一种纳米改性高锰钢材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米改性高锰钢材料及其制备方法，是由传统的高锰钢和纳米改性剂材料制成，纳米改性剂材料占纳米改性高锰钢材料总重量0.01~5.00%，所述的纳米改性剂材料颗粒粒径为1~500nm的纳米陶瓷相材料或/和纳米稀土相材料；其制备纳米改性高锰钢材料的方法为熔融浇铸法。本发明专利技术制备的纳米改性高锰钢材料与同类传统高锰钢材料相比，硬度可提高15-25%，韧性提高约10-30%，冲击磨损性能提高50-100%，耐腐蚀性能提高100%以上。本发明专利技术的制造工艺简单、便于操作，适宜大规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米改性高锰钢材料及其制备方法
本专利技术属于材料和加工制造技术；具体涉及一种用于地质勘探、矿石开采、筑路架桥、水泥加工、电力行业物料粉碎的矿用纳米改性高锰钢材料及其制造的方法。
技术介绍
目前我国各类矿山用矿石破碎机锤头、颚板和磨机等选矿设备中的衬板等易损件一般都采用ZGMn13高锰钢材质。这类易损件在使用时要承受一定的冲击和磨料磨损，因此其材质应具良好的抗磨性能和一定的冲击韧性，以保证其耐磨性能。ZGMn13奥氏体高锰钢的冲击韧性很高（ak值达200J/cm2），原始硬度不超过HB230，但在高的冲击负荷作用下，工作表面层能够产生硬化效应，其表面硬度可达HRC42-48，而中心仍保持优良的韧性。但在很多工矿下服役时冲击能量不够高，达不到形变诱发相变的临界冲击载荷，则奥氏体高锰钢表面的冲击硬化效应不能充分产生，高锰钢表面就达不到所需的高硬度，于是工体会很快磨损。同时高锰钢的屈服极限较低（约为350Mpa左右），在使用中，尤其是使用前期工件易发生塑性变形。即高锰钢在低冲击负荷下的上述不足常常导致工件的韧性有余而冲击硬化效果不够，致使耐磨性差，磨损失效快，工件寿命短。纳米科技的发展使我们可以在节约稀贵合金的同时大幅度提高用于锤头、衬板和磨球的高锰钢材料的性能，用低能耗利环保的生产方式生产出高寿命高性价比的更加优质的产品。研究表明：提高材料的硬度和韧性，能够显著增加材料的耐磨性，增加衬板、磨球或是锤头的使用寿命，降低材料磨损消耗和使用成本。中国专利技术专利ZL200710144723.9技术是在Cr-Mo-Cu合金铸铁中加入纳米改性剂进行强韧化改性，改性后Cr-Mo-Cu合金铸铁中的物相、石墨形态及其硬度发生了显著的变化。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了同时提高高锰钢材料的强度、硬度、弹性模量、韧性、耐磨和抗蚀性能，解决现有高锰钢锤头、磨球和衬板材料抗磨性差、使用寿命短，需要频繁更换的问题，而提供了一种纳米改性高锰钢材料及其制备方法。一种纳米改性高锰钢材料，由传统的高锰钢和纳米改性剂材料制成，纳米改性剂材料占纳米改性高锰钢材料总重量0.01-5.00%，所述的纳米改性剂材料的粒径为1-500nm，所述的纳米改性剂材料为成分A或/和成分B，成分A为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷中的一种或几种混合，成分B为稀土相材料。前面所述的纳米改性高锰钢材料，优选的方案在于，氧化物陶瓷为Al2O3、TiO2、ZrO2陶瓷中的一种或几种混合。前面所述的纳米改性高锰钢材料，优选的方案在于，氮化物陶瓷为TiN、TiCN、AlN、BN和Si3N4陶瓷中的一种或几种混合。前面所述的纳米改性高锰钢材料，优选的方案在于，稀土相材料为稀土元素、稀土氢氧化物、稀土氧化物、稀土氯化物、稀土硅化物、稀土碳化物和稀土氮化物等稀土化合物中的一种或其中几种的混合。前面所述的纳米改性高锰钢材料，优选的方案在于，稀土元素为钇（Y）、钪（Sc）、镧（La）、铒（Er）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、镥（Lu）、钐（Sm）、钆（Gd）、镝（Dy）、钬（Ho）、铥（Tm）或镱（Yb）（优选的，稀土氢氧化物为Ce(OH)3、Nd(OH)3、Eu(OH)3、Gd(OH)3、Tb(OH)3、Dy(OH)3、Ho(OH)3、Er(OH)3、Tm(OH)3、Yb(OH)3或Lu(OH)3；稀土氧化物为La2O3、Nb2O3、Eu2O3、Gd2O3、Tb2O3、Er2O3、Yb2O3、CeO2或Y2O3；稀土氯化物为YCl3、CeCl3、PrCl3、NdCl3、SmCl3、EnCl3、GdCl3、TbCl3、DyCl3、ErCl3、TmCl3、YbCl3、LuCl3或LaCl3；稀土硅化物为NdSi2、CeSi2、PrSi2、SmSi2、EuSi2、GdSi2、TbSi2、DySi2、HoSi2、ErSi2、TmSi2、YbSi2、LuSi2或YSi2；稀土氮化物为Y3N、CeN、PrN、NdN、SmN、EuN、GdN或TbN）。前面所述的纳米改性高锰钢材料，优选的方案在于，纳米改性剂材料占纳米改性高锰钢材料总重量的0.02-4.00%。前面所述的纳米改性高锰钢材料，优选的方案在于，纳米改性剂材料占纳米改性高锰钢材料总重量的0.40-2.00%。前面所述的纳米改性高锰钢材料，优选的方案在于，纳米改性剂材料的颗粒粒径为1-300nm。前面所述的纳米改性高锰钢材料，优选的方案在于，纳米改性剂材料的颗粒粒径为20-60nm。本专利技术纳米改性高锰钢材料的制造方法采用的是熔融浇铸法，其特征在于纳米改性剂材料的加入方式是在铸造过程中，炉前孕育处理时加入纳米改性剂；或者在铸造过程中，先将纳米改性剂放入浇包中，再倒入熔融的钢液通过浇铸口注入型腔中得到纳米改性高锰钢铸件，然后在1100℃对纳米改性高锰钢铸件进行水韧处理。本专利技术纳米改性技术改善了目前高锰钢材料的强度、硬度、弹性模量、韧性、耐磨和抗蚀性能等都将得到改善，使得最终产品的使用性能和寿命明显提高。纳米改性高锰钢材料与同类传统高锰钢材料相比，硬度可提高15-25%，弹性模量提高6-10%，韧性提高约10-30％，冲击磨损性能提高50-100%，耐腐蚀性能提高100%以上。本专利技术方法的制造方法工艺简单、便于操作。附图说明图1为高锰钢的金相组织：a为传统高锰钢；b,c,d为三种改性的高锰钢；图2给出了高锰钢在5J冲击功下磨损量与磨损时间的关系；图3是传统高锰钢冲击1h后的表面形貌SEM照片：a为50倍；b为500倍；图4是改性高锰钢冲击1h后的表面形貌SEM照片：a为50倍；b为500倍；图5为高锰钢冲击磨损后自表面至心部的显微硬度分布；图6给出了高锰钢均匀腐蚀速率对比。具体实施方式以下以具有代表性例子对本专利技术再做进一步说明。当然在此要指出，本专利的保护范围不受以下所举例子的限制。具体实施方式一：本实施方式中纳米改性高锰钢材料是由传统的高锰钢和纳米改性剂材料制成，纳米改性剂材料占纳米改性高锰钢材料总重量0.01~5.00%，所述的纳米改性剂材料包括纳米陶瓷相材料或/和纳米稀土相材料。所述的纳米陶瓷相材料为颗粒粒径为1~500nm的纳米化合物陶瓷；所述的纳米化合物陶瓷为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷。所述的纳米稀土相材料为颗粒粒径为1~500nm的稀土元素和/或稀土化合物。所述的稀土化合物为稀土氢氧化物、稀土氧化物、稀土氯化物、稀土硅化物。当本实施方式中纳米改性剂材料为混合物时，各种纳米材料间可按任意比混合。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是纳米改性剂材料占纳米改性高锰钢材料总重量0.02~4.00%。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是纳米改性剂材料占纳米改性高锰钢材料总重量0.10~3.00%。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是纳米改性剂材料占纳米改性高锰钢材料总重量0.40~2.00%。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是纳米改性剂材料占纳米改性高锰钢材料总重量0.50~1.00%。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是纳米改性剂材料占纳米改性高锰钢材料总重量0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米改性高锰钢材料，由传统的高锰钢和纳米改性剂材料制成，纳米改性剂材料占纳米改性高锰钢材料总重量0.01‑5.00%，所述的纳米改性剂材料的粒径为1‑500nm，其特征在于，所述的纳米改性剂材料为成分A或/和成分B，成分A为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷中的一种或几种混合，成分B为稀土相材料。

【技术特征摘要】
1.一种纳米改性高锰钢材料，由传统的高锰钢和纳米改性剂材料制成，纳米改性剂材料占纳米改性高锰钢材料总重量0.01-5.00%，所述的纳米改性剂材料的粒径为1-500nm，其特征在于，所述的纳米改性剂材料为A+B或B，所述A为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷中的一种或几种混合，所述B为稀土相材料，所述稀土相材料为稀土元素、稀土氢氧化物、稀土氧化物、稀土氯化物、稀土硅化物、稀土碳化物和稀土氮化物中的一种或几种的混合。2.根据权利要求1所述的纳米改性高锰钢材料，其特征在于，氧化物陶瓷为Al2O3、TiO2、ZrO2陶瓷中的一种或几种混合。3.根据权利要求1所述的纳米改性高锰钢材料，其特征在于，氮化物陶瓷为TiN、TiCN、AlN、BN和Si3N4陶瓷中的一种或几种混合。4.根据权利要求1所述的纳米改性高锰钢材料，其特征在于，稀土元素为钇、钪、镧、铒、铈、镨、钕、镥、钐、钆、镝、钬、铥或镱。5.根据权利要求1所述的纳米改性高锰钢材料，其特征在于，稀土氢氧化物为Ce(OH)3、Nd(OH)3、Eu(OH)3、Gd(OH)3、Tb(OH)3、Dy(OH)3、Ho(OH)3、Er(OH)3、Tm(OH)3、Yb(OH)3或Lu(OH)3。6.根据权利要求1所述的纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：王铀，初瑞清，刘赛月，
申请(专利权)人：聊城大学，
类型：发明
国别省市：山东;37