超高錳鋼及其製備方法
2023-06-04 14:30:51
專利名稱：超高錳鋼及其製備方法
超高錳鋼及其製備方法
技術領域：
本發明涉及錳鋼及其製備方法，具體地說是涉及一種超高錳鋼及其製備方法。
背景技術：
錳鋼是一種高強度的抗錳鋼，主要用於需要承受衝擊、擠壓、物料磨損等惡劣工況條件，破壞形式以磨損消耗為主，部分斷裂、變形。磨損分為三種金屬構件表面間相互接觸並運動的摩擦磨損；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致的衝蝕磨損。耐磨鋼的耐磨性能取決於材料本身，而抗磨鋼則在不同的工況條件下表現出不同的耐磨性，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，在一定的條件下經適當熱處理的低合金鋼也有很好的效果，石墨鋼則用於潤滑摩擦的工況條件。
耐磨高錳鋼特別適用於衝擊磨料磨損和高應力碾碎磨料磨損工況，常用於製造球磨機襯板，錘式破碎機錘頭，顎式破碎機顎板，圓錐破碎機軋白壁、破碎壁，挖掘機鬥齒、鬥壁，鐵道道岔，拖拉機和坦克的履帶板等抗衝擊、抗磨損的鑄件。高錳鋼還用於防彈鋼板， 保險箱鋼板等。高錳鋼是典型的抗磨鋼，鑄態組織為奧氏體加碳化物。經1000° C左右水淬處理後組織轉變為單一的奧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性高、工藝及參數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。
由於現有高錳鋼及合金鋼抗衝擊及耐磨性能不理想，導致其在使用過程中損耗較高，為了進一步提高高錳鋼抗衝擊及耐磨性，尋求適用於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。
發明內容本發明所要解決的技術問題之一在於提供一種抗衝擊及耐磨性好的超高錳鋼。
本發明所要解決的技術問題之二在於上述超高錳鋼的製備方法。
本發明是通過以下技術方案解決上述技術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% ；矽(Si) :0. 3 0.6%;鉻 (Cr) :1. 5 2. 5%;磷(P)小於等於0. 04 ；硫(S)小於等於0. 04 ；其餘為鐵。
優選碳(C)0. 85 0. 98% ；錳(Mn) 17 18% ；矽(Si) :0· 4 0. 5% ；鉻 (Cr) :1. 8 2. 2%;磷(P)小於等於0. 01 ；硫(S)小於等於0. 01 ；其餘為鐵。
最佳配比為碳(C)0. 88% ；錳(Mn) 17. 5% ；矽(Si) 0. 45% ；鉻(Cr) 2% ；磷 (P) :0. 005 ；硫(S) 0. 005 ；其餘為鐵。
本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題之二的一種超高錳鋼的製備方法，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鎔成錳鋼水，並加入合金元素進行成份調整，保證成份合格後才出水，出水溫度控制在1650°C進行澆注，其成份控制在碳(C):0. 8 1. 0% ；錳(Mn) 16 19% ；矽(Si) :0· 3 0. 6% ；鉻(Cr):l. 5 2. 5% ；磷 (P)小於等於0.04 ；硫(S):小於等於0.04;其餘為鐵;步驟3 造型，選擇優質鹼性材料砂作為造型砂，型造好後進行上塗料，再進行合箱、澆注，澆注溫度控制在1500°C，保溫時間為4小時；步驟4 清砂，澆注完成後，根據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熱處理爐內放好，封好爐門，進行升溫，溫度升到1100°C後進行保溫，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，浸入處於常溫狀態的水玻璃介質中對鑄件局部要求高的部分進行間隙式淬火，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，然後對鑄件進行整體淬火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品進行驗收、進庫、堆放、分類入庫。
所述步驟2 中，優選碳(C) 0. 85 0. 98% ；錳(Mn) 17 18% ；矽(Si) :0. 4 0. 5%;鉻(Cr) :1. 8 2. 2%;磷(P)小於等於0. 01 ；硫(S)小於等於0.01 ；其餘為鐵。
所述步驟2中，最佳成份配比為碳(C) 0. 88% ；錳(Mn) :17. 5% ；矽(Si) :0. 45% ； 鉻(Cr) :2%;磷(P) :0. 005 ；硫(S) 0. 005 ；其餘為鐵。
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。
本發明的優點是1、該超高錳鋼中的各合金元素比例合理，特別是關鍵合金元素錳、碳的比例合理，保證了超高錳鋼的抗衝擊性及耐磨性；該錳鋼屈服強度能達到418 435MPa，抗拉強度能達到 793 823MPa，延伸率能達到38 46%，收縮率能達到37 40%,衝擊韌度能達到213 M5J，鑄態硬度能達到236 ^OHB,加工強度能達到575 621HB。
2、該錳鋼的各項性能能夠用於用於結構較為複雜、要求以硬度為主的高衝擊鑄件，如破碎壁，挖掘機鬥齒、鬥壁，鐵道道岔等，具有高硬度、高強度的特點。
3、完善了水韌處理工藝，特別是經過反覆試驗，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係息息相關。
4、調整成份時的出水溫度也是反覆論證，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，並且在得到與現有的高錳鋼相同或相近的抗衝擊及耐磨性的前提下，該生產工藝更簡單、生產成本低，因此具有良好的市場前景。
下面結合實施例對本發明作進一步的描述，以使本領域的技術人員可以更好的理解本發明並能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。
本發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% ；矽(Si) :0. 3 0. 6% ；鉻(Cr) :1. 5 2. 5% ；磷(P)小於等於 0. 04 ；硫(S):小於等於0. 04;其餘為鐵。
優選碳(C)0. 85 0. 98% ；錳(Mn) 17 18% ；矽(Si) :0· 4 0. 5% ；鉻(Cr) :1. 8 2. 2%;磷(P)小於等於0. 01 ；硫(S)小於等於0. 01 ；其餘為鐵。
最佳配比為碳(C)0. 88% ；錳(Mn) 17. 5% ；矽(Si) 0. 45% ；鉻(Cr) 2% ；磷 (P) :0. 005 ；硫(S) 0. 005 ；其餘為鐵。
上述的超高錳鋼的製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鎔成錳鋼水，並加入合金元素進行成份調整，保證成份合格後才出水，出水溫度控制在1650°C進行澆注，其成份控制在碳(C):0. 8 1. 0% ；錳(Mn) 16 19% ；矽(Si) :0· 3 0. 6% ；鉻(Cr):l. 5 2. 5% ；磷 (P)小於等於0.04 ；硫(S):小於等於0.04;其餘為鐵;優選碳(C):0. 85 0. 98% ；錳(Mn) 17 18% ；矽(Si) :0· 4 0. 5% ；鉻(Cr) 1. 8 2. 2%;磷(P)小於等於0.01 ；硫(S)小於等於0.01 ；其餘為鐵;最佳配比為碳(C) 0. 88% ；錳(Mn) 17. 5% ；矽(Si) :0. 45% ；鉻(Cr) :2% ；磷 (P) 0. 005 ；硫(S) 0. 005 ；其餘為鐵；步驟3 造型，選擇優質鹼性材料砂作為造型砂，型造好後進行上塗料，再進行合箱、澆注，澆注溫度控制在1500°C，保溫時間為4小時；步驟4 清砂，澆注完成後，根據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熱處理爐內放好，封好爐門，進行升溫，溫度升到1100°C後進行保溫，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，浸入處於常溫狀態的水玻璃介質中對鑄件局部要求高的部分進行間隙式淬火，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，然後對鑄件進行整體淬火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品進行驗收、進庫、堆放、分類入庫。
上述步驟中，冶煉、造型、清砂、清理、熱處理等生產過程與現有高錳鋼生產類似， 關鍵點是控制工藝的時間和溫度。
本發明的超高錳鋼與目前傳統配方及生產工藝生產的高錳鋼相比，具有優異的綜合力學性能和使用性能，具體情況見下表所示指標(平均值)磨後硬度衝擊韌性(J/cm2)抗拉強度(N/mm2)使用壽命傳統高錳鋼HV sS 450彡90>800 6個月傳統中碳合金鋼HV560 610彡15>900 9個月本發明超高錳鋼HV 彡 680彡70彡 1000 12個月從上表中可以看出，本發明超高錳鋼既具有一定的衝擊韌性，又具有優良的磨後硬度， 經實際使用表明，本發明超高錳鋼的使用壽命較傳統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明的具體實施方式
，但是熟悉本技術領域的技術人員應當理解，我們所描述的具體的實施例只是說明性的，而不是用於對本發明的範圍的限定，熟悉本領域的技術人員在依照本發明的精神所作的等效的修飾以及變化，都應當涵蓋在本發明的權利要求所保護的範圍內。
權利要求
1.一種超高錳鋼，其特徵在於由以下組分按重量百分比組成碳(C) :0. 8 1. 0% ；錳 (Mn) 16 19% ；矽(Si) :0. 3 0. 6% ；鉻(Cr):l. 5 2. 5% ；磷(P):小於等於 0. 04 ；硫(S): 小於等於0. 04;其餘為鐵。
2.如權利要求1所述的超高錳鋼，其特徵在於優選碳(C)0. 85 0. 98% ；錳(Mn) 17 18% ；矽(Si) :0. 4 0. 5% ；鉻(Cr) :1. 8 2. 2% ；磷(P)小於等於 0. 01 ；硫(S):小於等於0.01 ；其餘為鐵。
3.如權利要求1所述的超高錳鋼，其特徵在於最佳配比為碳(C)0. 88% ；錳(Mn) 17. 5% ；矽(Si) :0. 45% ；鉻(Cr) :2% ；磷(P) :0. 005 ；硫(S) 0. 005 ；其餘為鐵。
4.一種超高錳鋼的製備方法，其特徵在於包括以下步驟步驟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鎔成錳鋼水，並加入合金元素進行成份調整，保證成份合格後才出水，出水溫度控制在1650°C進行澆注，其成份控制在碳(C):0. 8 1. 0% ；錳(Mn) 16 19% ；矽(Si) :0· 3 0. 6% ；鉻(Cr):l. 5 2. 5% ；磷 (P)小於等於0.04 ；硫(S):小於等於0.04;其餘為鐵;步驟3 造型，選擇優質鹼性材料砂作為造型砂，型造好後進行上塗料，再進行合箱、澆注，澆注溫度控制在1500°C，保溫時間為4小時；步驟4 清砂，澆注完成後，根據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熱處理爐內放好，封好爐門，進行升溫，溫度升到1100°C後進行保溫，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，浸入處於常溫狀態的水玻璃介質中對鑄件局部要求高的部分進行間隙式淬火，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，然後對鑄件進行整體淬火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品進行驗收、進庫、堆放、分類入庫。
5.如權利要求4所述的超高錳鋼的製備方法，其特徵在於所述步驟2中，優選碳 (C):0. 85 0. 98% ；錳(Mn) 17 18% ；矽(Si) :0· 4 0. 5% ；鉻(Cr):l. 8 2. 2% ；磷(P): 小於等於0.01 ；硫(S)小於等於0.01 ；其餘為鐵。
6.如權利要求4所述的超高錳鋼的製備方法，其特徵在於所述步驟2中，最佳成份配比為碳(C) 0. 88% ；錳(Mn) 17. 5% ；矽(Si) :0. 45% ；鉻(Cr) :2% ；磷(P) :0. 005 ；硫(S) 0. 005 ；其餘為鐵。
7.如權利要求4所述的超高錳鋼的製備方法，其特徵在於所述步驟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.如權利要求4所述的中錳鋼的製備方法，其特徵在於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%；矽(Si):0.3～0.6%；鉻(Cr):1.5～2.5%；磷(P):小於等於0.04；硫(S)小於等於0.04；其餘為鐵。其製備方法包括首先選擇原料；冶煉，保證成份合格後才出水，出水溫度控制在1650oC進行澆注；造型，型造好後進行上塗料，再進行合箱、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熱處理爐內放好，封好爐門，進行升溫，溫度升到1100oC後進行保溫，保溫6小時快速出爐入水淬火；再次清理表面以及產品進行驗收、進庫、堆放、分類入庫。本發明的優點是保證了超高錳鋼的抗擊性及耐磨性好，生產工藝更簡單、生產成本低，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 優先權日2011年12月7日
發明者張秋蓮, 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任公司