1.本發(fā)明屬于金屬及其熱處理技術領域，尤其涉及一種高鉻高碳鑄鋼及其多階段熱處理方法。

背景技術：

2.高鉻高碳鑄鋼具有許多吸引人的性能，如高強度、高硬度、抗合金元素溶解和碳化物析出引起的變形。常規(guī)成分采用常規(guī)的冶金路線加工這種鋼特別困難。主要的挑戰(zhàn)是，傳統(tǒng)的靜態(tài)鑄錠鑄造相對緩慢的冷卻過程會形成粗大的網狀共晶碳化物，這些連續(xù)的含鉻的網狀碳化物結構在大尺寸鑄錠的熱變形過程中會引起明顯的裂紋。雖然高鉻高碳鋼也進行常規(guī)熱處理，采用簡單的淬火-回火處理，可以獲得較高的硬度，但網狀碳化物依然不能被消除，影響后續(xù)的加工和使用。

3.目前，也有人對高鉻高碳鋼的熱處理進行更深入的研究。

4.專利1為gcr15軸承鋼的熱處理工藝與本專利中高鉻高碳鋼的化學成分有本質區(qū)別且具體熱處理工藝有明顯區(qū)別；專利2為耐磨鋼板的熱處理工藝，而本專利為耐磨鑄鋼，兩者存在明顯區(qū)別，并且熱處理工藝也存在明顯區(qū)別；專利3是一種高碳鉻工具鋼精密零件的精準熱處理淬火工藝，成分與本專利有本質區(qū)別，且熱處理工藝與本專利存在明顯區(qū)別；

5.1.高碳鉻鋼的水基淬火熱處理工藝，專利申請?zhí)枺篶n201110159675.7。該專利及軸承零件熱處理方法，具體涉及gcr15鋼制滾動體水基淬火工藝。采用水基淬火工藝，硬度梯度平緩，本發(fā)明方法處理后的gcr15鋼制滾動體，其熱處理質量得到完全符合國家標準的顯微組織，滿足標準要求。但是該方法的熱處理工藝不適合對鑄鋼網狀碳化物的消除。

6.2.一種高碳鉻工具鋼精密零件的精準熱處理淬火工藝，專利申請?zhí)枺篶n201810722228.x。該專利屬于工具鋼材料熱處理領域，材料為瑞典進口的一種高碳、高鉻萊氏體冷作模具鋼assab xw-5，其主要合金成份為2.05％c 12.5％cr 1.3％w 0.8％mo 0.3％si的材料；根據不同的工件硬度要求采用不同的回火溫度，以滿足精密沖模兩刀口需要的較小設計硬度差，不同的工件厚度采用不同的保溫時間、以可靠地保證其淬透性和精確地控制材料內部晶細化組織均勻穩(wěn)定，使零件耐磨性好、壽命長、可靠性高、尺寸穩(wěn)定，達到精密零件的使用要求；其熱處理方法為：(1)將厚度相差小于5mm的工件放入淬火爐中分兩次預熱至150℃；(2)在淬火爐中分兩級加熱至淬火溫度并保溫t；(3)將工件出爐風冷至50-70℃；(4)將工件兩次入回火爐t℃回火保溫t，出爐空冷。但是該方法的熱處理工藝也不適合對鑄鋼網狀碳化物的消除。

7.因此，有必要提供一種全新的成分體系，并配合適合的消除高鉻高碳鑄鋼網狀碳化物的熱處理方法。

技術實現(xiàn)要素：

8.本發(fā)明的目的是為了解決高鉻高碳鑄鋼內部網狀碳化物對鑄鋼性能造成影響的問題，提供了一種高韌性高鉻高碳鑄鋼及其熱處理方法。本發(fā)明將高鉻高碳鋼鑄錠經過均

勻化處理、淬火和高溫回火消除了網狀碳化物，大幅度提升了高鉻高碳鋼的韌性，拓寬了高鉻高碳鋼在耐沖擊磨損領域的應用。

9.為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的的技術方案之一為，一種高韌性高鉻高碳鑄鋼，其按重量百分比計，化學成分如下：c 0.9～1.1％，si 0.3～0.6％，mn 0.6～0.9％，p＜0.001，s＜0.001％，cr 9～11％，余量為鐵和不可避免的雜質。

10.進一步的，上述的高韌性高鉻高碳鑄鋼，其按重量百分比計，化學成分如下：c 1.0％，si 0.5％，mn 0.8％，p＜0.001，s＜0.001％，cr 9.5％，余量為鐵和不可避免的雜質。

11.為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的的技術方案之二為，一種高鉻高碳鑄鋼多階段熱處理方法，包括如下步驟：

12.1)對上高鉻高碳鋼的鑄錠進行均勻化處理；

13.高鉻高碳鋼按重量百分比計，化學成分如下：c 0.9～1.1％，si 0.3～0.6％，mn 0.6～0.9％，p＜0.001，s＜0.001％，cr 9～11％，余量為鐵和不可避免的雜質；

14.較好的，高鉻高碳鋼按重量百分比計，化學成分如下：c 1.0％，si 0.5％，mn 0.8％，p＜0.001，s＜0.001％，cr 9.5％，余量為鐵和不可避免的雜質；

15.2)對鑄錠進行淬火處理；

16.3)再對鑄錠進行高溫回火處理得到最終產品。

17.其中，步驟1)中的均勻化處理的制度為：均勻化處理溫度為該成分的高鉻高碳鋼的a

ccm

線以上20～50℃；保溫時間根據的經驗公式制定，t＝a

×k×

d，t(時間，min)、a(達到淬火溫度的加熱系數)、k(裝爐修正系數)、d(工件有效厚度，mm)，a一般取1～1.5min/mm，k取1.3，隨后水冷至室溫；

18.步驟2)中的淬火的制度為：淬火溫度為在平衡相圖中碳化物質量分數在3～8％的溫度區(qū)間，即平衡相圖中m7c3型碳化物與奧氏體同時存在的兩相區(qū)；保溫時間2～3h，然后空冷至室溫；

19.步驟3)中的高溫回火制度為：高溫回火溫度550～650℃，保溫時間2～3h，然后空冷至室溫。

20.上述的高鉻高碳鑄鋼多階段熱處理方法，經熱處理后的高鉻高碳鑄鋼的硬度為35.3～48hrc，沖擊韌性為5.1～24.5j/cm2。

21.為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的的技術方案之三為，上述的高鉻高碳鑄鋼的應用：可以作為球磨機用磨球、熱軋軋輥、復合耐磨襯板耐磨層等。

22.與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下：

23.1、本發(fā)明所述的多階段熱處理方法可以消除高鉻高碳鑄鋼的網狀碳化物結構，大幅提升高鉻高碳鋼的韌性。

24.2、本發(fā)明熱處理后得到高鉻高碳鑄鋼的硬度達到44.5hrc，沖擊韌性達到14.7j/cm2。

附圖說明

25.圖1為實施例3的高鉻高碳鋼鑄態(tài)sem圖；

26.圖2為實施例3的高鉻高碳鋼熱處理后的sem圖(40μm)；

27.圖3為實施例3的高鉻高碳鋼熱處理后的sem圖(2μm)。

具體實施方式

28.以下實施例中的鑄錠是由真空感應熔煉爐完成的；鑄造鑄錠所用鑄型為砂型。

29.實施例1

30.試樣尺寸為10mm

×

10mm

×

60mm，所用的高鉻高碳鋼按重量百分比計，化學成分如下：c 1.0％，si 0.5％，mn 0.8％，p＜0.001，s＜0.001％，cr 9.5％，余量為鐵和不可避免的雜質。

31.具體工藝過程如下：

32.(1)將冶煉后的高鉻高碳鋼澆入砂型中，在空氣中自然冷卻，切取尺寸為10mm

×

10mm

×

60mm的熱處理試樣。

33.(2)對試樣進行均勻化處理，在1250℃下保溫2h，水冷至室溫。

34.(3)均勻化后的試樣進行淬火，在1100℃保溫2h，空冷至室溫。

35.(4)最后進行高溫回火，在550℃保溫2h，空冷至室溫。

36.實施例2

37.試樣尺寸為10mm

×

10mm

×

60mm，所用的高鉻高碳鋼按重量百分比計，化學成分如下：c 1.0％，si 0.5％，mn 0.8％，p＜0.001，s＜0.001％，cr 9.5％，余量為鐵和不可避免的雜質。

38.具體工藝過程如下：

39.(1)將冶煉后的高鉻高碳鋼澆入砂型中，在空氣中自然冷卻，切取尺寸為10mm

×

10mm

×

60mm的熱處理試樣。

40.(2)對試樣進行均勻化處理，在1250℃下保溫2h，水冷至室溫。

41.(3)均勻化后的試樣進行淬火，在1100℃保溫2h，空冷至室溫。

42.(4)最后進行高溫回火，在600℃保溫2h，空冷至室溫。

43.經上述熱處理工藝制得的高鉻高碳鋼，硬度較高，韌性好。

44.實施例3

45.試樣尺寸為10mm

×

10mm

×

60mm，所用的高鉻高碳鋼按重量百分比計，化學成分如下：c 1.0％，si 0.5％，mn 0.8％，p＜0.001，s＜0.001％，cr 9.5％，余量為鐵和不可避免的雜質。

46.具體工藝過程如下：

47.(1)將冶煉后的高鉻高碳鋼澆入砂型中，在空氣中自然冷卻，切取尺寸為10mm

×

10mm

×

60mm的熱處理試樣。

48.(2)對試樣進行均勻化處理，在1250℃下保溫2h，水冷至室溫。

49.(3)均勻化后的試樣進行淬火，在1100℃保溫2h，空冷至室溫。

50.(4)最后進行高溫回火，在650℃保溫2h，空冷至室溫。

51.使用本發(fā)明所公開的多階段熱處理工藝可用于成分為高鉻高碳鋼的零件或產品。

52.高鉻高碳鋼性能對比如表1所示。

53.表1高鉻高碳鋼力學性能對比

[0054][0055]

由表1可知，通過本發(fā)明熱處理的高鉻高碳鑄鋼的力學性能得到了較大的提升。高鉻高碳鋼鑄態(tài)與本發(fā)明熱處理方法處理后的sem微觀組織分別如圖1(鑄態(tài))和圖2、3(實施例3)所示，采用本發(fā)明的方法得到的鑄鋼的網狀碳化物結構得到消除,。

[0056]

實施例4

[0057]

試樣尺寸為30mm

×

20mm

×

120mm，所用的高鉻高碳鋼按重量百分比計，化學成分如下：c 0.9％，si 0.3％，mn 0.6％，p＜0.001，s＜0.001％，cr 9.0％，余量為鐵和不可避免的雜質。

[0058]

具體工藝過程如下：

[0059]

(1)將冶煉后的高鉻高碳鋼澆入砂型中，在空氣中自然冷卻。

[0060]

(2)對試樣進行均勻化處理，在1230℃下保溫3h，水冷至室溫。

[0061]

(3)均勻化后的試樣進行淬火，在1092℃保溫3h，空冷至室溫。

[0062]

(4)最后進行高溫回火，在600℃保溫3h，空冷至室溫。

[0063]

實施例5

[0064]

試樣尺寸為30mm

×

20mm

×

120mm，所用的高鉻高碳鋼按重量百分比計，化學成分如下：c 1.1％，si 0.6％，mn 0.9％，p＜0.001，s＜0.001％，cr 11.0％，余量為鐵和不可避免的雜質。

[0065]

具體工藝過程如下：

[0066]

(1)將冶煉后的高鉻高碳鋼澆入砂型中，在空氣中自然冷卻。

[0067]

(2)對試樣進行均勻化處理，在1260℃下保溫2.5h，水冷至室溫。

[0068]

(3)均勻化后的試樣進行淬火，在1103℃保溫2.5h，空冷至室溫。

[0069]

(4)最后進行高溫回火，在600℃保溫2.5h，空冷至室溫。

[0070]

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。技術特征：

1.一種高韌性高鉻高碳鑄鋼，其特征在于，所述高鉻高碳鑄鋼按重量百分比計，化學成分如下：c 0.9～1.1％，si 0.3～0.6％，mn 0.6～0.9％，p＜0.001，s＜0.001％，cr 9～11％，余量為鐵和不可避免的雜質。2.根據權利要求1所述的高韌性高鉻高碳鑄鋼，其特征在于，所述高鉻高碳鑄鋼按重量百分比計，化學成分如下：c 1.0％，si 0.5％，mn 0.8％，p＜0.001，s＜0.001％，cr 9.5％，余量為鐵和不可避免的雜質。3.權利要求1或2所述高韌性高鉻高碳鑄鋼的熱處理方法，其特征在于，包括如下步驟：1)對高鉻高碳鑄鋼的鑄錠進行均勻化處理；2)對鑄錠進行淬火處理；3)再對鑄錠進行高溫回火處理得到最終產品。4.根據權利要求3所述高韌性高鉻高碳鑄鋼的熱處理方法，其特征在于，步驟1)中的均勻化處理的制度為：均勻化處理溫度為該成分的高鉻高碳鋼的a

ccm

線以上20～50℃；保溫時間根據的經驗公式制定，t＝a

×

k

×

d，隨后水冷至室溫。5.根據權利要求3所述高韌性高鉻高碳鑄鋼的熱處理方法，其特征在于，步驟2)中的淬火的制度為：淬火溫度為在平衡相圖中碳化物質量分數在3～8％的溫度區(qū)間；保溫時間2～3h，然后空冷至室溫。6.根據權利要求3所述高韌性高鉻高碳鑄鋼的熱處理方法，其特征在于，步驟3)中的高溫回火制度為：高溫回火溫度550～650℃，保溫時間2～3h，然后空冷至室溫。7.根據權利要求3所述高韌性高鉻高碳鑄鋼的熱處理方法，其特征在于，經熱處理后的高鉻高碳鑄鋼的硬度為35.3～48hrc，沖擊韌性為5.1～24.5j/cm2。8.權利要求1所述高韌性高鉻高碳鑄鋼的應用，其特征在于，作為球磨機用磨球、熱軋軋輥或復合耐磨襯板耐磨層。

技術總結

本發(fā)明的目的是為了解決高鉻高碳鑄鋼內部網狀碳化物對鑄鋼性能造成影響的問題，提供了一種高韌性高鉻高碳鑄鋼及其熱處理方法，屬于金屬熱處理技術領域。本發(fā)明的高韌性高鉻高碳鑄鋼化學成分如下：C 0.9～1.1％，Si 0.3～0.6％，Mn 0.6～0.9％，P＜0.001，S＜0.001％，Cr 9～11％，余量為鐵和不可避免的雜質。該熱處理方法包括如下步驟：1)對高鉻高碳鋼鑄錠進行均勻化處理；2)對鑄錠進行淬火處理；3)再對鑄錠進行高溫回火處理得到最終產品。本發(fā)明將高鉻高碳鋼鑄錠經過均勻化處理、淬火和高溫回火消除了網狀碳化物，大幅度提升了高鉻高碳鋼的韌性，拓寬了高鉻高碳鋼在耐沖擊磨損領域的應用。應用。應用。

技術研發(fā)人員：于洪軍 高志喆 王永金 陳小艷 王興鋒 馬澤天 宋傳頌馨 路明

受保護的技術使用者：鞍鋼集團礦業(yè)有限公司

技術研發(fā)日：2021.12.24

技術公布日：2022/4/22