨性能，大大降低了铸件发生脆变的可能性，提高耐磨性能和抗疲劳等综合服役性能，有效提高铸件的寿命和使用效率，降低生产成本。采用本发明热处理后的合金钢铸件，可应用于机械制造零部件轮毂、传动轴、大型联轴器和卡盘，及矿山机械领域，如矿山起重机、矿用皮带输送机等需要承受大荷载和严苛工况的设备。

技术特征

高强、高韧、高耐磨性低碳铬钼合金铸钢，其特征在于，所述低碳铬钼合金铸钢的化学成分及其质量百分比为：C:0.23wt%~~0.25wt%，Si:0.45wt%-0.55wt%，Mn:0.8wt%~~1.0wt%，S:≤0.030wt%，P:≤0.030wt%，Cr:0.75wt%~~0.9wt%，Mo:0.40wt%~~0.45wt%，Ni:≤1.40wt%，Cu:≤0.030wt%，Al:0.30wt%~0.60wt%，V:≤0.030wt%，余量为Fe及不可避免的杂质。
如权利要求1所述的高强、高韧、高耐磨性低碳铬钼合金铸钢的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
根据权利要求1所述的高强、高韧、高耐磨性低碳铬钼合金铸钢的热处理工艺，其特征在于，铸钢件最终热处理后的金相组织为回火索氏体，晶粒度达到9级，力学性能为：抗拉强度：1000MPa~~1200MPa，屈服强度：900MPa~~1050MPa，延伸率≥14%，冲击功≥40J，硬度为280HB~300HB。

技术总结

一种高强、高韧、高耐磨性低碳铬钼合金铸钢及热处理工艺，属于铸钢及热处理技术领域，解决AS-1444-Grade4320合金钢经热处理后及综合力学性不足的技术问题，解决方案为：对低碳铬钼合金铸钢的化学成分及其质量百分比进行设计，通过适当提高C、Si、Mn元素的含量，提高机体强度上限，配合Cr、Mo、Ni等合金元素的调整，改善合金组织；在成分设计的基础上，采用“正火+淬火+回火”的热处理工艺，热处理后金相组织为回火索氏体，晶粒度达到9级，其强度、韧性、耐磨性得到明显提升，同时将铸件硬度控制的合理范围内，更有利于匹配其耐磨性能，提高耐磨性能和抗疲劳等综合服役性能，有效提高铸件的寿命和使用效率。