超高锰合金耐磨钢制造技术

本发明专利技术涉及的是超高锰合金耐磨钢，目的是通过最佳组成配比和热处理，使其金相组织在奥氏体的基体上，弥散地分布着大量碳（氮）化物，保持韧性和提高强度。组成是Ｃ：１．１～１．６％，Ｍｎ：１６～２２％，Ｃｒ：１．５～３％，余为Ｆｅ。将冶炼得到的材料进行热处理。优点是对ＺＧＭｎ１８Ｃｒ↓［２］Ｔｉ超高锰合金钢作为风扇磨冲击板，其δ↓［ｂ］≥６５０Ｎ／ｍｍ↑［２］，δ↓［ｓ］≥５５０Ｎ／ｍｍ↑［２］，α↓［ｋ］≥７０Ｊ／ｃｍ↑［２］，原始硬度ＨＢ２００～２５０，使用后达ＨＢ４５０以上，使用寿命可延长０．５～１倍。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种耐磨铸钢的组成及其热处理工艺，尤其是指超高锰合金耐磨钢。 在
技术介绍
中，用于受冲击载荷较大的耐磨件，如火力发电厂磨煤用风扇磨的冲击板、护勾、护甲和破碎机的板锤、锤头、齿板等，其它水泥、矿山等行业的破碎、粉磨设备上类似工况的耐磨件，至今仍使用高锰钢ZGMn13，这种高锰钢是英国人哈特菲尔德(Hadfield)于1882年专利技术的，其主要化学成分为锰Mn10～14％，碳C0.9～1.4％，硅Si0.30～0.80％，磷P＜0.09％，硫S＜0.05％，余为铁Fe。这种钢经水韧处理后(处理温度Acm以上，约1050～1100℃)，其组织为单的奥氏体A，具有良好的韧性，其冲击韧性αk≥147J/cm2，原始硬度并不高，布氏硬度HB≤229(可参阅GB5680-85)，但因其层错能较低，在冲击载荷较大的情况下易发生加工硬化，表面硬度可达HB450以上，具有优良的冲击耐磨性，至今象风扇磨冲击板等受冲击较大的耐磨件多用这种ZGMn13钢，但是多年来的实践表明，这种钢用于风扇式磨煤机的冲击板，因煤粒的冲击力较小而不能使其表面发生满意的加工硬化，使用后表面硬度＜HB350，不能发挥耐磨性潜力，因而使用寿命较短，如陕西省略阳发电厂风扇式磨煤机的冲击板，使用寿命仅500小时左右，造成设备检修频繁，金属材料大量浪费，既影响电厂的正常运行和发电，又使发电成本增加。国外对冲击板的材料选用依次为高锰钢ZGMn13、低锰钢、高碳铸钢和低碳钢板。在国内，原水利电力部曾于1983年～1985年在山西省侯马电厂和安徽省325电厂进行ZGMn13、ZGMn6Cr2、ZGMn13VTiMo、30SiMnCrMoV(精铸)、高铬铸铁-低碳钢复合、高铬铸铁镶铸等六种材料冲击板的对比试验，结果是高铬铸铁复合及镶铸冲击板取得了较好的效果，使用寿命是ZGMn13冲击板的1.5～3倍，但是因其制造工艺复杂，成本太高，质量难以控制，复合层结合的强度和结构存在一定的问题，在工作使用过程中，偶有断板飞车事故发生，而未能推广应用。申请人在1972年至1984年间，与陕西省略阳发电厂等单位合作，在风扇磨冲击板上试验过ZGMn13、ZG41Mn2SiRe、ZG50Mn2、ZG35Cr2MnMoTiB、ZG50CrSiMoV、ZGMn6Mo1、ZG2Mn10Ti、高铬铸铁复合材料等十几种材料，均未取得明显效果，使用寿命始终在500～600小时，最后电厂从经济上考虑选用ZG50Mn工作冲击板材料，近年来由于加强了管理和设备改进，冲击板的使用寿命可达600～700小时，但仍不能满足生产的需要和材料消耗的降低，此处ZG50Mn2韧性差(αk≈20J/cm2)，经常发生断板飞车事故，既给安全生产带来很大威胁，又造成很大经济损失，飞车一次直接损失约5万元以上。本专利技术的目的是为了克服上述
技术介绍
中的不足之处，研制出超高锰合金耐磨钢，通过最佳组成配比和热处理，使其金相组织为在奥氏体A的基体上，弥散地分布着大量碳(氮)化物，保持较高韧性并提高强度，提高加工硬化能力，从而提高耐磨性，延长工件使用寿命，并获得突出的经济效益。本专利技术的技术解决内容如下申请人对万能耐磨材质ZGMn13的应用作了全面的分析，其硬化机理主要是形成位错的大量堆积缠结和形成弯晶等，但未见有形变马氏体的形成，以往科技人员有这样的偏见，为了得到形变马氏体组织，在ZGMn13的基础上，减低锰Mn含量至7～9％，以降低奥氏体A稳定性，提高马氏体M转变温度Ms点(以期望在使用过程中、组织中形成应变马氏体而增加硬度)，提高碳(氮)化合物在奥氏体A析出的能力，从而提高加工硬化能力和耐磨性， 但在实践中，仍是因冲击力小，加工硬化能力达不到产生应变马氏体组织，耐磨性还是不理想。申请人在此研究的基础上，打破常规，提高含锰量至16～22％，扩大奥氏体区，更稳定奥氏体，提高奥氏体的溶解度，溶解更多的其它合金元素，适当提高碳含量，以促使更多的碳(氮)化合物的形成，用稀土元素作变质处理以细化晶粒、去气和改善夹杂物的形态和分布，提高冶金质量，并通过热处理获得奥氏体基体上弥散分布颗粒状碳(氮)化合物硬质点(HV1200～1800)的组织，组织中的硬质点可阻碍位错的滑移，形成更多的位错缠结，从而提高材料的加工硬化能力，同时组织中高硬度的质点可提高材料的耐磨性。本专利技术的组成是，重量百分比为碳C1.1～1.6％，锰Mn16～22％，铬Cr1.5～3％，硅Si0.3～1.0％，硫S＜0.05％，磷P＜0.09％，余为铁Fe。本专利技术的组成还包括稀土Re＜0.1％。钒V0～0.6％。钛Ti0～0.6％。钼Mo0～0.6％。钨W0～0.6％。钒V0～0.6％，钛Ti0～0.6％，钼Mo0～0.6％，钨W0～0.6％，稀土Re＜0.1％。经用上述配方组成冶炼铸造生产的超高锰合金耐磨钢件进行热处理工艺，其方法水韧处理和弥散处理。水韧处理淬火温度1050℃～1150℃，适当保温后淬火冷却至300℃以下或冷却至室温；弥散处理加热至350℃～550℃保温4小时以上炉冷或空冷至室温。附图说明如下图1为ZGMn18Cr2Ti的钢试样金相组织，其标号是1-弥散分布的粒状碳(氮)化物MC或MN，2-奥氏体A。图2～图7均为热处理工艺图。下面是具体实施例方式实施例1在冶炼炉中，加入各元素成分并控制在使碳C1.1～1.6％，锰Mn16～22％，铬Cr1.5～3％，硅Si0.3～1.0％，硫S＜0.05％，磷P＜0.09％，余为铁Fe。制成钢坯或铸造生产出工件一般为非加工件，然后进行热处理工艺，见图2所示，即水韧处理温度为1050～1150℃水淬至室温或水淬至300℃时空冷至室温；弥散处理将经水韧处理后的铸钢件加热至350～550℃，保温4小时以上，炉冷或空冷，即得到本专利技术的产品--超高锰合金耐磨钢。实施例2在冶炼炉中，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％(这是不同实施例1之处)，余为铁Fe。制成的铸钢件进行热处理同实施例1，申请人对钢试样进行化验，(见试验报告)结果如下牌号ZGMn182CrTi，化学成分C1.17％，Mn18.0％，Si1.41％，S0.010％，P0.075％，Ti0.55％，Cr2.64％，Re0.003％，其组织见说明书附1，在奥氏体A的基础上，弥散分布着粒状碳(氮)化物MC或MN。实施例3基本同实施例1，所不同之处是在冶炼炉中，加入合金元素的成份不同，可加入钒V含量为0～0.6％，或钛Ti为0～0.6％，或钼Mo为0～0.6％，或钨W为0～0.6％，或者它们这些合金元素的全部，这样依次可得到牌号为ZGMn18Cr2V，ZGMn18Cr2Ti，ZGMn18Cr2Mo，ZGMn18Cr2W，ZGMn18Cr2VTiMoW。参见图3，将铸好的钢件加热至1050～1150℃，经保温使组织全部奥氏体化后，经水淬，再加热至900～950℃短时保温，水淬至室温，即能得到所需组织。参见图4，将钢件加热至800～880℃，保温炉冷细化晶粒，析出碳化物，再加热至1050～1150℃，然后再水淬。参见图5，将钢件本文档来自技高网...

【技术保护点】
超高锰合金耐磨钢，其特征是，组成为：碳Ｃ：１．１～１．６％，锰Ｍｎ：１６～２２％，铬Ｃｒ：１．５～３％，硅Ｓｉ：０．３～１．０％，硫Ｓ：＜０．０５％，磷Ｐ：＜０．０９％，余为铁Ｆｅ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：程必国，苏云彪，张云朝，王大有，
申请(专利权)人：西安电力机械厂，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]