專利名稱：超高錳合金耐磨鋼的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種耐磨鑄鋼的組成及其熱處理工藝，尤其是指超高錳合金耐磨鋼。
在
背景技術：
中，用于受沖擊載荷較大的耐磨件，如火力發電廠磨煤用風扇磨的沖擊板、護勾、護甲和破碎機的板錘、錘頭、齒板等，其它水泥、礦山等行業的破碎、粉磨設備上類似工況的耐磨件，至今仍使用高錳鋼ZGMn13，這種高錳鋼是英國人哈特菲爾德(Hadfield)于1882年發明的，其主要化學成分為錳Mn10～14％，碳C0.9～1.4％，硅Si0.30～0.80％，磷P＜0.09％，硫S＜0.05％，余為鐵Fe。這種鋼經水韌處理后(處理溫度Acm以上，約1050～1100℃)，其組織為單的奧氏體A，具有良好的韌性，其沖擊韌性αk≥147J/cm2，原始硬度并不高，布氏硬度HB≤229(可參閱GB5680-85)，但因其層錯能較低，在沖擊載荷較大的情況下易發生加工硬化，表面硬度可達HB450以上，具有優良的沖擊耐磨性，至今象風扇磨沖擊板等受沖擊較大的耐磨件多用這種ZGMn13鋼，但是多年來的實踐表明，這種鋼用于風扇式磨煤機的沖擊板，因煤粒的沖擊力較小而不能使其表面發生滿意的加工硬化，使用后表面硬度＜HB350，不能發揮耐磨性潛力，因而使用壽命較短，如陜西省略陽發電廠風扇式磨煤機的沖擊板，使用壽命僅500小時左右，造成設備檢修頻繁，金屬材料大量浪費，既影響電廠的正常運行和發電，又使發電成本增加。國外對沖擊板的材料選用依次為高錳鋼ZGMn13、低錳鋼、高碳鑄鋼和低碳鋼板。在國內，原水利電力部曾于1983年～1985年在山西省侯馬電廠和安徽省325電廠進行ZGMn13、ZGMn6Cr2、ZGMn13VTiMo、30SiMnCrMoV(精鑄)、高鉻鑄鐵-低碳鋼復合、高鉻鑄鐵鑲鑄等六種材料沖擊板的對比試驗，結果是高鉻鑄鐵復合及鑲鑄沖擊板取得了較好的效果，使用壽命是ZGMn13沖擊板的1.5～3倍，但是因其制造工藝復雜，成本太高，質量難以控制，復合層結合的強度和結構存在一定的問題，在工作使用過程中，偶有斷板飛車事故發生，而未能推廣應用。申請人在1972年至1984年間，與陜西省略陽發電廠等單位合作，在風扇磨沖擊板上試驗過ZGMn13、ZG41Mn2SiRe、ZG50Mn2、ZG35Cr2MnMoTiB、ZG50CrSiMoV、ZGMn6Mo1、ZG2Mn10Ti、高鉻鑄鐵復合材料等十幾種材料，均未取得明顯效果，使用壽命始終在500～600小時，最后電廠從經濟上考慮選用ZG50Mn工作沖擊板材料，近年來由于加強了管理和設備改進，沖擊板的使用壽命可達600～700小時，但仍不能滿足生產的需要和材料消耗的降低，此處ZG50Mn2韌性差(αk≈20J/cm2)，經常發生斷板飛車事故，既給安全生產帶來很大威脅，又造成很大經濟損失，飛車一次直接損失約5萬元以上。
本發明的目的是為了克服上述背景技術中的不足之處，研制出超高錳合金耐磨鋼，通過最佳組成配比和熱處理，使其金相組織為在奧氏體A的基體上，彌散地分布著大量碳(氮)化物，保持較高韌性并提高強度，提高加工硬化能力，從而提高耐磨性，延長工件使用壽命，并獲得突出的經濟效益。
本發明的技術解決內容如下申請人對萬能耐磨材質ZGMn13的應用作了全面的分析，其硬化機理主要是形成位錯的大量堆積纏結和形成彎晶等，但未見有形變馬氏體的形成，以往科技人員有這樣的偏見，為了得到形變馬氏體組織，在ZGMn13的基礎上，減低錳Mn含量至7～9％，以降低奧氏體A穩定性，提高馬氏體M轉變溫度Ms點(以期望在使用過程中、組織中形成應變馬氏體而增加硬度)，提高碳(氮)化合物在奧氏體A析出的能力，從而提高加工硬化能力和耐磨性， 但在實踐中，仍是因沖擊力小，加工硬化能力達不到產生應變馬氏體組織，耐磨性還是不理想。申請人在此研究的基礎上，打破常規，提高含錳量至16～22％，擴大奧氏體區，更穩定奧氏體，提高奧氏體的溶解度，溶解更多的其它合金元素，適當提高碳含量，以促使更多的碳(氮)化合物的形成，用稀土元素作變質處理以細化晶粒、去氣和改善夾雜物的形態和分布，提高冶金質量，并通過熱處理獲得奧氏體基體上彌散分布顆粒狀碳(氮)化合物硬質點(HV1200～1800)的組織，組織中的硬質點可阻礙位錯的滑移，形成更多的位錯纏結，從而提高材料的加工硬化能力，同時組織中高硬度的質點可提高材料的耐磨性。
本發明的組成是，重量百分比為碳C1.1～1.6％，錳Mn16～22％，鉻Cr1.5～3％，硅Si0.3～1.0％，硫S＜0.05％，磷P＜0.09％，余為鐵Fe。
本發明的組成還包括稀土Re＜0.1％。
釩V0～0.6％。
鈦Ti0～0.6％。
鉬Mo0～0.6％。
鎢W0～0.6％。
釩V0～0.6％，鈦Ti0～0.6％，鉬Mo0～0.6％，鎢W0～0.6％，稀土Re＜0.1％。
經用上述配方組成冶煉鑄造生產的超高錳合金耐磨鋼件進行熱處理工藝，其方法水韌處理和彌散處理。
水韌處理淬火溫度1050℃～1150℃，適當保溫后淬火冷卻至300℃以下或冷卻至室溫；彌散處理加熱至350℃～550℃保溫4小時以上爐冷或空冷至室溫。
如下圖1為ZGMn18Cr2Ti的鋼試樣金相組織，其標號是1-彌散分布的粒狀碳(氮)化物MC或MN，2-奧氏體A。
圖2～圖7均為熱處理工藝圖。
下面是
具體實施例方式實施例1在冶煉爐中，加入各元素成分并控制在使碳C1.1～1.6％，錳Mn16～22％，鉻Cr1.5～3％，硅Si0.3～1.0％，硫S＜0.05％，磷P＜0.09％，余為鐵Fe。制成鋼坯或鑄造生產出工件一般為非加工件，然后進行熱處理工藝，見圖2所示，即水韌處理溫度為1050～1150℃水淬至室溫或水淬至300℃時空冷至室溫；彌散處理將經水韌處理后的鑄鋼件加熱至350～550℃，保溫4小時以上，爐冷或空冷，即得到本發明的產品--超高錳合金耐磨鋼。
實施例2在冶煉爐中，加入各元素成分并控制在使C1.1～1.6％，Mn16～22％，Cr1.5～3％，Re＜0.1％，Si0.3～1.0％，S＜0.05％，P＜0.09％，Ti0～0.6％(這是不同實施例1之處)，余為鐵Fe。制成的鑄鋼件進行熱處理同實施例1，申請人對鋼試樣進行化驗，(見試驗報告)結果如下牌號ZGMn182CrTi，化學成分C1.17％，Mn18.0％，Si1.41％，S0.010％，P0.075％，Ti0.55％，Cr2.64％，Re0.003％，其組織見說明書附1，在奧氏體A的基礎上，彌散分布著粒狀碳(氮)化物MC或MN。
實施例3基本同實施例1，所不同之處是在冶煉爐中，加入合金元素的成份不同，可加入釩V含量為0～0.6％，或鈦Ti為0～0.6％，或鉬Mo為0～0.6％，或鎢W為0～0.6％，或者它們這些合金元素的全部，這樣依次可得到牌號為ZGMn18Cr2V，ZGMn18Cr2Ti，ZGMn18Cr2Mo，ZGMn18Cr2W，ZGMn18Cr2VTiMoW。參見圖3，將鑄好的鋼件加熱至1050～1150℃，經保溫使組織全部奧氏體化后，經水淬，再加熱至900～950℃短時保溫，水淬至室溫，即能得到所需組織。參見圖4，將鋼件加熱至800～880℃，保溫爐冷細化晶粒，析出碳化物，再加熱至1050～1150℃，然后再水淬。參見圖5，將鋼件加熱至1080～1150℃，保溫水淬至室溫，再升溫至500～600℃，保溫一段時間再加熱至950～1000℃，保溫，再水淬至室溫。參見圖6，這是將鋼件先升溫至500～700℃，空冷，再升溫至500～700℃，再空冷，再升溫至1050～1150℃，水淬。參見圖7，這是將鋼件加熱至1000～1200℃，保溫一段時間后水淬，再加熱至500～600℃空冷，再加熱至800～900℃水淬，均能得到所需組織。
本發明的優點和效果如下1、由于提高了含錳量，所以擴大并穩定了奧氏體區，提高了奧氏體的溶解度，為溶解更多的其它合金元素打下基礎。
2、由于能夠加入更多碳(氮)化物形成元素；并適當提高含碳量，所以為熱處理使鋼組織奧氏體基體上獲得較多的碳(氮)化物硬質點提供條件，并有效地提高鋼的加工硬化能力，從而提高耐磨性，如ZGMn18Cr2Ti材料的機械性能為抗拉強度δb≥650N/mm2，屈服強度δs≥550N/mm2，沖擊韌性≥αk≥70J/cm2，原始硬度為HB200～250，使用后達≥HB450(表面HV600以上)。
3、本發明的耐磨性明顯優于其它材料，在略陽發電廠風扇磨沖擊板上應用結果表明，耐磨性是ZG50Mn2和ZGMn13等材料的1.5～2倍。在磨制銅川煤(Ke＝3.35磨損指數)的特定條件下，已突破1000小時大關，達到1017和1114小時，使用壽命延長50％以上，如將均煤板等略加調整(試驗期間未加調整)，使磨損均勻點，則達到1300～1500小時是有可能的。
4、與高鉻鑄鐵-低碳鋼復合材料相比，具有工藝簡單、生產成本低，更安全可靠，生產方便，質量穩定，易于批量生產等。
5、由于本發明具有優良的綜合性能，所以特別適用于做高速旋轉的耐磨件，如沖擊板、錘頭、環錘、板錘等，比較其它材料，不僅提高了使用壽命、減少檢修材料費、人工費、運輸費等，而且少停機多發電，少燒油，所以具有更好的經濟效益和社會效益，西北電業管理局于1994年4月對“超高錳合金鋼風扇磨沖擊板”成果組織會議鑒定，鑒定委員會一致認為該材料具有較好的韌性和較強的加工硬化率，其耐磨性明顯優于其它耐磨材料，該研究工作為國內首創，居國內領先水平。
權利要求
1.超高錳合金耐磨鋼，其特征是，組成為碳C1.1～1.6％，錳Mn16～22％，鉻Cr1.5～3％，硅Si0.3～1.0％，硫S＜0.05％，磷P＜0.09％，余為鐵Fe。
2.根據權利要求1所述的超高錳合金耐磨鋼，其特征是，組成可加入稀土Re＜0.1％。
3.根據權利要求1所述的超高錳合金耐磨鋼，其特征是，組成可加入釩V0～0.6％。
4.根據權利要求1所述的超高錳合金耐磨鋼，其特征是，組成可加入鈦Ti0～0.6％。
5.根據權利要求1所述的超高錳合金耐磨鋼，其特征是，組成可加入鉬Mo0～0.6％。
6.根據權利要求1所述的超高錳合金耐磨鋼，其特征是，組成可加入鎢W0～0.6％。
7.根據權利要求1所述的超高錳合金耐磨鋼，其特征是，組成可加入釩V0～0.6％，鈦Ti0～0.6％，鉬Mo0～0.6％，鎢W0～0.6％，稀土Re＜0.1％。
8.熱處理權利要求1所述超高錳合金耐磨鋼的工藝方法，其特征是，水韌處理和彌散處理，水韌處理 淬火溫度1050℃～1150℃，適當保溫后淬火冷卻至300℃以下或冷卻至室溫；彌散處理加熱至350℃～550℃保溫4小時以上爐冷或空冷至室溫。
全文摘要
本發明涉及的是超高錳合金耐磨鋼，目的是通過最佳組成配比和熱處理，使其金相組織在奧氏體的基體上，彌散地分布著大量碳(氮)化物，保持韌性和提高強度。組成是C1.1～1.6％，Mn16～22％，Cr1.5～3％，余為Fe。將冶煉得到的材料進行熱處理。優點是對ZGMn18Cr
文檔編號C22C38/38GK1136086SQ96118609
公開日1996年11月20日 申請日期1996年1月25日 優先權日1996年1月25日
發明者程必國, 蘇云彪, 張云朝, 王大有 申請人:西安電力機械廠