一种含钨钛高锰钢及其制备方法技术

一种含钨钛高锰钢，其成分及质量百分含量为C：0.9~1.6%、Mn：11~26%、Cr：1.5~2.5%、Si：0.6~0.7%、Ti：0.1~2.5%、W：0.2~5.0%、Al：0.03~0.05%、P≤0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质。制备方法由以下步骤组成：将废钢、高碳锰铁、电解锰、钛铁、钨铁和中碳铬铁在真空度80~100Pa，熔炼温度1480~1500℃下熔炼；钢液温度降至1390~1410℃时浇入铸型中，钢液充满铸型型腔，凝固，冷却；将铸件以＜70℃/h的升温速度升至650℃，保温2~3；再以＜100℃/h的升温速度升至1080~1110℃，按铸件厚度每20mm保温1小时再加2小时，将加热铸件在温度低于40℃，10%的NaOH水溶液中冷却。本发明专利技术提供一种强韧性和耐磨性好的含钨钛高锰钢及其制备方法。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术涉及一种高锰钢及其制备方法，特别涉及一种含钨钛高锰钢及其制备方法。

技术介绍

高锰钢已有一百多年的发展历史，因其具有高的韧性、塑性，从而具有高的使用安全性，已形成Mn13、Mn18、Mn25等常用高锰钢材料系列，广泛应用于锤头、板锤、衬板鄂板和圆锤等构件。由于高锰钢本身特性，熔炼过程中含氧量高，易产生氧化物夹杂；同时晶粒粗大，韧性低，屈服强度低，初始硬度低。在强冲击磨料磨损工况中，与物料冲击的瞬间温度超过1000℃要求其具有强韧性及高硬度。
CN103789656A公开了一种含钨-铬-钒高锰耐磨钢及其制备方法。以废钢、高锰废料、增碳剂、锰铁、氮化锰铁、钨铁、铬铁、钒铁和金属铝为原料，熔炼钢水，将含稀土、钛、铌、硼、钾、镁等微合金元素的合金线插入钢包内的钢水中，将处理后的钢水浇入铸型，即可得到所述高锰耐磨钢。本耐磨钢中的钒主要以固溶形式存在，对细化高锰钢有限。钨形成WC呈多角形态，降低高锰钢韧性，对耐磨性不利。
CN102605268A公开了一种超高锰钢及其制备方法。其成分与质量百分比C：1.0~1.1%、Mn：16~20%、Si：0.4~1.2%、Cr：1.0~3.0%、Mo：0.2~1.0%、B：0.003~0.005%、Ti：0.1~0.2%、P≤0.04%、S≤0.04%，余量为Fe。对三次热处理保温，铸件表面经水韧处理后，表面会出现龟裂纹，在使用过程中，表面龟裂纹向铸件内部扩展而强韧性低。
CN102888564A公开了一种超高锰钢及其制备方法。该铸件水韧处理后再进行250~350℃时效处理，在时效处理时会出现Cr的碳化物增大脆性，在冲击工况下易剥落而耐磨性低。
CN102978529A公开了一种高锰钢，成分及质量百分比C：0.7~1.1%、Si：0.2~0.5%、Mn：12~16%、Cr：1.2~2.5%、P≤0.03%、S≤0.03%，余量为Fe。该高锰钢Si下限在0.2%，强韧性、耐磨性低。

技术实现思路

本专利技术的目的是提出一种强韧性和耐磨性好的含钨钛高锰钢。
本专利技术的另一个目的是提出一种所述高锰钢的制备方法。
本专利技术所述含钨钛高锰钢的成分及质量百分比为C：0.9~1.6%、Mn：11~26%、Cr：1.5~2.5%、Si：0.6~0.7%、Ti：0.1~2.5%、W：0.2~5.0%、Al：0.03~0.05%、P≤0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质。
高锰钢制备方法由以下步骤组成：
1）按高锰钢成分和质量百分含量将废钢、高碳锰铁、电解锰、钛铁、钨铁和中碳铬铁在真空度80~100Pa，熔炼温度1480~1500℃下熔炼；
2）钢液温度降至1390~1410℃时浇入铸型中，钢液充满铸型型腔，凝固，冷却，即得到本专利技术含钨钛高锰钢铸件；
3）将铸件以＜70℃/h的升温速度升至650℃，保温2~3；再以＜100℃/h的升温速度升至1080~1110℃，按铸件厚度每20mm保温1小时再加2小时，将加热铸件在温度低于40℃，10%的NaOH水溶液中冷却。
本专利技术加入Ti在高锰钢凝固过程中优先形成TiC作为高锰钢结晶核心而细化晶粒。TiC还可作为W的碳化物结晶核心形成(Ti、W)C，消除W的碳化物多角状形态，TiC、(Ti、W)C作为硬质点弥散分布高锰钢基体中，提高耐磨性。高锰钢在强冲击磨料磨损工况中与物料的冲击磨损瞬间温度超过1000℃而出现耐磨性大幅降低，加W固溶于基体中，可提高高锰钢高温强度，弥补由于高锰钢在使用过程中瞬间温度高而引起的耐磨性下降。
本专利技术利用采用真空中频炉熔炼，在于提高高锰钢冶金质量；用粉末冶金方法制备采用真空烧结炉烧结，防止高锰钢氧化。本专利技术采用外场振动，打碎铸态树枝晶，获得更多的结晶核心而细化晶粒，加速原子长程、短程扩散均匀，组织均匀，尤其Ti、W与Fe、Mn原子密度差别大，通过外场振动而使其分布更均匀。
热处理温度1080~1100℃，并采用适宜的保温时间，有利于成分均匀，并消除铸态Cr和Mn的碳化物。在10%的NaOH溶液中淬火，且溶液温度不高于40℃，防止高锰钢水韧处理过程中二次碳化物析出，有利于提高高锰钢韧性。
通过采取细晶化、均匀化、熔体洁净化处理，及基体中获得高硬度硬质点碳化物，高锰钢强韧耐磨性大幅提高。
具体实施方式
实施例1
含钨钛高锰钢的成分及质量百分含量：C：1.25%、Mn：13.5%、Cr：1.8%、Si：0.65%、Ti：0.4%、W：0.8%、Al：0.035%、P≤0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质。
1）按高锰钢成分和质量百分含量要求将废钢、高碳锰铁、电解锰、钛铁、钨铁和中碳铬铁在真空中频感应炉中，真空度95Pa，熔炼温度1450℃下熔炼；
2）当钢液温度降至1395℃时浇入铸型中，钢液充满浇注系统，凝固，振动时间5min，冷却，即得到本专利技术含钨钛高锰钢铸件；
3）将铸件以65℃/h的升温速度升至650℃，保温2.5小时；再以90℃/h的升温速度升至1090℃，按铸件厚度每20mm保温1小时再加2小时，将加热铸件在温度低于38℃，10%的NaOH水溶液中冷却。
表1实施例1的强韧性与耐磨性
*采用动态冲击磨料磨损的测试方法，以与本实施例同种成分但不含钨钛的高锰钢磨损量作为参照基数，本实施例的磨损量与其对比，数字越大则耐磨性越高。
**不含钨钛，其它成分及制备方法与实施例1相同。
实施例2
含钨钛高锰钢的成分及质量百分含量：C：1.25%、Mn：18.0%、Cr：2.2%、Si：0.7%、Ti：1.2%、W：2.4%、Al：0.04%、P≤0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质。
1）按高锰钢成分和质量百分含量要求将废钢、高碳锰铁、电解锰、钛铁、钨铁和中碳铬铁在真空中频感应炉中，真空度90Pa，熔炼温度1460℃下熔炼；
2）当钢液温度降至1400℃时浇入铸型中，钢液充满浇注系统，凝固，振动时间7min，冷却，即得到本专利技术含钨钛高锰钢铸件；
3）将铸件以50℃/h的升温速度升至650℃，保温2.5小时；再以80℃/h的升温速度升至1095℃，按铸件厚度每20mm保温1小时再加2小时，将加热铸件在温度低于36℃，10%的NaOH水溶液中冷却。
表2实施例2的强韧性与耐磨性
*采用动态冲击磨料磨损的测试方法，以与本实施例同种成分但不含钨钛的高锰钢磨损量作为参照基数，本实施例的磨损量与其对比，数字越大则耐磨性越高。
**不含钨钛，其它成分及制备方法与实施例2相同。
实施例3
含钨钛高锰钢的成分及质量百分含量：C：1.25%、Mn：21.0%、Cr：2.4%、Si：0.8%、Ti：2.4%、W：4.8%、Al：0.045%、P≤0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质。
1）按高锰钢成分和质量百分含量要求将废钢、高碳锰铁、电解锰、钛铁、钨铁和中碳铬铁在真空中频感应炉中，真空度85Pa，熔炼温度1470℃熔炼；
2）当钢液温度降至1405℃时浇入铸型中，钢液充满浇注系统，凝固，振动时间9min，冷却，即得到本专利技术含钨钛高锰钢铸件。
3）将铸件以40℃/h的升温速度升至650℃，保温2.8小时；再以60℃/h的升温速度升至1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含钨钛高锰钢，其特征是成分及质量百分含量为C：0.9~1.6%、Mn：11~26%、Cr：1.5~2.5%、Si：0.6~0.7%、Ti：0.1~2.5%、W：0.2~5.0%、Al：0.03~0.05%、P≤0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种含钨钛高锰钢，其特征是成分及质量百分含量为C：0.9~1.6%、Mn：11~26%、Cr：1.5~2.5%、Si：0.6~0.7%、Ti：0.1~2.5%、W：0.2~5.0%、Al：0.03~0.05%、P≤0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的含钨钛高锰钢，其特征是成分及质量百分含量为Mn：11~14%。
3.根据权利要求1所述的含钨钛高锰钢，其特征是成分及质量百分含量为Mn：16~18%。
4.根据权利要求1所述的含钨钛高锰钢，其特征是成分及质量百分含量为Mn：20~23%。
5.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑开宏，王海艳，王秀连，王娟，王顺成，
申请(专利权)人：广东省材料与加工研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44