耐磨增强的钢及其制备方法技术

本公开内容提供了制造高锰钢组件的方法，包括a)提供如说明书中所述组成的组合物；和b)将组合物加热至至少约1000℃；c)将组合物以约2℃/秒至约60℃/秒的速率冷却，随后将组合物在约700℃至约1000℃范围内的温度热轧制；d)将组合物缓慢冷却或保持等温；和e)将组合物从约700℃至约1000℃范围内的温度以至少约10℃/秒的速率淬火或者加速冷却或空气冷却至约0℃至约500℃范围内的温度。

Wear resistant and reinforced steel and its preparation

【技术实现步骤摘要】
耐磨增强的钢及其制备方法本申请是申请号为201480013200.9的专利技术专利申请的分案申请，原申请的申请日为2014年3月5日，专利技术名称为“耐磨增强的钢及其制备方法”。领域本公开内容涉及改进的钢组合物及其制备方法，更特别地，涉及具有增强的耐磨性的高锰(Mn)钢组合物，和制造具有增强的耐磨性的高锰钢组合物的方法。背景管道系统广泛用于多种装置中，包括例如材料输送系统、流体/固体运输系统、采矿操作等。例如，采矿操作中的管道系统可用于将固体岩石和砂粒在液体介质或浆料中的混合物输送至加工装置中，以及使废物介质循环回采矿区中。用于浆料水力输送等的一些现有管道结构通常由低碳管道级钢(例如API规格5LX65或X70级钢)制成。浆料等的输送通常导致管道系统磨损和过早失效。管道系统的磨耗/腐蚀性磨损可能由于管道壁与流体中的硬固体粒子之间的相对运动而产生。例如，管道材料的损失可能是管道壁的粒子切割或剪切部分的尖锐有角边缘的结果。因而，频繁的修补和/或置换被认为是规范，这必然导致相当大的操作成本。因此，存在相当大的经济动机来开发高强度和/或高耐磨性管道材料以改进项目的经济性和降低操作成本。一般而言，各种管道材料是可得到的，从低合金钢至双金属和冶金结合复合材料。低合金钢的一些优点是低成本和普遍可得性。然而，这种钢具有差的抗磨性。尽管这种钢通常可通过形成合金和/或微观结构改性而一定程度地强化，但材料硬度的提高通常伴随着延展性的损失，这对大多数材料输送系统而言是不能接受的。结合复合钢/管道通常具有抗冲击外部管道夹套和硬化抗磨内部管道。然而，结合复合钢/管道的应用受到可得性和成本的限制。在油砂采矿工业中也需要增强耐磨的钢。这类油砂矿床自20世纪六十年代起工业回收，且目前采收率增长。沥青矿的提取通常通过针对浅矿床(例如小于100m深)的表面采矿技术或者通过针对位于地下较深处的深矿床(例如约100m或更深)的就地热提取(例如涉及蒸气、化学溶剂和/或其混合物的注射)而提取。对于浅油砂的表面采矿，使用许多类型的重型设备和管道。首先，通常使用挖掘机将油砂挖出，将开采的材料转移至货车或车辆。车辆将油砂矿转移至矿石准备设备，在那里开采的矿石通常被压碎并与热水混合。然后通常将油砂浆料通过水力输送管道泵送到主分离池(PSC)中，在那里通常将油沥青与砂和水分离。在分离沥青以后，然后将剩余的砂和水浆料通过尾矿管道输送至尾矿池中以使砂沉降。例如，阿尔伯塔东北部的加拿大油砂资源包含被浅覆盖层覆盖的大油砂矿床，由此使表面采矿成为油沥青提取的有效方法。一般而言，通常用挖掘机将砂挖出并通过水力输送管道等输送至加工装置。在那里颗粒材料油砂通常作为含水浆料输送。在沥青提取以后，然后通常通过管道将尾矿从加工设备输送至进行固体和水分离的场所。大量浆料混合物的水力输送在常规金属管道等中导致明显的金属损失，这导致短的置换周期和显著的成本。因此，油砂采矿和矿石准备方法涉及在多个设备/操作区域(例如挖掘机齿、储料器、破碎机、传送器、振动筛、浆料泵、管道等)的数种应力和/或冲击磨耗挑战。例如，在下游浆料输送和提取方法中，设备、管道(例如输送管道)、泵和/或PSC中遭遇的一些挑战包括设备/材料的侵蚀、侵蚀/腐蚀、腐蚀、应力、磨损和/或磨耗等。这些设备/材料侵蚀/腐蚀挑战等导致明显的修补、置换和/或维护成本以及产量损失。如指出的，用于浆料水力输送的现有管道结构通常由低碳管道级钢(例如API规格5LX70)构成。一般而言，浆料流中的快速移动的固体可导致管道中相当的金属损失(例如内部管道壁的金属损失)。含水和充气浆料流还通常由于提供腐蚀性环境而导致加速的管道侵蚀。此外，浆料中的颗粒物(在重力的影响下)导致尤其是沿着管道内部下半部分的损害。例如，在油砂采矿操作中运送砂和水浆料的水力输送和尾矿管道在使用期间经历严重的侵蚀-腐蚀损害，同时管道的底部(例如在6点钟位置)通常经历最严重的侵蚀磨损。为延长管道的使用寿命，一些采矿操作员利用定期旋转管道的操作。例如，管道不定期地(例如在使用约1500小时以后)旋转约90°。在约3次旋转以后(例如在使用约6000小时以后)，通常将管道完全置换。油砂采矿操作员评估并使用各种材料，例如马氏体不锈钢、硬面材料(例如WC基、碳化铬基材料)和聚合物衬里材料(例如聚氨酯)。然而，发现这类材料仅用于特定环境的应用，通常是由于较差的磨损/侵蚀性能(例如聚合物衬里)或高材料/制造成本(例如WC基硬金属、碳化铬基硬金属敷镀材料)。然而，管道侵蚀等仍然是严重的问题，因此寻求替代的管道结构和/或材料以容许更有效/经济的操作/解决方法。自19世纪起就已知某些含锰(Mn)的钢。最初的商业高Mn钢是由英国冶金学家RobertHadfield专利技术的。具有约1.0至约1.4重量％碳和约11至约14重量％Mn的组成的“Hadfield钢”显示出一些耐磨性、韧性和高加工硬化。然而，由于各种生产缺陷和挑战，Hadfield钢通常仅作为铸造或锻压产品使用。例如，Hadfield钢要求在约1050℃以上的温度下高温浸泡(例如正火)，然后水淬灭。目前，钢厂对比Hadfield钢包含更多锰和通常更少碳的合金存在一定兴趣。钢铁制造商研究了Mn钢化学在汽车应用中的用途。此外，汽车制造商研究了高Mn钢在汽车应用中的用途。因此，对改进的钢组合物(例如具有增强的耐磨性)及其制造方法存在兴趣。这些和其它不足以及改进机会由本公开内容的系统和方法解决和/或克服。概述本公开内容提供有利的钢组合物。更特别地，本公开内容提供具有增强耐磨/耐蚀性的改进高锰(Mn)钢，和制造具有增强耐磨/耐蚀性的钢的相关方法。在示例性实施方案中，本公开内容的有利钢组合物/组件改进以下性能中的一种或多种：耐磨性、延展性、抗裂性、耐蚀性、疲劳寿命、表面硬度和/或耐环境破裂性。一般而言，本公开内容提供具有改进耐磨性能(例如耐步出(step-out)磨损性、耐侵蚀性、和/或耐侵蚀/腐蚀性)的成本有利的高锰钢。更具体而言，本公开内容提供与高量(例如大于或等于约5重量％)锰合金化的含铁钢，且其中制造的钢显示出提高/改进的耐磨耗/磨损性(例如改进的耐步出(step-out)磨损性、耐磨损性、耐侵蚀性和/或耐侵蚀/腐蚀性)。本公开内容还提供制造该改进钢的方法。在示例性实施方案中以及由于高强度和加工硬化速率的独特组合，本公开内容的高锰钢具有在需要/要求耐磨和耐蚀性的应用中具有优点/潜势。在某些方面中，本公开内容提供通过控制微观结构和/或化学改进钢的强度、韧性以及耐磨和耐蚀性的方法。在某些实施方案中，该方法包括步骤：促进相变(例如相变成α’马氏体或ε马氏体相)，在形变期间孪生，和/或将硬抗蚀性第二相粒子引入组合物中。本公开内容的钢组合物的一些示例用途/应用包括但不限于：用于管道系统、油砂管道系统、材料输送系统、流体/固体运输系统中，用于采矿操作中和/或作为运土设备和/或钻探组件的材料(例如如果耐磨和耐蚀性为重要因素，则例如油气勘探、生产、输送和石油化学应用)。此外，本公开内容的钢的使用可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.制造高锰钢组件的方法，其包括：/na)提供具有如下组成的组合物：/n-总组合物的约9至约20重量％锰，/n-总组合物的约0.5至约2.0重量％碳，/n-任选地，/n总组合物的0.5-30重量％铬，/n总组合物的0.5-20重量％的镍或钴，/n总组合物的的0.2-15重量％铝，/n总组合物的0.01-10重量％的钼、铌、铜、钛或钒，/n总组合物的0.1-10重量％的硅；/n总组合物的0.001-3.0重量％的氮，/n总组合物的0.001-0.1重量％的硼，和/n总组合物的0.2-6重量％的锆或铪，以及/n-余量铁；和/nb)将组合物加热至至少约1000℃；/nc)将组合物以约2℃/秒至约60℃/秒的速率冷却，随后将组合物在约700℃至约1000℃范围内的温度热轧制；/nd)将组合物缓慢冷却或保持等温；和/ne)将组合物从约700℃至约1000℃范围内的温度以至少约10℃/秒的速率淬火或者加速冷却或空气冷却至约0℃至约500℃范围内的温度。/n

【技术特征摘要】
20130315 US 61/790,2741.制造高锰钢组件的方法，其包括：
a)提供具有如下组成的组合物：
-总组合物的约9至约20重量％锰，
-总组合物的约0.5至约2.0重量％碳，
-任选地，
总组合物的0.5-30重量％铬，
总组合物的0.5-20重量％的镍或钴，
总组合物的的0.2-15重量％铝，
总组合物的0.01-10重量％的钼、铌、铜、钛或钒，
总组合物的0.1-10重量％的硅；
总组合物的0.001-3.0重量％的氮，
总组合物的0.001-0.1重量％的硼，和
总组合物的0.2-6重量％的锆或铪，以及
-余量铁；和
b)将组合物加热至至少约1000℃；
c)将组合物以约2℃/秒至约60℃/秒的速率冷却，随后将组合物在约700℃至约1000℃范围内的温度热轧制；
d)将组合物缓慢冷却或保持等温；和
e)将组合物从约700℃至约1000℃范围内的温度以至少约10℃/秒的速率淬火或者加速冷却或空气冷却至约0℃至约500℃范围内的温度。


2.根据权利要求1的方法，其中在步骤e)以后，组合物的碳化物沉淀物体积含量为组合物的约5体积％或更少。


3.根据权利要求1或2的方法，其中在步骤e)以...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·艾尔，JK·崔，HW·金，HC·李，R·R·穆勒，IS·徐，N·马，
申请(专利权)人：埃克森美孚研究工程公司，浦项制铁公司，
类型：发明
国别省市：美国;US