一種用於耐磨鑄件的含鎢高錳鋼的製作方法
2023-05-22 15:18:56
專利名稱：一種用於耐磨鑄件的含鎢高錳鋼的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於鑄造的合金鋼，特別涉及一種用於破碎金屬(黑色和有色)非金屬(石頭、煤炭、水泥熟料等)機械中使用的耐磨鑄件的含鎢高錳鋼。
背景技術：
在歐美等發達國家，廢舊汽車回收數量巨大。回收後，通常的做法是，取出電瓶等個別零部件，將汽車壓扁，整體送入破碎機器中，用高速旋轉的錘頭反覆敲擊，破碎成鋼廠用的回爐料。此類機器還廣泛用於破碎其它黑色和有色金屬，以及非金屬(石頭，煤，水泥熟料等)。
舉例在美國銷量較大的四種類型的破碎機，轉速分別為RPM720、600、514、450。機器越大，轉速越低。此轉速是指安裝上錘頭的多根軸圍繞破碎室中心的轉速。軸公轉時，錘頭在軸上自轉。
國外專家對高速旋轉達的錘頭的離心力進行了計算，以90KG小錘頭為例，達300多噸。如此大的離心力砸在破碎物上，反作用於錘頭，使它承受的是衝擊磨損。在破碎機器中，90kg的錘頭尚屬小的，大的錘頭可達900磅重，約合400kg。對錘頭用材料提出了較高的要求。
眾所周知，高錳鋼在大的衝擊負荷下，表面產生冷作硬化，形成高耐磨的表面層，而內層奧氏體仍保持著良好的韌性。但從向美國提供此類錘頭的國內生產企業處得知，普通高錳鋼的韌性尚不足以滿足錘頭等鑄件的要求，必須在高錳鋼中加入Mo。美國ASTM A 128/A128M中的E-2化學成分為高錳鋼中加1.8-2.1％Mo；在美國企業標準中也有含Mo的高錳鋼。因為鉬在鋼冷凝時能改善奧氏體沿樹枝晶發展的傾向，並能提高奧氏體的穩定性，抑制碳化物的析出消除晶界上的網狀碳化物而形成塊狀和粒狀碳化物並細化晶粒，還可固溶強化奧氏體，從而明顯提高高錳鋼的韌性。上述國內企業按美國企業標準生產的含Cr、Mo的鑄造高錳鋼錘頭，在美國產的破碎機上獲得成功的使用，並隨機器行銷世界各地。錘頭等含鉬的高錳鋼鑄件已成為該企業的出口支柱產品。
但是鉬的價格較貴。特別是近年來我國原材料市場價格逐步與國際接軌，鉬的國內價格不再遠低於國際市場價，加之國內廢鋼價上漲，使企業在原材料價格上的優勢幾乎喪失殆盡。油價猛漲而引起的國內運輸和國際海運價格的竄升以及電價的上調，使我國企業的產品在美國等市場上的競爭力顯著降低。有的美國客戶把訂單轉向了周邊國家。因此尋找鉬的替代合金成分，至關重要。
國內外有關高錳鋼的書籍和文獻中，談及其化學成分不外乎C、Mn、Si、P、S，以及Cr、Ni、Mo、Ti、V、Nb及稀土元素，偶見對W的論述，也是說它促使碳化物在晶界上分布，對性能不利。
發明內容
本發明的目的在於，提供一種用於耐磨鑄件的含鎢高錳鋼，該含鎢高錳鋼能滿足上述要求並且在價格上有競爭力。
鎢和鉬在元素周期表中，同屬VIA族。在結構鋼和工具鋼中，兩元素相互替代的成功範例並不鮮見。
由於鉬在高錳鋼中有上述諸多良好作用，鎢也會存有相應作用的可能性，因此，申請人嘗試在鑄造高錳鋼中以鎢取代鉬(全部或部分)，試圖得到一種價格低並能夠與含鉬鑄造高錳鋼效果等同的含鎢高錳鋼。
為了實現上述目的，本發明採取的技術方案是，一種用於耐磨鑄件的含鎢高錳鋼，其特徵在於，該高錳鋼含有下列重量比的原料C0.95-1.35％，Mn11.5-14％，Si0.3-1.0％，Cr0.2-1.0％，P≤0.07％，餘量為Fe。其中W的含量為0.6-2.0％，或W的含量為0.2-0.5％時，再加0.2-0.4％的Mo，以上是針對受衝擊磨損的鑄件。
在破碎非金屬材料時，相當多的情況屬非強衝擊磨料磨損。為此，申請人又設計了下列的含鎢高錳鋼，其包含的成分為C0.95-1.35％，Mn11.5-14.0％，Si0.3-1.0％，Cr0.2-1.0％，W3.5-4.2％，P≤0.07％，餘量為Fe。與美國ASTM A 128/128M中的E-2鋼作對比。
還可以在上述含鎢合金鋼加入稀土元素Re，其含量為0.02-0.15％。
本發明的用於耐磨鑄件的含鎢高錳鋼，與美國含鉬高錳鋼和普通高錳鋼作對比，經模擬零件衝擊彎曲試驗、機械性能試驗和現場使用試驗結果表明，在高錳鋼中加入W，能明顯提高鋼的強度和韌性。W和其它合金元素配合有良好的綜合作用。含鎢的高錳鋼和普通高錳鋼相比，性能要高出許多。在W，Mo含量相當(二份W代一份Mo)的兩種高錳鋼的對比中，機械性能和使用壽命都不相上下，而成本大大降低。
圖1是取樣部位示意圖，其中從A向取圓形作為拉伸試棒，取方形作為衝擊試樣，取樣方法為線切割。
具體實施例方式
申請人按照上述技術方案展開了研究並進行大量的試驗，其冶煉、鑄造及熱處理工藝與現有的工藝大致相同，並從中篩選出最佳的化學成分。之後又將此成分的鋼種與美國含Cr、Mo的鑄造高錳鋼及普通高錳鋼進行了對比試驗。受衝擊磨損的鑄件，作機械性能對比試驗和現場使用對比試驗。受磨料磨損的鑄件，則只作現場使用壽命對比試驗。各鋼種化學成分參見表1，表中的2號、3號4號和11號鋼種即為本發明的鑄造高錳鋼，其中11號用在受磨料磨損的鑄件。5號、12號鋼種為美國含Mo的高錳鋼，其中12號為美國E-2鋼，用於磨料磨損的鑄件。8號鋼種為普通高錳鋼。
表1化學成分，餘量Fe
其製備方法按傳統的高錳鋼生產方法進行。
2、試驗結果A、模擬零件衝擊彎曲試驗申請人按目前所生產的錘頭進行了統計，大部分厚度為120mm。
模擬鑄件尺寸120×120×500(mm)。中間鑄有V形缺口，缺口深50mm。上述三種模擬鑄件按各自的熱處理工藝進行水韌處理。
試驗採用重865kgs的鐵砣，吊高5米，自由落體砸向鑄件。試驗結果如表2。
表2
B、機械性能試驗取樣上述各鋼種分別鑄成同一型號的錘頭。經熱處理後取樣，取樣方案及部位尺寸如附圖1所示，從A向取圓形作為拉伸試棒，取方形為衝擊試樣。取樣方法為線切割。
試驗結果如表3表3
注拉伸試驗按GB 228-2002標準進行，衝擊試驗按GB 229-1994標準進行。
試驗結果表明，含鎢和含鉬高錳鋼比普通Mn13高錳鋼性能要高出許多。除含W量較高的一種鋼(3號)具更高的機械性能外，其它兩種鋼(2號和4號)和美國的5號含Mo鋼相比，機械性能接近。證明在高錳鋼中和在一些結構鋼、工具鋼中一樣，兩份W和一份Mo的作用類似。
C、現場使用4號3號和2號鋼製成的錘頭送美國客戶試用，2號鋼和4號鋼的平均壽命和美國的5號含Mo高錳鋼相近，而3號鋼(含W1.96％)的壽命要高5-10％。
由11號和12號鋼製成受磨料磨損的錘頭，送美國客戶試用，壽命不分伯仲。
生產成本對比以05年3月14日國內行情為例60％鉬鐵價為42萬元/T，相當於純鉬70萬元/T；70％鎢鐵價為15.6萬元/T，相當於純鎢價22.3萬元/T。我們採用2份鎢代1份鉬。2噸鎢價為44.6萬元/T，比1噸鉬價便宜25.4萬元。節省原材料成本36％(稀土的價格為1.4萬元/T，加入量又很少，在成本中佔的比例很小)提高了產品在國內、外市場的競爭力。
權利要求
1.一種用於耐磨鑄件的含鎢高錳鋼，其特徵在於，該高錳鋼含有下列重量比的原料C0.95-1.35％，Mn11.5-14％，Si0.3-1.0％，Cr0.2-1.0％，W0.2-0.6％，Mo0.2-0.4％，P≤0.07％，餘量為鐵。
2.一種用於耐磨鑄件的含鎢高錳鋼，其特徵在於，該高錳鋼含有下列重量比的原料C0.95-1.35％，Mn11.5-14％，Si0.3-1.0％，Cr0.2-1.0％，W0.7-2.0％，P≤0.07％，餘量為鐵。
3.如權利要求2所述的用於耐磨鑄件的含鎢高錳鋼，其特徵在於，所述高錳鋼中的W的含量為3.5-4.2％。
4.如權利要求1或2或3所述的用於耐磨鑄件的含鎢高錳鋼，其特徵在於，該鋼種還含有稀土元素Re，其含量為0.02-0.15％。
全文摘要
本發明公開了一種用於耐磨鑄件的含鎢高錳鋼，其特徵在於，該含鎢高錳鋼含有下列重量比的原料C0.95－1.35％，Mn11.5－14％，Si0.3－1.0％，Cr0.2－1.0％，W0.2－0.6％，Mo0.2－0.4％，P≤0.07％，餘量為鐵。或其中W的含量為3.5－4.2％或0.7－2.0％，且不含Mo。還可以在上述含鎢合金鋼加入稀土元素Re，其含量為0.02－0.15％。經模擬零件衝擊彎曲試驗、機械性能試驗和現場使用試驗結果表明，在高錳鋼中加入W，能明顯提高鋼的強度和韌性。W和其它合金元素配合有良好的綜合作用。含鎢的高錳鋼和普通高錳鋼相比，性能要高出許多。在W，Mo含量相當(二份W代一份Mo)的兩種高錳鋼的對比中，機械性能和使用壽命都不相上下，而成本大大降低。
文檔編號C22C38/38GK1676651SQ20051004199
公開日2005年10月5日 申請日期2005年4月25日 優先權日2005年4月25日
發明者張志仲, 孫毓梁, 杜百平 申請人:張志仲