1.本发明属于金属及其热处理技术领域，尤其涉及一种高铬高碳铸钢及其多阶段热处理方法。
背景技术：
2.高铬高碳铸钢具有许多吸引人的性能，如高强度、高硬度、抗合金元素溶解和碳化物析出引起的变形。常规成分采用常规的冶金路线加工这种钢特别困难。主要的挑战是，传统的静态铸锭铸造相对缓慢的冷却过程会形成粗大的网状共晶碳化物，这些连续的含铬的网状碳化物结构在大尺寸铸锭的热变形过程中会引起明显的裂纹。虽然高铬高碳钢也进行常规热处理，采用简单的淬火-回火处理，可以获得较高的硬度，但网状碳化物依然不能被消除，影响后续的加工和使用。
3.目前，也有人对高铬高碳钢的热处理进行更深入的研究。
4.专利1为gcr15轴承钢的热处理工艺与本专利中高铬高碳钢的化学成分有本质区别且具体热处理工艺有明显区别；专利2为耐磨钢板的热处理工艺，而本专利为耐磨铸钢，两者存在明显区别，并且热处理工艺也存在明显区别；专利3是一种高碳铬工具钢精密零件的精准热处理淬火工艺，成分与本专利有本质区别，且热处理工艺与本专利存在明显区别；
5.1.高碳铬钢的水基淬火热处理工艺，专利申请号：cn201110159675.7。该专利及轴承零件热处理方法，具体涉及gcr15钢制滚动体水基淬火工艺。采用水基淬火工艺，硬度梯度平缓，本发明方法处理后的gcr15钢制滚动体，其热处理质量得到完全符合国家标准的显微组织，满足标准要求。但是该方法的热处理工艺不适合对铸钢网状碳化物的消除。
6.2.一种高碳铬工具钢精密零件的精准热处理淬火工艺，专利申请号：cn201810722228.x。该专利属于工具钢材料热处理领域，材料为瑞典进口的一种高碳、高铬莱氏体冷作模具钢assab xw-5，其主要合金成份为2.05％c 12.5％cr 1.3％w 0.8％mo 0.3％si的材料；根据不同的工件硬度要求采用不同的回火温度，以满足精密冲模两刀口需要的较小设计硬度差，不同的工件厚度采用不同的保温时间、以可靠地保证其淬透性和精确地控制材料内部晶细化组织均匀稳定，使零件耐磨性好、寿命长、可靠性高、尺寸稳定，达到精密零件的使用要求；其热处理方法为：(1)将厚度相差小于5mm的工件放入淬火炉中分两次预热至150℃；(2)在淬火炉中分两级加热至淬火温度并保温t；(3)将工件出炉风冷至50-70℃；(4)将工件两次入回火炉t℃回火保温t，出炉空冷。但是该方法的热处理工艺也不适合对铸钢网状碳化物的消除。
7.因此，有必要提供一种全新的成分体系，并配合适合的消除高铬高碳铸钢网状碳化物的热处理方法。
技术实现要素：
8.本发明的目的是为了解决高铬高碳铸钢内部网状碳化物对铸钢性能造成影响的问题，提供了一种高韧性高铬高碳铸钢及其热处理方法。本发明将高铬高碳钢铸锭经过均
匀化处理、淬火和高温回火消除了网状碳化物，大幅度提升了高铬高碳钢的韧性，拓宽了高铬高碳钢在耐冲击磨损领域的应用。
9.为了实现本发明的目的所采用的的技术方案之一为，一种高韧性高铬高碳铸钢，其按重量百分比计，化学成分如下：c 0.9～1.1％，si 0.3～0.6％，mn 0.6～0.9％，p＜0.001，s＜0.001％，cr 9～11％，余量为铁和不可避免的杂质。
10.进一步的，上述的高韧性高铬高碳铸钢，其按重量百分比计，化学成分如下：c 1.0％，si 0.5％，mn 0.8％，p＜0.001，s＜0.001％，cr 9.5％，余量为铁和不可避免的杂质。
11.为了实现本发明的目的所采用的的技术方案之二为，一种高铬高碳铸钢多阶段热处理方法，包括如下步骤：
12.1)对上高铬高碳钢的铸锭进行均匀化处理；
13.高铬高碳钢按重量百分比计，化学成分如下：c 0.9～1.1％，si 0.3～0.6％，mn 0.6～0.9％，p＜0.001，s＜0.001％，cr 9～11％，余量为铁和不可避免的杂质；
14.较好的，高铬高碳钢按重量百分比计，化学成分如下：c 1.0％，si 0.5％，mn 0.8％，p＜0.001，s＜0.001％，cr 9.5％，余量为铁和不可避免的杂质；
15.2)对铸锭进行淬火处理；
16.3)再对铸锭进行高温回火处理得到最终产品。
17.其中，步骤1)中的均匀化处理的制度为：均匀化处理温度为该成分的高铬高碳钢的a
ccm
线以上20～50℃；保温时间根据的经验公式制定，t＝a
×k×
d，t(时间，min)、a(达到淬火温度的加热系数)、k(装炉修正系数)、d(工件有效厚度，mm)，a一般取1～1.5min/mm，k取1.3，随后水冷至室温；
18.步骤2)中的淬火的制度为：淬火温度为在平衡相图中碳化物质量分数在3～8％的温度区间，即平衡相图中m7c3型碳化物与奥氏体同时存在的两相区；保温时间2～3h，然后空冷至室温；
19.步骤3)中的高温回火制度为：高温回火温度550～650℃，保温时间2～3h，然后空冷至室温。
20.上述的高铬高碳铸钢多阶段热处理方法，经热处理后的高铬高碳铸钢的硬度为35.3～48hrc，冲击韧性为5.1～24.5j/cm2。
21.为了实现本发明的目的所采用的的技术方案之三为，上述的高铬高碳铸钢的应用：可以作为球磨机用磨球、热轧轧辊、复合耐磨衬板耐磨层等。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
23.1、本发明所述的多阶段热处理方法可以消除高铬高碳铸钢的网状碳化物结构，大幅提升高铬高碳钢的韧性。
24.2、本发明热处理后得到高铬高碳铸钢的硬度达到44.5hrc，冲击韧性达到14.7j/cm2。
附图说明
25.图1为实施例3的高铬高碳钢铸态sem图；
26.图2为实施例3的高铬高碳钢热处理后的sem图(40μm)；
27.图3为实施例3的高铬高碳钢热处理后的sem图(2μm)。
具体实施方式
28.以下实施例中的铸锭是由真空感应熔炼炉完成的；铸造铸锭所用铸型为砂型。
29.实施例1
30.试样尺寸为10mm
×
10mm
×
60mm，所用的高铬高碳钢按重量百分比计，化学成分如下：c 1.0％，si 0.5％，mn 0.8％，p＜0.001，s＜0.001％，cr 9.5％，余量为铁和不可避免的杂质。
31.具体工艺过程如下：
32.(1)将冶炼后的高铬高碳钢浇入砂型中，在空气中自然冷却，切取尺寸为10mm
×
10mm
×
60mm的热处理试样。
33.(2)对试样进行均匀化处理，在1250℃下保温2h，水冷至室温。
34.(3)均匀化后的试样进行淬火，在1100℃保温2h，空冷至室温。
35.(4)最后进行高温回火，在550℃保温2h，空冷至室温。
36.实施例2
37.试样尺寸为10mm
×
10mm
×
60mm，所用的高铬高碳钢按重量百分比计，化学成分如下：c 1.0％，si 0.5％，mn 0.8％，p＜0.001，s＜0.001％，cr 9.5％，余量为铁和不可避免的杂质。
38.具体工艺过程如下：
39.(1)将冶炼后的高铬高碳钢浇入砂型中，在空气中自然冷却，切取尺寸为10mm
×
10mm
×
60mm的热处理试样。
40.(2)对试样进行均匀化处理，在1250℃下保温2h，水冷至室温。
41.(3)均匀化后的试样进行淬火，在1100℃保温2h，空冷至室温。
42.(4)最后进行高温回火，在600℃保温2h，空冷至室温。
43.经上述热处理工艺制得的高铬高碳钢，硬度较高，韧性好。
44.实施例3
45.试样尺寸为10mm
×
10mm
×
60mm，所用的高铬高碳钢按重量百分比计，化学成分如下：c 1.0％，si 0.5％，mn 0.8％，p＜0.001，s＜0.001％，cr 9.5％，余量为铁和不可避免的杂质。
46.具体工艺过程如下：
47.(1)将冶炼后的高铬高碳钢浇入砂型中，在空气中自然冷却，切取尺寸为10mm
×
10mm
×
60mm的热处理试样。
48.(2)对试样进行均匀化处理，在1250℃下保温2h，水冷至室温。
49.(3)均匀化后的试样进行淬火，在1100℃保温2h，空冷至室温。
50.(4)最后进行高温回火，在650℃保温2h，空冷至室温。
51.使用本发明所公开的多阶段热处理工艺可用于成分为高铬高碳钢的零件或产品。
52.高铬高碳钢性能对比如表1所示。
53.表1高铬高碳钢力学性能对比
[0054][0055]
由表1可知，通过本发明热处理的高铬高碳铸钢的力学性能得到了较大的提升。高铬高碳钢铸态与本发明热处理方法处理后的sem微观组织分别如图1(铸态)和图2、3(实施例3)所示，采用本发明的方法得到的铸钢的网状碳化物结构得到消除,。
[0056]
实施例4
[0057]
试样尺寸为30mm
×
20mm
×
120mm，所用的高铬高碳钢按重量百分比计，化学成分如下：c 0.9％，si 0.3％，mn 0.6％，p＜0.001，s＜0.001％，cr 9.0％，余量为铁和不可避免的杂质。
[0058]
具体工艺过程如下：
[0059]
(1)将冶炼后的高铬高碳钢浇入砂型中，在空气中自然冷却。
[0060]
(2)对试样进行均匀化处理，在1230℃下保温3h，水冷至室温。
[0061]
(3)均匀化后的试样进行淬火，在1092℃保温3h，空冷至室温。
[0062]
(4)最后进行高温回火，在600℃保温3h，空冷至室温。
[0063]
实施例5
[0064]
试样尺寸为30mm
×
20mm
×
120mm，所用的高铬高碳钢按重量百分比计，化学成分如下：c 1.1％，si 0.6％，mn 0.9％，p＜0.001，s＜0.001％，cr 11.0％，余量为铁和不可避免的杂质。
[0065]
具体工艺过程如下：
[0066]
(1)将冶炼后的高铬高碳钢浇入砂型中，在空气中自然冷却。
[0067]
(2)对试样进行均匀化处理，在1260℃下保温2.5h，水冷至室温。
[0068]
(3)均匀化后的试样进行淬火，在1103℃保温2.5h，空冷至室温。
[0069]
(4)最后进行高温回火，在600℃保温2.5h，空冷至室温。
[0070]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。技术特征：
1.一种高韧性高铬高碳铸钢，其特征在于，所述高铬高碳铸钢按重量百分比计，化学成分如下：c 0.9～1.1％，si 0.3～0.6％，mn 0.6～0.9％，p＜0.001，s＜0.001％，cr 9～11％，余量为铁和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的高韧性高铬高碳铸钢，其特征在于，所述高铬高碳铸钢按重量百分比计，化学成分如下：c 1.0％，si 0.5％，mn 0.8％，p＜0.001，s＜0.001％，cr 9.5％，余量为铁和不可避免的杂质。3.权利要求1或2所述高韧性高铬高碳铸钢的热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：1)对高铬高碳铸钢的铸锭进行均匀化处理；2)对铸锭进行淬火处理；3)再对铸锭进行高温回火处理得到最终产品。4.根据权利要求3所述高韧性高铬高碳铸钢的热处理方法，其特征在于，步骤1)中的均匀化处理的制度为：均匀化处理温度为该成分的高铬高碳钢的a
ccm
线以上20～50℃；保温时间根据的经验公式制定，t＝a
×
k
×
d，随后水冷至室温。5.根据权利要求3所述高韧性高铬高碳铸钢的热处理方法，其特征在于，步骤2)中的淬火的制度为：淬火温度为在平衡相图中碳化物质量分数在3～8％的温度区间；保温时间2～3h，然后空冷至室温。6.根据权利要求3所述高韧性高铬高碳铸钢的热处理方法，其特征在于，步骤3)中的高温回火制度为：高温回火温度550～650℃，保温时间2～3h，然后空冷至室温。7.根据权利要求3所述高韧性高铬高碳铸钢的热处理方法，其特征在于，经热处理后的高铬高碳铸钢的硬度为35.3～48hrc，冲击韧性为5.1～24.5j/cm2。8.权利要求1所述高韧性高铬高碳铸钢的应用，其特征在于，作为球磨机用磨球、热轧轧辊或复合耐磨衬板耐磨层。
技术总结
本发明的目的是为了解决高铬高碳铸钢内部网状碳化物对铸钢性能造成影响的问题，提供了一种高韧性高铬高碳铸钢及其热处理方法，属于金属热处理技术领域。本发明的高韧性高铬高碳铸钢化学成分如下：C 0.9～1.1％，Si 0.3～0.6％，Mn 0.6～0.9％，P＜0.001，S＜0.001％，Cr 9～11％，余量为铁和不可避免的杂质。该热处理方法包括如下步骤：1)对高铬高碳钢铸锭进行均匀化处理；2)对铸锭进行淬火处理；3)再对铸锭进行高温回火处理得到最终产品。本发明将高铬高碳钢铸锭经过均匀化处理、淬火和高温回火消除了网状碳化物，大幅度提升了高铬高碳钢的韧性，拓宽了高铬高碳钢在耐冲击磨损领域的应用。应用。应用。
技术研发人员：于洪军 高志喆 王永金 陈小艳 王兴锋 马泽天 宋传颂馨 路明
受保护的技术使用者：鞍钢集团矿业有限公司
技术研发日：2021.12.24
技术公布日：2022/4/22
声明：
“高韧性高铬高碳铸钢及其热处理方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：鞍钢集团矿业有限公司
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2024年05月17日 ~ 19日 
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