本发明专利技术公开了基于TWIP效应和纳米析出强化的耐磨高锰钢，所述耐磨高锰钢中含有的化学元素成分及质量百分比如下：C：1.2％～1.6％；Mn：18％～26％，Mo：1.0％～2.0％，V：0.3％～1.2％，Nb：0.04％～0.08％，Si：0.3％～0.5％，P：≤0.003％，S：≤0.005％，其余为Fe和其它不可避免的杂质,耐磨高锰钢的微观组织为奥氏体。本发明专利技术通过将层错能控制在20～40mJ/m2的范围内来使衬板在生产使用过程中发生TWIP效应，产生孪晶，提高耐磨性能，能避免TRIP效应的产生，不会产生形变马氏体，由此避免衬板表面变形报废，达到延长使用寿命，降低矿山生产成本的目的。本的目的。
【技术实现步骤摘要】
基于TWIP效应和纳米析出强化的耐磨高锰钢、制备方法及用途
[0001]本专利技术属于高锰钢制备
，具体涉及基于TWIP效应和纳米析出强化的耐磨高锰钢及其制备方法。
技术介绍
[0002]奥氏体锰钢在耐磨配件中占主导地位，其原因是奥氏体锰钢具有优异的冲击韧性和优良的加工硬化性能，在不导致断裂失效的前提下，表面受冲击而产生加工硬化，获得表面硬而心部韧的性能特点，因此大型粉碎设备一般多采用超高锰钢，作为抗冲击磨损的耐磨配件。
[0003]然而传统高锰钢由于原始硬度较低，其依赖于马氏体转变提高高锰钢的表面硬度，提高耐磨性，将存在以下问题：(1)屈服强度一般在340MPa左右，无法满足工程构件在高应力下的性能要求，将发生严重的塑性变形，在服役过程前期导致失效，影响使用寿命；(2)材料表面撞击后会发生TRIP效应，在耐磨件工作面产生形变马氏体，使工作面上产生体积膨胀，在工件不同区域产生应力差，使工件因应力产生变形；3)高锰钢在水韧处理后为奥氏体组织，初始硬度较低(HB180～220)，抵抗磨料磨损的能力不强，在高硬度磨料和冲击应力较小的工况下使用时，无法充分发挥其磨料磨损的耐磨性。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种不发生马氏体转变的基于TWIP效应和纳米析出强化的耐磨高锰钢，以克服上述技术问题。
[0005]基于TWIP效应和纳米析出强化的耐磨高锰钢，按重量％计，包含碳(C)：1.2～1.6％，锰(Mn)：16～26％，铌(Nb)：0.04～0.08％，硅(Si)：0.3％～0.5％，磷(P)：0.003％以下且不包含0％，硫(S)：0.005％以下且不包含0％，剩余量的Fe和其它不可避免的杂质，耐磨高锰钢的微观组织为奥氏体，由下述关系式表示的层错能为25
‑
40mJ/m2，
[0006]关系式：
[0007]SFE(mJ/m2)＝4.356+0.075*Mn2‑
2.090*Mn
‑
5.532*c2+48.976*c
‑
40.111*Si，其中Mn、C、Si是指各成分含量的重量百分比。
[0008]进一步地，按重量％计，包含碳(C)：1.4～1.5％，锰(Mn)：16～18％，铌(Nb)：0.04～0.06％，硅(Si)：0.4％～0.5％，磷(P)：0.0025％以下且不包含0％，硫(S)：0.004％以下且不包含0％，剩余量的Fe和其它不可避免的杂质，耐磨高锰钢的微观组织为奥氏体，由下述关系式表示的层错能为31
‑
33mJ/m2，
[0009]关系式：
[0010]SFE(mJ/m2)＝4.356+0.075*Mn2‑
2.090*Mn
‑
5.532*c2+48.976*c
‑
40.111*Si，其中Mn、C、Si是指各成分含量的重量百分比。
[0011]进一步地，按重量％计，包含碳(C)：1.5％，锰(Mn)：18％，铌(Nb)：0.04％，硅(Si)：
0.5％，磷(P)：0.0025％以下且不包含0％，硫(S)：0.004％以下且不包含0％，剩余量的Fe和其它不可避免的杂质，耐磨高锰钢的微观组织为奥氏体，由下述关系式表示的层错能为32mJ/m2，
[0012]关系式：
[0013]SFE(mJ/m2)＝4.356+0.075*Mn2‑
2.090*Mn
‑
5.532*c2+48.976*c
‑
40.111*Si，其中Mn、C、Si是指各成分含量的重量百分比。
[0014]进一步地，按重量％计，还包括以下质量百分比的化学元素：钼(Mo)：1.0～2.0％，钒(V)：0.3～1.2％，所述奥氏体内形成有尺寸不大于10μm的碳化物，所述碳化物为Mo2C和VC。
[0015]进一步地，按重量％计，还包括以下质量百分比的化学元素：钼(Mo)：1.2％，钒(V)：0.8％。
[0016]本专利技术的另一个目的在于提供基于TWIP效应和纳米析出强化的耐磨高锰钢的制备方法，包括以下步骤：包含碳(C)：1.2～1.6％，锰(Mn)：18～26％，钼(Mo)：1.0％～2.0％，钒(V)：0.3～1.2％，铌(Nb)：0.04～0.08％，硅(Si)：0.3％～0.5％，磷(P)：0.003％以下且不包含0％，硫(S)：0.005％以下且不包含0％，剩余量的Fe和其它不可避免的杂质，耐磨高锰钢的微观组织为奥氏体；
[0017](1)熔炼和精炼：采用碱性炉衬的感应炉或电弧炉进行熔炼，先加入废钢和高碳锰铁，熔化后依次加入钼铁、中碳锰铁、低碳锰铁、微碳锰铁、金属锰和钒铁，完全熔化，调整成分，直至符合所述高锰钢的化学成分的质量百分比要求，升温至1480～1580℃，保温2
‑
5min，采用炉内或包内吹氩精炼，得到高锰钢钢液；
[0018](2)出钢和变质处理：将高锰钢钢液倒入钢包内，出钢温度为1420℃～1520℃，采用含铌的稀土合金变质剂对钢包内的高锰钢钢液进行变质处理；
[0019](3)浇注：将经过变质处理的钢水浇入预先准备的铸型型腔中，浇注温度为1380℃
‑
1420℃；
[0020](4)清理：浇注后4～12h后，打箱进行清理，去除浇冒口、清理飞边毛刺，打磨浇冒口残根；
[0021](5)水韧处理：将清理好的铸件以80
‑
100℃/h速率加热到650℃，保温2～4h，再加热到1050℃～1080℃，保温3～5h，出炉后淬入水中，水温低于40℃。
[0022]进一步地，步骤(2)中，采用冲包法进行变质处理，出钢前将变质剂加入包底，再冲入钢水，加入量为处理钢水的0.1％～0.5％；
[0023]进一步地，步骤(2)中，采用喂丝法进行变质处理，变质剂加入量为0.05％～0.15％。
[0024]本专利技术的更进一步目的在于所制备的基于TWIP效应和纳米析出强化的耐磨高锰钢在大型半自动磨机衬板中的用途，所述大型半自动磨机衬板的屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥850MPa，冲击功≥30J。
[0025]本专利技术是基于TWIP效应和纳米析出强化的耐磨高锰钢，其具有如下的有益效果：
[0026](1)通过将层错能控制在25～40mJ/m2的范围内来使衬板在生产使用过程中发生TWIP效应，产生孪晶，提高耐磨性能，能避免TRIP效应的产生，不会产生形变马氏体，由此避免衬板表面变形报废，达到延长使用寿命，降低矿山生产成本的目的；
[0027](2)形成的碳化物起钉扎晶界细化晶粒的作用，且晶内形成的Mo2C和VC粒状碳化物可进一步增强材料屈服强度和初始硬度，提高高锰钢的耐磨性能。
具体实施方式
[0028]在本专利技术的描述中，除非另有说明，术语“上”“下”“左”“右”“前”“后”等指示的方位或位置关系仅是为了描述本专利技术和简化描述，而本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于TWIP效应和纳米析出强化的耐磨高锰钢，其特征在于，按重量％计，包含碳(C)：1.2～1.6％，锰(Mn)：16～26％，铌(Nb)：0.04～0.08％，硅(Si)：0.3％～0.5％，磷(P)：0.003％以下且不包含0％，硫(S)：0.005％以下且不包含0％，剩余量的Fe和其它不可避免的杂质，耐磨高锰钢的微观组织为奥氏体，由下述关系式表示的层错能为25
‑
40mJ/m2，关系式：SFE(mJ/m2)＝4.356+0.075*Mn2‑
2.090*Mn
‑
5.532*c2+48.976*c
‑
40.111*Si，其中Mn、C、Si是指各成分含量的重量百分比。2.如权利要求1所述的基于TWIP效应和纳米析出强化的耐磨高锰钢，其特征在于，按重量％计，包含碳(C)：1.4～1.5％，锰(Mn)：16～18％，铌(Nb)：0.04～0.06％，硅(Si)：0.4％～0.5％，磷(P)：0.0025％以下且不包含0％，硫(S)：0.004％以下且不包含0％，剩余量的Fe和其它不可避免的杂质，耐磨高锰钢的微观组织为奥氏体，由下述关系式表示的层错能为31
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33mJ/m2,关系式：SFE(mJ/m2)＝4.356+0.075*Mn2‑
2.090*Mn
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5.532*c2+48.976*c
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40.111*Si，其中Mn、C、Si是指各成分含量的重量百分比。3.如权利要求2所述的基于TWIP效应和纳米析出强化的耐磨高锰钢，其特征在于，按重量％计，包含碳(C)：1.5％，锰(Mn)：18％，铌(Nb)：0.04％，硅(Si)：0.5％，磷(P)：0.0025％以下且不包含0％，硫(S)：0.004％以下且不包含0％，剩余量的Fe和其它不可避免的杂质，耐磨高锰钢的微观组织为奥氏体，由下述关系式表示的层错能为32mJ/m2,关系式：SFE(mJ/m2)＝4.356+0.075*Mn2‑
2.090*Mn
‑
5.532*c2+48.976*c
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40.111*Si，其中Mn、C、Si是指各成分含量的重量百分比。4.如权利要求1
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3所述的基于TWIP效应和纳米析出强化的耐磨高锰钢，其特征在于，按重量％计，还包括以下质量百分比的化学元素：钼(Mo...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐拔明，赵爱民，王栋栋，王浩祥，王常志，汪军，徐斌，汪有才，裴伟，段东，宋晓轩，胡景，胡云杰，王彬，李沛原，徐金鑫，吴浩然，
申请(专利权)人：铜陵有色金神耐磨材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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