一种铸态奥氏体高锰耐磨钢及其制品的制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种铸态奥氏体高锰耐磨钢，其合金元素按质量百分比计为：C：0.7

【技术实现步骤摘要】
一种铸态奥氏体高锰耐磨钢及其制品的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及金属材料加工
，具体涉及一种铸态奥氏体高锰耐磨钢及其制品的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]高锰钢作为一种专用耐磨钢，1883年英国人哈德菲尔德(R0.A0.Hadfield)首先取得了高锰钢的专利，代表钢种有ZG120Mn13(C:1.05
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1.35％、Si:0.3
‑
0.9％、Mn:11
‑
14％、P：≤0.06％；S：≤0.04％，允许加入少量V、Ti、Nb、B和RE等元素)，高锰钢问世至今已有100多年的历史，是一种碳含量和锰含量较高的钢种，由于其在冲击载荷下浅表面发生形变诱发孪晶强化、位错缠结，使表面硬度与强度急剧提高，由于这种加工硬化现象仅存在于表面、其表面以下的基体仍为奥氏体，因此应用于破碎机等重载荷设备上既有马氏体型耐磨钢的高硬度耐磨性、又具备韧性和塑性优良的特点，目前它仍然是矿山开采、破碎和运输等区域耐磨钢种中消耗量最大的钢种。
[0003]随着材料科学的发展，人们对现用高锰钢的认识也日益清晰，在实际加工过程中高锰钢须经加热1050℃以上高温后水韧处理，使基体奥氏体化后才能满足使用要求。水韧处理是一种固溶处理工艺，由于高锰钢的铸态组织为奥氏体，碳化物及少量的珠光体所组成。沿奥氏体晶界析出的碳化物降低钢的韧性，为消除碳化物，将钢加热至奥氏体区温度(1050
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1100℃)并保温一段时间(每25mm壁厚保温1h)，使铸态组织中的碳化物基本上都固溶到奥氏体中，然后迅速水冷(故称为水韧处理)，从而得到单一的过冷奥氏体组织。例如，大型矿山中矿石输送机上的输送板等轻薄且长的工件，最长的达到了约3m。由于输送板为链环串装配使用，因此对每块输送板的尺寸精度要求比较高。
[0004]然而，输送板等轻薄且长的高锰钢工件在实际生产中有诸多不足：(1)在水韧处理中的无规律变形难以控制，扭曲变形后很难整形处理。常规工艺生产的高锰耐磨钢输送板，经水韧处理并抛丸清理后，往往会导致产品平直度不合格，长度方向的则面和平面双方向变形，要反复整形才能满足图纸要求，甚至部分产品严重扭曲变形后无法压正只得报废。(2)难以用于制造高锰钢与ZTA陶瓷复合件，如高锰钢与ZTA陶瓷复合板锤。板锤是反击式破碎机处理物料时的重要部件之一，常采用高锰钢或超高锰钢为大型耐磨件基体材料，并在工作部位复合镶嵌硬质ZTA陶瓷颗粒。由于常规水韧热处理工艺生产的高锰钢，需经1050
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1100℃入水做水韧处理，镶嵌ZTA陶瓷的高锰钢基体在热处理时胀、缩受阻因素，ZTA陶瓷在承受水韧处理的急剧温度变化而碎裂，从而使高锰钢复合ZTA陶瓷工艺难以实践。(3)很多场合高锰钢耐磨性仍欠佳。从生产难度和材料特性两个方面综合分析，水韧处理的奥氏体高锰钢属于一类稳定的奥氏体材料，它的成分设计范围位于Fe
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C
‑
Mn组织图的奥氏体区域，在冲击磨料磨损条件下，奥氏体的强化机制为：A
→
位错、孪晶
→
ε
‑
M
→
α
′‑
M。由于大多数冲击工况<3.0J/cm2、冲击载荷属于中、低的冲击值范畴，其冲击能量不能完全满足α
′‑
M相变的物理当量，因此用于矿石物料运输的输送板等类产品等的耐磨性均不臻理想。如，传统奥氏体高锰钢制造的球磨机衬板和破碎面护板等非强冲击件，其耐用时间较短，资源消耗很
大。
[0005]综上所述，有必要对现有技术提出改进方法。

技术实现思路

[0006](一)要解决的技术问题
[0007]鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种铸态奥氏体高锰耐磨钢及其制品的制备方法，所述的铸态奥氏体高锰耐磨钢具有与奥氏体高锰钢相当的机械性能(抗拉强度和抗冲击强度)及优于奥氏体高锰钢的耐磨性能，且加工成产品的过程中不需要进行水韧处理，不仅可节约热处理能耗和材料氧化烧损，并大大减少整形工序的工作量，缩短产品制造周期，避免因水韧处理导致的难以控制的扭曲变形、进而改善变形导致产品合格率低的技术问题。
[0008](二)技术方案
[0009]为达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0010]第一方面，本专利技术提供一种铸态奥氏体高锰耐磨钢，其合金元素按质量百分比计为：C：0.7
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1.3％、Si：0.3
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0.7％、Mn：7.0
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20.0％、Al：0.03
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0.4％、Cr：0.2
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1.0％、Mo：0.1
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0.6％、Ni：2.0
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7.0％、V：0.05
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0.6％、N：0.01
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0.04％；P：≤0.04％；S：≤0.02％，余量为铁和难以避免的杂质。
[0011]优选地，C含量为:1.3％≥C≥0.8％，更优选为1.2％≥C≥0.9％。
[0012]优选地，Si含量为:0.7％≥Si≥0.5％，更优选为0.65％≥Si≥0.55％。
[0013]优选地，Mn含量为：17.0％≥Mn≥9％，更优选为15％≥Mn≥10％。
[0014]优选地，Ni含量为:5％≥Ni≥3％，更优选为4.2％≥Ni≥3.20％。
[0015]优选地，Cr含量为:0.9％≥Cr≥0.3％，更优选为0.75％≥Cr≥0.35％。
[0016]优选地，Mo含量为:0.50％≥Mo≥0.20％，更优选为0.40％≥Mo≥0.30％。
[0017]优选地，V含量为:0.40％≥V≥0.10％，更优选为0.35％≥V≥0.15％。
[0018]优选地，N含量为:0.03％≥N≥0.02％，更优选为0.025％≥N≥0.020％。
[0019]优选地，P：≤0.035％；S：≤0.015％；在技术可实现的情况下，P和S的含量越低越好。
[0020]优选地，Al含量为:0.20％≥Al≥0.05％，更优选为0.10％≥Al≥0.05％。
[0021]根据本专利技术的较佳实施例，所述耐磨钢中还含有0.01
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0.15％的Nb和/或0.03
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0.3％的Re。在满足特定场合的使用要求的前提下，耐磨钢合金元素可不添加Nb或Re元素，以降低产品成本；对于产品性能要求更高的使用场合，则可通过添加Nb或Re元素进一步提升产品的机械性能和耐磨强度。
[0022]优选地，Nb含量为:0.15％≥Nb≥0.05％，更优选为0.10％≥Nb≥0.06％。优选地，Re含量为:0.25％≥Re≥0.05％，更优选为0.10％≥Re≥0.05％。
[0023]其中，Al、Re为脱氧除气元素，实际生产中可采用ReSiCa合金和铝对耐磨钢联合脱氧。
[0024]在本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铸态奥氏体高锰耐磨钢，其特征在于，其合金元素按质量百分比计为：C：0.7
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1.3％、Si：0.3
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0.7％、Mn：7.0
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20.0％、Al：0.03
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0.4％、Cr：0.2
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1.0％、Mo：0.1
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0.6％、Ni：2.0
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7.0％、V：0.05
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0.6％、N：0.01
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0.04％；P：≤0.04％；S：≤0.02％，余量为铁和难以避免的杂质。2.根据权利要求1所述的铸态奥氏体高锰耐磨钢，其特征在于，C含量为:1.3％≥C≥0.8％，更优选为1.2％≥C≥0.9％。3.根据权利要求1所述的铸态奥氏体高锰耐磨钢，其特征在于，Si含量为:0.7％≥Si≥0.5％，更优选为0.65％≥Si≥0.55％。4.根据权利要求1所述的铸态奥氏体高锰耐磨钢，其特征在于，Mn含量为：17.0％≥Mn≥9％；Ni含量为:5％≥Ni≥3％；Cr含量为:0.9％≥Cr≥0.3％；Mo含量为:0.5％≥Mo≥0.20％。5.根据权利要求1所述的铸态奥氏体高锰耐磨钢，其特征在于，V含量为:0.3％≥V≥0.10％；N含量为:0.03％≥N≥0.02％；Al含量为:0.20％≥Al≥0.05％。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢寿安，王灿，吕杰，张军让，
申请(专利权)人：优钢新材料科技湖南有限公司，
类型：发明
国别省市：