一种具有良好耐磨性能高锰钢及生产方法技术

一种具有良好耐磨性能高锰钢，其组分及wt%为：C：0.7～1.2%，Mn：13.0～21.0%，Cr：3.0～4.0%，Al：1.0～1.5%，Si：0.05～0.3%，Cu：0.1～0.5%，S≤0.015%，P≤0.005%；生产方法：冶炼及浇注成坯；对板坯加热；热轧；冷却至室温后退火；在室温下冷轧至产品厚度；进行逆相变退火；冷却；冷却至室温。本发明专利技术通过合理的元素含量和退火工艺设计，能大幅提高奥氏体含量的同时不损失其稳定性，使组织在变形过程中能够协调发生TRIP和TWIP效应，且其硬度在330~530HV之间，屈服强度在630～1290MPa，抗拉强度在1120～1530MPa，断后延伸率在25～60%。断后延伸率在25～60%。断后延伸率在25～60%。

【技术实现步骤摘要】
一种具有良好耐磨性能高锰钢及生产方法


[0001]本专利技术涉及一种工程机械用钢及生产方法，具体属于一种用于球磨机的具有良好耐磨性能高锰钢及生产方法。

技术介绍

[0002]高锰钢是一种历史悠久的耐磨材料，1882年由英国人Robert Hadfield最先研发出来，并在1883年取得了高锰钢专利，因此高锰钢也被称为Hadfield钢。由于高锰钢具有较好的耐磨性，因此被作为球磨机衬板的主要材料。球磨机被广泛运用于建材、冶金、化工等领域，尤其在选矿行业占有重要地位，其工作效率直接影响企业的经济效益。随着能源短缺和环境恶化问题的日益加剧，节能、减少材料损耗、环保已成为工业发展的主要方向，对高锰钢的耐磨性、屈服强度、硬度和塑性都提出了更高的要求，成为高强高塑性高耐磨性高锰钢发展动力之一。
[0003]传统高锰钢材料的基本成分是：C含量0.9％～1.5wt.％，Mn含量10％～15wt.％，Si含量0.3％～1.0wt.％，S含量小于0.05wt.％，P含量小于0.1wt.％。在该合金体系的基础上，为了抑制碳化物析出、扩大两相区和减轻材料密度，添加了Al、Si等合金元素；为了提高耐腐蚀性，添加了Cu元素；为了提高室温奥氏体稳定性，添加了Cr元素。
[0004]高锰钢经过固溶处理后均得到单一的奥氏体组织，该组织在强烈的冲击载荷或挤压载荷作用下，受力表面会发生加工硬化并形成高密度位错和形变组织，而心部仍然保持着原始组织。高锰钢工件经加工硬化后能形成表面硬而耐磨的外壳和高韧性的心部，因此形变高锰钢不仅能够承受较大的冲击载荷，而且具有优良的耐磨性能。
[0005]通过冷轧结合退火工艺的方法来细化晶粒可以使在不损害或较小损害塑性的前提下提高屈服强度，即在冷轧工艺后进行退火处理，经过不同的退火温度、保温时间、冷却速度等工艺及方式的处理，会导致TWIP钢的晶粒尺寸、晶粒取向及微观组织等发生改变从而影响其力学性能。
[0006]虽然高锰钢本身的综合力学性能较好，但其耐磨性要在较强冲击工况中才能表现，其在中、低载荷下的耐磨性还不能满足人们对高锰钢良好耐磨性能的要求。
[0007]经检索：
[0008]中国专利申请号为CN200710061415.X的文献，公开了一种《利用异步轧制提高耐磨高锰钢耐磨性的方法》。所述高锰钢按质量百分数确定的化学成分为C：1.1～1.3、Mn：11～14、Si：0.3～0.8、S：<0.013、P：<0.027，其力学性能为σ
h
>700MPa，ε>15％，a
k
>180J/cm2，HB<250，该专利技术主要是利用异步轧制来提高高锰钢耐磨性，但从其性能来看，提高后的效果无法满足当今的需求，是由于仅仅通过异步轧制还无法很好的提高耐磨性。
[0009]中国专利申请号为CN200810041728.3的文献，公开的《一种具有优良力学性能的高锰钢及其制造方法》。所述高锰钢其化学成分(以重量百分比计)包含：C：0.3～1.0％，Mn：15.0～30.0％，V：0.1～0.4％或Ti：0.02～0.06％，P：≤0.025％，S：≤0.025％，热轧钢的力学性能为：R
p0.2
＝450～550MPa，R
m
≥900MPa，A
50
≥50％，R
m
×
A
50
≥50000MPa
·
％。冷轧钢的
力学性能为：R
p0.2
＝300～650MPa，R
m
≥900MPa，A
50
≥50％，R
m
×
A
50
≥50000MPa
·
％。该文献利用轧制加退火工艺成功提高了高锰钢的综合力学性能，实现高强度，高塑性以及高的撞击吸收能，但低、中应力冲击的耐磨性能(屈服强度最大仅为650MPa)仍不足，是由于没有利用大压下量的轧制和合适的退火工艺，导致没有实现晶粒细化带来的强度和塑性的提升。

技术实现思路

[0010]本专利技术在于克服现有技术存在的不足，提供一种通过合理成分配比和优化变形量及退火工艺，控制平均晶粒尺寸，精确调控奥氏体体积分数和稳定性，以及有效的TRIP和TWIP效应达到高加工硬化率，提高高锰钢的耐磨性，实现硬度在330～530HV，屈服强度在630～1290MPa，抗拉强度在1120～1530MPa，断后延伸率在25～60％的具有良好耐磨性能高锰钢及生产方法。
[0011]实现上述目的的措施：
[0012]一种具有良好耐磨性能高锰钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.7～1.2％，Mn：13.0～21.0％，Cr：3.0～4.0％，Al：1.0～1.5％，Si：0.05～0.3％，Cu：0.1～0.5％，S≤0.015％，P≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质；其金相组织为不低于体积比为85％的奥氏体，其余为马氏体；其力学性能：硬度为330～530HV，屈服强度为630～1290MPa，抗拉强度为1120～1530MPa，断后延伸率为25～60％。
[0013]优选地：C的重量百分比含量在0.82～1.13％。
[0014]优选地：Mn的重量百分比含量在15.1～19.8％。
[0015]优选地：Al的重量百分比含量在1.15～1.46％。
[0016]一种具有良好耐磨性能高锰钢的生产方法，其步骤：
[0017]1)经冶炼及浇注成坯后的板坯厚度控制在40～60mm；
[0018]2)对板坯加热，其加热温度控制在1150～1230℃，并在此温度下保温100～150min；
[0019]3)进行热轧，控制轧制总压下率不低于85％，开轧温度不低于1130℃，终轧温度在920～1010℃；控制热轧板厚度在4～9mm；
[0020]4)自然冷却至室温后进行退火，控制退火温度在至630～660℃，并在此温度下保温30～60min；
[0021]5)再次自然冷却至室温后在室温状态下冷轧至产品厚度，并控制总压下率在60～90％；
[0022]6)进行逆相变退火，将冷轧板加热至500～900℃，并在此温度下保温1.5～40min；
[0023]7)进行冷却，在冷却速度为50～80℃/s下水冷至120～150℃；
[0024]8)自然冷却至室温。
[0025]优选地：热轧后的退火保温时间在30～53min。
[0026]优选地：冷轧轧制总压下率在75～90％。
[0027]优选地：所述逆相变退火的加热温度在620～820℃，保温时间1.5～7min。
[0028]其在于：当采用注坯厚度不低于100mm时，要将注坯加热至1120～1200℃，并在此温度下保温2～3h；再锻压至40～60mm厚，经自然冷却至室温后常规进行后工序本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有良好耐磨性能高锰钢，其组分及重量百分比含量为 ：C：0.7～1.2%，Mn：13.0～21.0%，Cr：3.0～4.0%，Al：1.0～1.5%，Si：0.05～0.3%，Cu：0.1～0.5%，S≤0.015%，P≤0.005%，余量为Fe及不可避免的杂质；其金相组织为不低于体积比为85%的奥氏体，其余为马氏体；其力学性能：硬度为330～530HV，屈服强度为630～1290MPa，抗拉强度为1120～1530MPa，断后延伸率为25～60%。2.如权利要求1所述的一种具有良好耐磨性能高锰钢，其特征在于：C的重量百分比含量在0.82～1.13%。3.如权利要求1所述的一种具有良好耐磨性能高锰钢，其特征在于：Mn的重量百分比含量在15.1～19.8%。4.如权利要求1所述的一种具有良好耐磨性能高锰钢，其特征在于：Al的重量百分比含量在1.15～1.46%。5.如权利要求1所述的一种具有良好耐磨性能高锰钢的生产方法，其步骤：1）经冶炼及浇注成坯后的板坯厚度控制在40～60mm；2）对板坯加热，其加热温度控制在1150～1230
°
C，并在此温度下保温100～150min；3）进行热轧，控制轧制总压下率不低于85%，开轧温度不低于1130
°
C，终轧温度在920~1010
...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡丞杨，何成杰，吴开明，万响亮，成林，贾力，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：