專利名稱：超高錳鋼及其制備方法
超高錳鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及錳鋼及其制備方法，具體地說是涉及一種超高錳鋼及其制備方法。
背景技術(shù)：
錳鋼是一種高強(qiáng)度的抗錳鋼，主要用于需要承受沖擊、擠壓、物料磨損等惡劣工況條件，破壞形式以磨損消耗為主，部分?jǐn)嗔?、變形。磨損分為三種金屬構(gòu)件表面間相互接觸并運動的摩擦磨損；其它金屬或非金屬物料打擊金屬表面的磨料磨損和流動氣體或液體與金屬接觸導(dǎo)致的沖蝕磨損。耐磨鋼的耐磨性能取決于材料本身，而抗磨鋼則在不同的工況條件下表現(xiàn)出不同的耐磨性，材料本身和工況條件兩者才能決定其耐磨性能。鑄造耐磨鋼和抗磨鋼以奧氏體錳鋼為主，在一定的條件下經(jīng)適當(dāng)熱處理的低合金鋼也有很好的效果，石墨鋼則用于潤滑摩擦的工況條件。
耐磨高錳鋼特別適用于沖擊磨料磨損和高應(yīng)力碾碎磨料磨損工況，常用于制造球磨機(jī)襯板，錘式破碎機(jī)錘頭，顎式破碎機(jī)顎板，圓錐破碎機(jī)軋白壁、破碎壁，挖掘機(jī)斗齒、斗壁，鐵道道岔，拖拉機(jī)和坦克的履帶板等抗沖擊、抗磨損的鑄件。高錳鋼還用于防彈鋼板， 保險箱鋼板等。高錳鋼是典型的抗磨鋼，鑄態(tài)組織為奧氏體加碳化物。經(jīng)1000° C左右水淬處理后組織轉(zhuǎn)變?yōu)閱我坏膴W氏體或奧氏體加少量碳化物，韌性反而提高，因此稱水韌處理。
水韌處理是一項技術(shù)性高、工藝及參數(shù)要求非常精確的工藝，水韌處理中的最高加熱溫度與高錳鋼中的合金元素之間的比例息息相關(guān)。
由于現(xiàn)有高錳鋼及合金鋼抗沖擊及耐磨性能不理想，導(dǎo)致其在使用過程中損耗較高，為了進(jìn)一步提高高錳鋼抗沖擊及耐磨性，尋求適用于不同工礦下的新鋼種，近年來各國的研究人員在高錳鋼的合金元素的組成及配比上做出了一系列的研究。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一在于提供一種抗沖擊及耐磨性好的超高錳鋼。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之二在于上述超高錳鋼的制備方法。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題之一的一種超高錳鋼，由以下組分按重量百分比組成碳(C) :0. 8 1.0%;錳(Mn) 16 19% ；硅(Si) :0. 3 0.6%;鉻 (Cr) :1. 5 2. 5%;磷(P)小于等于0. 04 ；硫(S)小于等于0. 04 ；其余為鐵。
優(yōu)選碳(C)0. 85 0. 98% ；錳(Mn) 17 18% ；硅(Si) :0· 4 0. 5% ；鉻 (Cr) :1. 8 2. 2%;磷(P)小于等于0. 01 ；硫(S)小于等于0. 01 ；其余為鐵。
最佳配比為碳(C)0. 88% ；錳(Mn) 17. 5% ；硅(Si) 0. 45% ；鉻(Cr) 2% ；磷 (P) :0. 005 ；硫(S) 0. 005 ；其余為鐵。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題之二的一種超高錳鋼的制備方法，包括以下步驟步驟1 首先選擇較好的廢舊錳鋼和廢鋼作為原料；步驟2 冶煉，將上述廢舊錳鋼和廢鋼通過電爐镕成錳鋼水，并加入合金元素進(jìn)行成份調(diào)整，保證成份合格后才出水，出水溫度控制在1650°C進(jìn)行澆注，其成份控制在碳(C):0. 8 1. 0% ；錳(Mn) 16 19% ；硅(Si) :0· 3 0. 6% ；鉻(Cr):l. 5 2. 5% ；磷 (P)小于等于0.04 ；硫(S):小于等于0.04;其余為鐵;步驟3 造型，選擇優(yōu)質(zhì)堿性材料砂作為造型砂，型造好后進(jìn)行上涂料，再進(jìn)行合箱、澆注，澆注溫度控制在1500°C，保溫時間為4小時；步驟4 清砂，澆注完成后，根據(jù)鑄件大小來控制清砂時間； 步驟5 清理鑄件毛刺，打磨檢驗；步驟6 熱處理，把清好砂的鑄件堆放到高溫?zé)崽幚頎t內(nèi)放好，封好爐門，進(jìn)行升溫，溫度升到1100°C后進(jìn)行保溫，保溫6小時；步驟7 淬火，快速將鑄件出爐，出爐溫度控制在1000° C，浸入處于常溫狀態(tài)的水玻璃介質(zhì)中對鑄件局部要求高的部分進(jìn)行間隙式淬火，間隙式淬火時間每次控制在50秒至1分鐘之間，總時間控制在3 5分鐘，然后對鑄件進(jìn)行整體淬火10 15分鐘，淬火過程中鑄件溫度控制在900°C 980°C ；步驟8 再次清理表面以及產(chǎn)品進(jìn)行驗收、進(jìn)庫、堆放、分類入庫。
所述步驟2 中，優(yōu)選碳(C) 0. 85 0. 98% ；錳(Mn) 17 18% ；硅(Si) :0. 4 0. 5%;鉻(Cr) :1. 8 2. 2%;磷(P)小于等于0. 01 ；硫(S)小于等于0.01 ；其余為鐵。
所述步驟2中，最佳成份配比為碳(C) 0. 88% ；錳(Mn) :17. 5% ；硅(Si) :0. 45% ； 鉻(Cr) :2%;磷(P) :0. 005 ；硫(S) 0. 005 ；其余為鐵。
所述步驟4中，40-60mm厚度在6小時開箱，80mm厚度以上8小時再開箱清砂。
所述步驟7中，淬火期間小鑄件溫度偏高控制在925°C 950°C，大鑄件溫度偏低控制在900°C 925"C。
本發(fā)明的優(yōu)點是1、該超高錳鋼中的各合金元素比例合理，特別是關(guān)鍵合金元素錳、碳的比例合理，保證了超高錳鋼的抗沖擊性及耐磨性；該錳鋼屈服強(qiáng)度能達(dá)到418 435MPa，抗拉強(qiáng)度能達(dá)到 793 823MPa，延伸率能達(dá)到38 46%，收縮率能達(dá)到37 40%,沖擊韌度能達(dá)到213 M5J，鑄態(tài)硬度能達(dá)到236 ^OHB,加工強(qiáng)度能達(dá)到575 621HB。
2、該錳鋼的各項性能能夠用于用于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、要求以硬度為主的高沖擊鑄件，如破碎壁，挖掘機(jī)斗齒、斗壁，鐵道道岔等，具有高硬度、高強(qiáng)度的特點。
3、完善了水韌處理工藝，特別是經(jīng)過反復(fù)試驗，給出了最佳的最高加熱溫度，該最高加熱溫度與各合金元素的比例之間的關(guān)系息息相關(guān)。
4、調(diào)整成份時的出水溫度也是反復(fù)論證，得出的臨界點溫度。
5、本超高錳鋼的合金元素中，不含貴重金屬合金，并且在得到與現(xiàn)有的高錳鋼相同或相近的抗沖擊及耐磨性的前提下，該生產(chǎn)工藝更簡單、生產(chǎn)成本低，因此具有良好的市場前景。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限定。
本發(fā)明超高錳鋼是由以下組分按重量百分比組成碳(C) 0. 8 1. 0% ；錳(Mn) 16 19% ；硅(Si) :0. 3 0. 6% ；鉻(Cr) :1. 5 2. 5% ；磷(P)小于等于 0. 04 ；硫(S):小于等于0. 04;其余為鐵。
優(yōu)選碳(C)0. 85 0. 98% ；錳(Mn) 17 18% ；硅(Si) :0· 4 0. 5% ；鉻(Cr) :1. 8 2. 2%;磷(P)小于等于0. 01 ；硫(S)小于等于0. 01 ；其余為鐵。
最佳配比為碳(C)0. 88% ；錳(Mn) 17. 5% ；硅(Si) 0. 45% ；鉻(Cr) 2% ；磷 (P) :0. 005 ；硫(S) 0. 005 ；其余為鐵。
上述的超高錳鋼的制備方法包括以下步驟 步驟1 首先選擇較好的廢舊錳鋼和廢鋼作為原料；步驟2 冶煉，將上述廢舊錳鋼和廢鋼通過電爐镕成錳鋼水，并加入合金元素進(jìn)行成份調(diào)整，保證成份合格后才出水，出水溫度控制在1650°C進(jìn)行澆注，其成份控制在碳(C):0. 8 1. 0% ；錳(Mn) 16 19% ；硅(Si) :0· 3 0. 6% ；鉻(Cr):l. 5 2. 5% ；磷 (P)小于等于0.04 ；硫(S):小于等于0.04;其余為鐵;優(yōu)選碳(C):0. 85 0. 98% ；錳(Mn) 17 18% ；硅(Si) :0· 4 0. 5% ；鉻(Cr) 1. 8 2. 2%;磷(P)小于等于0.01 ；硫(S)小于等于0.01 ；其余為鐵;最佳配比為碳(C) 0. 88% ；錳(Mn) 17. 5% ；硅(Si) :0. 45% ；鉻(Cr) :2% ；磷 (P) 0. 005 ；硫(S) 0. 005 ；其余為鐵；步驟3 造型，選擇優(yōu)質(zhì)堿性材料砂作為造型砂，型造好后進(jìn)行上涂料，再進(jìn)行合箱、澆注，澆注溫度控制在1500°C，保溫時間為4小時；步驟4 清砂，澆注完成后，根據(jù)鑄件大小來控制清砂時間； 步驟5 清理鑄件毛刺，打磨檢驗；步驟6 熱處理，把清好砂的鑄件堆放到高溫?zé)崽幚頎t內(nèi)放好，封好爐門，進(jìn)行升溫，溫度升到1100°C后進(jìn)行保溫，保溫6小時；步驟7 淬火，快速將鑄件出爐，出爐溫度控制在1000° C，浸入處于常溫狀態(tài)的水玻璃介質(zhì)中對鑄件局部要求高的部分進(jìn)行間隙式淬火，間隙式淬火時間每次控制在50秒至1分鐘之間，總時間控制在3 5分鐘，然后對鑄件進(jìn)行整體淬火10 15分鐘，淬火過程中鑄件溫度控制在900°C 980°C ；其中，淬火期間小鑄件溫度偏高控制在925°C 950°C，大鑄件溫度偏低控制在900°C 925°C ；步驟8 再次清理表面以及產(chǎn)品進(jìn)行驗收、進(jìn)庫、堆放、分類入庫。
上述步驟中，冶煉、造型、清砂、清理、熱處理等生產(chǎn)過程與現(xiàn)有高錳鋼生產(chǎn)類似， 關(guān)鍵點是控制工藝的時間和溫度。
本發(fā)明的超高錳鋼與目前傳統(tǒng)配方及生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的高錳鋼相比，具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能和使用性能，具體情況見下表所示指標(biāo)(平均值)磨后硬度沖擊韌性(J/cm2)抗拉強(qiáng)度(N/mm2)使用壽命傳統(tǒng)高錳鋼HV sS 450彡90>800 6個月傳統(tǒng)中碳合金鋼HV560 610彡15>900 9個月本發(fā)明超高錳鋼HV 彡 680彡70彡 1000 12個月從上表中可以看出，本發(fā)明超高錳鋼既具有一定的沖擊韌性，又具有優(yōu)良的磨后硬度， 經(jīng)實際使用表明，本發(fā)明超高錳鋼的使用壽命較傳統(tǒng)的高錳鋼及中碳合金鋼提高了 50% 100%以上。
雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式
，但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，我們所描述的具體的實施例只是說明性的，而不是用于對本發(fā)明的范圍的限定，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在依照本發(fā)明的精神所作的等效的修飾以及變化，都應(yīng)當(dāng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求所保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超高錳鋼，其特征在于由以下組分按重量百分比組成碳(C) :0. 8 1. 0% ；錳 (Mn) 16 19% ；硅(Si) :0. 3 0. 6% ；鉻(Cr):l. 5 2. 5% ；磷(P):小于等于 0. 04 ；硫(S): 小于等于0. 04;其余為鐵。
2.如權(quán)利要求1所述的超高錳鋼，其特征在于優(yōu)選碳(C)0. 85 0. 98% ；錳(Mn) 17 18% ；硅(Si) :0. 4 0. 5% ；鉻(Cr) :1. 8 2. 2% ；磷(P)小于等于 0. 01 ；硫(S):小于等于0.01 ；其余為鐵。
3.如權(quán)利要求1所述的超高錳鋼，其特征在于最佳配比為碳(C)0. 88% ；錳(Mn) 17. 5% ；硅(Si) :0. 45% ；鉻(Cr) :2% ；磷(P) :0. 005 ；硫(S) 0. 005 ；其余為鐵。
4.一種超高錳鋼的制備方法，其特征在于包括以下步驟步驟1 首先選擇較好的廢舊錳鋼和廢鋼作為原料；步驟2:冶煉，將上述廢舊錳鋼和廢鋼通過電爐镕成錳鋼水，并加入合金元素進(jìn)行成份調(diào)整，保證成份合格后才出水，出水溫度控制在1650°C進(jìn)行澆注，其成份控制在碳(C):0. 8 1. 0% ；錳(Mn) 16 19% ；硅(Si) :0· 3 0. 6% ；鉻(Cr):l. 5 2. 5% ；磷 (P)小于等于0.04 ；硫(S):小于等于0.04;其余為鐵;步驟3 造型，選擇優(yōu)質(zhì)堿性材料砂作為造型砂，型造好后進(jìn)行上涂料，再進(jìn)行合箱、澆注，澆注溫度控制在1500°C，保溫時間為4小時；步驟4 清砂，澆注完成后，根據(jù)鑄件大小來控制清砂時間；步驟5 清理鑄件毛刺，打磨檢驗；步驟6 熱處理，把清好砂的鑄件堆放到高溫?zé)崽幚頎t內(nèi)放好，封好爐門，進(jìn)行升溫，溫度升到1100°C后進(jìn)行保溫，保溫6小時；步驟7 淬火，快速將鑄件出爐，出爐溫度控制在1000° C，浸入處于常溫狀態(tài)的水玻璃介質(zhì)中對鑄件局部要求高的部分進(jìn)行間隙式淬火，間隙式淬火時間每次控制在50秒至1分鐘之間，總時間控制在3 5分鐘，然后對鑄件進(jìn)行整體淬火10 15分鐘，淬火過程中鑄件溫度控制在900°C 980°C ；步驟8 再次清理表面以及產(chǎn)品進(jìn)行驗收、進(jìn)庫、堆放、分類入庫。
5.如權(quán)利要求4所述的超高錳鋼的制備方法，其特征在于所述步驟2中，優(yōu)選碳 (C):0. 85 0. 98% ；錳(Mn) 17 18% ；硅(Si) :0· 4 0. 5% ；鉻(Cr):l. 8 2. 2% ；磷(P): 小于等于0.01 ；硫(S)小于等于0.01 ；其余為鐵。
6.如權(quán)利要求4所述的超高錳鋼的制備方法，其特征在于所述步驟2中，最佳成份配比為碳(C) 0. 88% ；錳(Mn) 17. 5% ；硅(Si) :0. 45% ；鉻(Cr) :2% ；磷(P) :0. 005 ；硫(S) 0. 005 ；其余為鐵。
7.如權(quán)利要求4所述的超高錳鋼的制備方法，其特征在于所述步驟4中，40-60mm厚度在6小時開箱，80mm厚度以上8小時再開箱清砂。
8.如權(quán)利要求4所述的中錳鋼的制備方法，其特征在于淬火期間小鑄件溫度偏高控制在925°C 950°C，大鑄件溫度偏低控制在900°C 925°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超高錳鋼，由以下組分按重量百分比組成碳(C)0.8～1.0%；錳(Mn)16～19%；硅(Si):0.3～0.6%；鉻(Cr):1.5～2.5%；磷(P):小于等于0.04；硫(S)小于等于0.04；其余為鐵。其制備方法包括首先選擇原料；冶煉，保證成份合格后才出水，出水溫度控制在1650oC進(jìn)行澆注；造型，型造好后進(jìn)行上涂料，再進(jìn)行合箱、澆注；清砂清理鑄件毛刺，打磨檢驗；熱處理，把清好砂的鑄件堆放到高溫?zé)崽幚頎t內(nèi)放好，封好爐門，進(jìn)行升溫，溫度升到1100oC后進(jìn)行保溫，保溫6小時快速出爐入水淬火；再次清理表面以及產(chǎn)品進(jìn)行驗收、進(jìn)庫、堆放、分類入庫。本發(fā)明的優(yōu)點是保證了超高錳鋼的抗擊性及耐磨性好，生產(chǎn)工藝更簡單、生產(chǎn)成本低，具有良好的市場前景。
文檔編號C21D1/18GK102534404SQ20111040265
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者張秋蓮, 徐平, 徐志勇, 梅寶, 梅百榮, 沈同貴, 陳瑋 申請人:銅陵安東鑄鋼有限責(zé)任公司