一种超高锰钢及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种超高锰钢，包括：1.0wt％～1.6wt％的C，16wt％～20wt％的Mn，0.4wt％～1.2wt％的Si，1.0wt％～3.0wt％的Cr，0.2wt％～1.0wt％的Mo，0.003wt％～0.005wt％的B，0.1wt％～0.2wt％的Ti，0.03wt％～0.05wt％的Re，0～0.004wt％的S，0～0.004wt％的P和余量的Fe。本发明专利技术还提供了一种超高锰钢的制备方法。本发明专利技术提高了合金元素Mn的含量，同时添加了Cr、Mo、B和Ti等合金元素，有效地提高了基体的强度和硬度，并且本发明专利技术通过对热处理工艺进行调整，提高了超高锰钢的强度、硬度、冲击韧性和耐磨性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属领域，尤其涉及。
技术介绍
随着现代工业的发展，大型设备如采矿设备、破碎设备和挖掘设备等在冶金和矿山等行业应用愈加广泛，其抗磨配件重达几吨到几十吨，有效厚度均在IOOmm以上。高锰钢广泛应用于大型设备的抗磨配件，但是随着工业的发展，传统高锰钢已经难以满足工业需求。破碎是煤炭洗选过程的一个重要环节，破碎机破碎齿耐磨性好坏是破碎效率的关键因素，而破碎机破碎齿寿命长短则关乎生产的成本。目前，破碎齿主要采用改性高锰钢， 该钢种因韧性高和耐磨性好被广泛应用于破碎齿等煤炭机械关键耐磨零部件，但是此种改性高锰钢的使用寿命仍然较短。随着高强耐磨材料的发展，研究者研发出了一种新型的锰钢材料一超高锰钢， 超高锰钢是在原高锰钢的化学成分上提高锰的含量，超高锰钢的锰含量可达16wt% 19wt %。超高锰钢与高锰钢比较，超高锰钢的初始硬度比高锰钢高，两种钢的冲击韧性相差不大，但是超高锰钢铸件不会出现早期断裂的现象；此外，从经济效益角度分析，超高锰钢比高锰钢性价比高，超高锰钢的使用寿命是高锰钢的I. 3 2倍。因此，研究者在对高锰钢中增加锰含量，加入微量元素及相应的热处理工艺设计等方面做了大量工作，以寻求进一步提高高锰钢的力学性能、加工硬化性能及耐磨性。公开号为101250675A的中国专利公开了一种含钨超高锰钢的化学配方和热处理工艺，其化学配方是在高锰钢的基础上提高锰含量，添加了 W、Cr和Re三种合金元素，此种高锰钢经过热处理后，在应用过程中强度、冲击韧性和耐磨性仍然偏低。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供，由该方法制备的超高锰钢具有较高的强度、冲击韧性和耐磨性。有鉴于此，本专利技术公开了一种超高锰钢，包括I. Owt% I. 6wt% 的 C ；16wt % 20wt % 的 Mn ;O. 4wt% I. 2wt% 的 Si ；I. Owt% 3. Owt% 的 Cr ；O. 2wt% I. Owt % 的 Mo ；O. 003wt % O. 005wt % 的 B ;O. Iwt % O. 2wt % 的 Ti ；O. 03wt % O. 05wt % 的 Re ;O O. 004wt%^ S ；O O. 004界1:%的 P ;余量的Fe。优选的，所述C的含量为I. 3wt% I. 5wt%。优选的，所述Mn的含量为18wt% 19wt%。优选的，所述Si的含量为O. 4wt% O. 6wt%。优选的，所述Mo的含量为O. 2wt% O. 4wt%。优选的，所述Re为La。本专利技术还公开了一种超高锰钢的制备方法，包括以下步骤a)、将如下成分的原料铸造，得到超高锰钢铸锭I. Owt% I. 6wt% 的 C, 16wt% 20wt% 的 Mn, O. 4wt% I. 2wt% 的 Si, Iwt% 3wt % 的 Cr, O. 2wt % I. Owt % 的 Mo, O. 003wt % O. 005wt % 的 B, O. Iwt % O. 2wt % 的 Ti,O. 03wt% O. 05界七％的Re，O O. 004界七％的S，O O. 004界七％的P和余量的Fe ；b)、将所述超高锰钢铸锭进行热处理，具体为bOl)、将所述超高锰钢铸锭加热至890°C 950°C进行第一次保温处理和第一次冷却，冷却至600。。 650 0C ；b02)、将步骤bOl)得到的超高锰钢铸锭进行第二次保温处理；b03)、将步骤b02)得到的超高锰钢铸锭加热至1000°C 1100°C进行第三次保温处理后水淬，得到超高锰钢。优选的,步骤bOl)中所述第一次保温处理的保温时间为40min 60min,所述第一次冷却的冷却方式为炉冷。优选的,步骤b02)中所述第二次保温处理的保温时间为30min 60min。优选的,步骤b03)中所述第三次保温处理的保温时间为40min 60min。与现有技术相比，本专利技术的超高锰钢在传统高锰钢的基础上提高锰的含量，锰元素在钢的基体中形成(Fe、Mn)3C、Mn7C等碳化物，极大地提高了钢的强度和冲击韧性，同时添加了 Cr、Mo、B和Ti等合金兀素，能够有效地细化晶粒，改善碳化物的大小和形态，提闻基体的强度和硬度。本专利技术在制备超高锰钢的过程中，经过铸造工序和热处理工序后得到了超高锰钢。在热处理过程中，将经过铸造的超高锰钢铸锭加热至890°C 950°C进行第一次保温处理和第一次冷却，冷却至600°C 650°C，使超高锰钢铸锭奥氏体化；随后将冷却至 600°C 650°C的超高锰钢铸锭进行第二次保温处理，使钢中析出碳化物，形成共析组织， 同时细化晶粒为下一步水韧处理做准备；最后将第二次保温处理后的超高锰钢铸锭加热至 1000°C 1100°C进行第三次保温处理和水淬冷却，此阶段的水韧处理使基体中的碳化物溶于奥氏体中，形成单一的奥氏体组织，能够有效地提高超高锰钢的强度和冲击韧性。综上所述，本专利技术通过设计合理的超高锰钢的配方和热处理工艺，不仅提高了超高锰钢的强度和冲击韧性，并且还提高了超高锰钢的耐磨性，从而获得了强度、冲击韧性和耐磨性能都较高的综合机械性能良好的新材料。附图说明图I为本专利技术的热处理工艺图。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。本专利技术实施例公开了一种超高锰钢，包括I. Owt% I. 6wt% 的 C ；16wt % 20wt % 的 Mn ;O. 4wt% I. 2wt% 的 Si ；I. Owt% 3. Owt% 的 Cr ；O. 2wt% I. Owt % 的 Mo ；O. 003wt % O. 005wt % 的 B ;O. Iwt % O. 2wt % 的 Ti ；O. 03wt % O. 05wt % 的 Re ;O O. 004wt%^ S ；O O. 004wt%^ P ；余量的Fe。本专利技术提供的超高锰钢中含有C，C能够使得超高锰钢兼具较高的强度和韧性。对于超高锰钢来说，C含量过高时，组织中会产生网状碳化物，导致超高锰钢的脆性增加；(含量过低时，超高锰钢的硬度会大幅度下降，降低钢的耐磨性，因此，本专利技术中所述C的含量为 I. Owt % I. 6wt%,优选为 I. 3wt% I. 5wt%。Mn是奥氏体锰合金钢的主要成分，锰一部分固溶于奥氏体,增加过冷奥氏体的稳定性，提高淬透性，另一部分存在于(Fe、Mn)3C、Mn7C等碳化物中，极大地提高了钢的强度和冲击韧性，提高锰的含量会显著提高合金的强度和硬度。在本专利技术中，Mn的含量为 16wt% 20wt%,优选为 18wt% 19wt%。Cr与钢中的碳结合，生成$6、(>)3(等多型的化合物，这种碳化物以分散的硬质点存在于钢的基体中，提高了钢的初始硬度。本专利技术中Cr的含量为1.0wt% 3. 0wt%。Si是改善碳化物结构和形态的主要元素，提高Si的含量有助于共晶碳化物呈高硬度的MC型结构，有助于改善碳化物形态，但是硅的含量过高，将降低钢的韧性，因此，本专利技术中Si的含量为O. 4wt% I. 2wt%,优选为O. 4wt% O. 6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟，薛会锋，严峻，
申请(专利权)人：三一重型装备有限公司，
类型：发明
国别省市：