一种复合合金化处理的奥氏体中锰钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合合金化处理的奥氏体中锰钢及其制备方法，其各种元素质量百分比为：碳C:0.80%～1.00%;锰Mn:8.00%～10.00%;硅Si:0.60%～1.25%;钼Mo:1.50%～2.00%;铬Cr:2.00%～3.50%;铌Nb:0.05%～0.10%;稀土铼RE:0.01%～0.03%;磷P:£0.03%;硫S:£0.03%;余量为铁Fe和少量的其他不可避免杂质。在传统的奥氏体中锰钢化学成分的基础上添加不同含量的合金元素Mo、Cr、Nb、RE元素，发现复合合金化对奥氏体中锰钢的力学性能、耐磨性和切削加工性都产生较大的影响。方法简单，钢种性能优良，具备显著的经济和社会效益。

A composite Alloyed Austenitic Medium Manganese Steel and its preparation method

The present invention discloses a kind of Austenitic Medium Manganese Steel Treated by composite alloying and a preparation method of the austenitinitic medium manganese steel and the preparation method thereof, the mass percentage of various elements are: carbon C: 0.80%-1.00%; manganMn: 8.00% -10.00%; manganMn: 8.00% -10.00%; siliconSi: 0.60% -1.25%; molybMo: 1.50% -2.00%; molybMo: 1.50% -2.50% -2.00%;chrCr: 2.00% -3.50% -3.50%;niobNb: 0.05% -0.05% -0.10%;rare earth RE: 0.01% -0.03%;rare earth RE: 0.01% -0.03%; The amount is iron Fe and a small amount of other unavoidable impurities. On the basis of the traditional austenitic manganese steel chemical composition, different alloying elements Mo, Cr, Nb and RE are added. It is found that the composite alloying has a great influence on the mechanical properties, wear resistance and machinability of Austenitic Medium Manganese steel. The method is simple and has excellent performance and remarkable economic and social benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种复合合金化处理的奥氏体中锰钢及其制备方法
本专利技术属于钢铁冶金及材料工程领域，具体涉及一种复合合金化处理的奥氏体中锰钢及其制备方法。
技术介绍
奥氏体锰钢由于具有优异的韧性以及耐磨性，自从问世以来便作为耐磨材料在工业上广泛使用。伴随科学技术的不断进步以及工程机械的日新月异，奥氏体锰钢凭借优异的性能逐渐变成新型坦克、凿岩机器人、磁悬浮列车等一系列高科技机械设备中耐磨零部件的首选材料。但由于导热性差、加工硬化严重等因素致使其切削加工性极差，一般限于铸件使用，在很大程度上限制其应用范围。改善奥氏体锰钢性能的措施很多，但到目前为止，关于复合合金化处理对奥氏体锰钢切削加工性的研究相对较少。CN106544584A公开了一种耐磨稀土高锰钢，包括碳C:0.90％～1.50％；硅Si:0.25％～0.80％；锰Mn:10.0％～14.0％；镍Ni:0.30％～1.20％；钛Ti:0.25％～0.45％；铝Al:0.20％～0.50％；铬Cr:0.5％～1.30％；稀土RE:0.02％～0.05％；硫S:0.01％～0.03％；锰碳比Mn/C:8-10；其余为铁Fe和少量的其他杂质。本专利技术加入稀土能和S、O等元素形成高熔点的稀土化合物，降低了杂质含量，稀土也会使锰钢晶粒细化，可以提高材料的耐磨性。其不足之处是降低了奥氏体锰钢的切削加工性。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种复合合金化处理的奥氏体中锰钢及其制备方法，方法简单，钢种性能优良，具备显著的经济和社会效益。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种复合合金化处理的奥氏体中锰钢，其各种元素质量百分比为：碳C:0.80％～1.00％；锰Mn:8.00％～10.00％；硅Si:0.60％～1.25％；钼Mo:1.50％～2.00％；铬Cr:2.00％～3.50％；铌Nb:0.05％～0.10％；稀土铼RE:0.01％～0.03％；磷P:≤0.03％；硫S:≤0.03％；余量为铁Fe和少量的其他不可避免杂质。制备方法包括以下步骤：(1)熔炼:先将球墨铸铁和纯铁装入坩埚中，通电加热中频感应电炉，等到炉料完全熔化时，在顺次加入高碳锰铁、钼铁、微碳铬铁、铌铁以及稀土硅铁合金；出钢前先撒入一层铸造用除渣剂进行保温静止半分钟,使合金元素分布均匀。待钢液温度升至1520℃～1550℃进行扒渣并出炉浇铸。(2)浇铸:将上述得到的合金钢液浇铸到标准的Keel试块中，得到初品，浇铸温度为1370℃～1420℃。(3)铸后热处理:将得到的初品切割成厚度为40mm的试块，进行水韧处理。所述步骤(3)中的水韧处理：初品入炉温度控制在＜450℃，加热速度控制在＜100℃/h，水韧处理温度加热到1150℃。与现有技术相比，本专利技术的显著优点在于：对炉料进行合理的配比和生产工艺进行优化，发现复合合金化对奥氏体中锰钢的力学性能、耐磨性和切削加工性都产生较大的影响。方法简单，钢种性能优良，具备显著的经济和社会效益。附图说明图1是本专利技术提供的一种复合合金化处理的奥氏体中锰钢的热处理工艺图。图2a为Nb含量对奥氏体中锰钢硬度的影响；图2b为Cr含量对奥氏体中锰钢硬度的影响；图2c为不同合金化处理对奥氏体中锰钢硬度的影响。图3a为1#试样经水韧处理后的冲击断口形貌。(经Mo-Cr-Nb合金化处理)图3b为5#试样经水韧处理后的冲击断口形貌。(经Mo-Cr-Nb-RE合金化处理)图3c为8#试样经水韧处理后的冲击断口形貌。(经Mo-Cr-RE合金化处理)图3d为10#试样经水韧处理后的冲击断口形貌。(未合金化处理)图4a为1#试样经冲击磨料磨损后的表面形貌。(经Mo-Cr-Nb合金化处理)图4b为5#试样经冲击磨料磨损后的表面形貌。(经Mo-Cr-Nb-RE合金化处理)图4c为8#试样经冲击磨料磨损后的表面形貌。(经Mo-Cr-RE合金化处理)图4d为10#试样经冲击磨料磨损后的表面形貌。(未合金化处理)具体实施方式为进一步公开而不是限制本专利技术，以下结合实例对本专利技术作进一步的详细说明。表1：1#-10#试样中组分含量(％，ω)一种复合合金化处理的奥氏体中锰钢的制备关键措施如下：(1)熔炼:先将球墨铸铁和纯铁装入坩埚中，通电加热中频感应电炉，等到炉料完全熔化时，在顺次加入高碳锰铁、钼铁、微碳铬铁、铌铁以及稀土硅铁合金(具体每一炉的加入成分如表1)；出钢前先撒入一层铸造用除渣剂进行保温静止半分钟,使合金元素分布均匀。待钢液温度升至1520℃～1550℃进行扒渣并出炉浇铸。(2)浇铸:将上述得到的合金钢液浇铸到标准的Keel试块中，得到初品，浇铸温度为1370℃～1420℃。(3)铸后热处理:将得到的初品切割成厚度为40mm的试块，进行水韧处理。其中水韧处理：初品入炉温度控制在＜450℃，加热速度控制在＜100℃/h，水韧处理温度加热到1150℃。(4)将各试样进行性能测试，测试结果具体如下。表2：复合合金化处理后的奥氏体中锰钢性能测试结果有上述表2可知，本专利技术提出的复合合金化处理的奥氏体中锰钢及其制备方法，通过合理的设计各个炉料成分和热处理工艺，发现复合合金化大幅度提高了奥氏体中锰钢的力学性能(强度、冲击韧性、拉伸强度)和耐磨性，并且当进行恰当的合金化处理时可以有效的改善奥氏体中锰钢的切削加工性。其中，经复合合金化处理的5#试样硬度、冲击韧性、抗拉强度和延伸率分别为41.2HRC、185.4J·cm-2、573.7MPa、和18.0％，与未经合金化处理的ZGMn13相比，分别提高了4.3％、33.0％、2.3％和125.0％，耐磨性则提升了19.2％,VB值则降低了14.3％，综合性能表现最佳。通过本专利技术的研究，可以确定既能保证奥氏体锰钢材料力学性能、耐磨性，又能够改善切削加工性的最佳合金化处理方案。具备显著的经济和社会效益。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例，凡依本专利技术申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利技术的涵盖范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合合金化处理的奥氏体中锰钢，其特征在于：其原料中各种元素质量百分比为:碳C:0.80%～1.00%;锰Mn:8.00%～10.00%;硅Si:0.60%～1.25%;钼Mo:1.50%～2.00%;铬Cr:2.00%～3.50%;铌Nb:0.05%～0.10%;稀土铼RE:0.01%～0.03%;磷P:£0.03%;硫S:£0.03%;余量为铁Fe和少量的其他不可避免杂质。

【技术特征摘要】
1.一种复合合金化处理的奥氏体中锰钢，其特征在于：其原料中各种元素质量百分比为:碳C:0.80%～1.00%;锰Mn:8.00%～10.00%;硅Si:0.60%～1.25%;钼Mo:1.50%～2.00%;铬Cr:2.00%～3.50%;铌Nb:0.05%～0.10%;稀土铼RE:0.01%～0.03%;磷P:£0.03%;硫S:£0.03%;余量为铁Fe和少量的其他不可避免杂质。2.一种制备如权利要求1所述的一种复合合金化处理的奥氏体中锰钢的方法,其特征在于:包括以下步骤:（1）熔炼:先将球墨铸铁和纯铁装入坩埚中，通电加热中频感应电炉，等到炉料完全熔化时，在依次按照原料...

【专利技术属性】
技术研发人员：任志英，金瑞，白鸿柏，杨洋洋，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35