【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于耐磨铸钢及其热处理，具体涉及一种高强韧耐磨高锰钢及其制备方法与应用。
技术介绍
1、高锰钢是历史最悠久的耐磨材料之一，其使用状态的组织为奥氏体，具有良好的韧性和较低的硬度。但在强烈冲击工况下，高锰钢表层硬度可由初始200hb提高到500hb以上，从而呈现良好的耐磨性能。高锰钢在中高应力冲击磨料磨损工况下外硬内韧的特点使其被广泛用作大型颚式破碎机的颚板、大型圆锥破碎机的破碎壁和轧臼壁等零部件。然而，高锰钢的屈服强度低、初次加载时易变形，导致后续的维修及拆卸困难。金属材料强度的提升往往伴随着韧性的下降。如何在显著提升高锰钢屈服强度的同时，使其依然具有较高的韧性以及耐磨性能是钢铁耐磨材料领域需要解决的难题。
2、中国专利cn118326288a公开了一种耐磨高锰钢衬板材料及其制备方法。通过添加适量的mo、w、v等合金元素来提升高锰钢的抗变形能力。mo、w、v主要以析出相的形式存在，即利用析出相的弥散强化效应提升材料的屈服强度。然而，为了避免析出相在晶界处析出或尺寸过大造成冲击韧性显著下降，需要在260℃-450℃保温5-8小时，这使得高锰钢的生产成本显著提升。
3、中国专利cn118272735a公开了一种fe-mn-cr-c-n高锰钢及其制备方法。通过引入间隙固溶强化元素n，适当延长钢锭的保温时间，提高终锻温度，无需进行时效处理，就可以得到屈服强度520mpa,u型缺口冲击功377j的高锰钢。然而，fe-mn-cr-c-n高锰钢的成分含有高达7wt％的cr。此外，其制备过程涉及真空熔炼、高温锻造
4、中国专利cn110468343b公开了一种tic析出增强高锰钢基复合材料及其制备工艺。高硬度的tic使得高锰钢基复合材料的屈服强度达到400-530mpa。但过量的tic割裂奥氏体基体，导致高锰钢基复合材料的v型缺口冲击功为13-49j。较低的韧性使得tic析出增强高锰钢基复合材料仅适用于制备低冲击工况下的耐磨部件。
5、中国专利cn108262465b公布了一种耐磨反击式破碎机板锤的制造方法。采用高锰钢为基体，在板锤的工作面设置多处硬质合金点，从而提升整个构件的抗变形能力及耐磨性能。然而合金柱的加入会导致构件的生产成本急剧上升。此外，为了确保板锤体快速冷却过程中合金柱不发生炸裂，需要对合金柱的尺寸、分布等进行优化设计，复杂的生产工序进一步提升生产成本。
6、因此，针对高应力冲击磨料磨损工况下现有高锰钢材料强(屈服强度)韧性匹配与生产成本之间的矛盾，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种高强韧耐磨高锰钢。
2、本专利技术的又一目的在于提供一种高强韧耐磨高锰钢的制备方法，该高锰钢以si、mn、cr为主要合金元素，添加适量zr元素，经合适的出炉温度、浇注温度及水韧处理调控，可以获得一种晶粒细小，且在奥氏体基体上均匀分布有微/纳尺寸zr(c,n)硬质相的复相组织。晶粒的细化以及弥散分布的zr(c,n)硬质相使得该高锰钢兼具高屈服强度、高韧性以及优异耐磨性能。
3、本专利技术的再一目的在于提供上述高强韧耐磨高锰钢的应用，适用于制造中大型球磨机衬板、颚式破碎机的颚板、圆锥破碎机的破碎壁和轧臼壁等中高应力冲击磨料磨损工况下的耐磨损件。
4、本专利技术采用以下技术方案：
5、一种高强韧耐磨高锰钢，按质量百分比计，所述高强韧耐磨高锰钢的化学组成为，c：0.8-1.4％，si：0.3-0.9％，mn：10-17％，cr：0.5-1.5％，zr：0.03-0.18％，p≤0.032％，s≤0.040％，余量为fe和不可避免的杂质。
6、优选地，所述高强韧耐磨高锰钢的化学组成为，c：0.8-1.1％、si：0.4-0.8％、mn：10.5-15.5％、cr：0.5-1.0％、zr：0.05-0.12％、p≤0.025％、s≤0.035％，余量为铁和不可避免的杂质。
7、优选地，所述高强韧耐磨高锰钢的化学组成为，c：1.0％、si：0.7％、mn：14.0％、cr：1.0％、zr：0.09％、p：0.025％、s：0.034％，余量为铁和不可避免的杂质。
8、优选地，所述高强韧耐磨高锰钢的化学组成中zr和c满足如下条件：3×10-6≤[zr][c]wt％≤16×10-6。
9、优选地，所述高强韧耐磨高锰钢的化学组成中zr和c满足如下条件：4×10-6≤[zr][c]wt％≤14.3×10-6。
10、优选地，所述高强韧耐磨高锰钢晶粒细小，在奥氏体基体中均匀分布有微/纳米尺寸zr(c,n)硬质相。
11、优选地，所述高强韧耐磨高锰钢屈服强度为415.2-512.3mpa，u型缺口冲击吸收能量为100.2-122.3j。
12、一种高强韧耐磨高锰钢的制备方法，包括以下步骤：
13、s1)冶炼：将生铁、废钢、纯铁金属和铁合金加入电炉进行冶炼，调节钢水成分至设计成分的误差范围内，出炉；
14、s2)孕育处理：浇包内部放置由锆铁合金组成的孕育剂，用包内冲入法对步骤s1所得的钢液进行孕育处理，得到待浇注钢液；
15、s3)铸造成型：通过浇口浇注步骤s2所得待浇注钢液，凝固冷却得到铸件；
16、s4)水韧处理：将步骤s3所得的铸件进行清砂处理，然后送入热处理炉，加热，保温后，水冷至室温，即得。
17、优选地，步骤s1所述钢水的出炉温度为1480℃。
18、优选地，步骤s2所述孕育剂的制备方法：利用机械研磨将锆铁合金粉碎成直径≤3mm的颗粒并烘干，用铁箔包裹即得孕育剂。
19、优选地，步骤s3所述钢液的浇注温度为1430℃。
20、优选地，步骤s4所述水韧处理的固溶温度为1050℃-1100℃，保温时间为4-8h。
21、优选地，步骤s1所述生铁、废钢、纯铁金属和铁合金为公知的商品化普通原材料，均可从市场上购买获得。
22、上述高强韧耐磨高锰钢在制造耐磨件中的应用。
23、优选地，所述高强韧耐磨高锰钢在制造中高应力冲击磨料磨损工况下耐磨件中的应用。
24、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点及有益效果：
25、本专利技术制得的高强韧耐磨高锰钢，是以si、mn、cr为主要合金元素，添加适量zr元素，配合适当的浇注工艺、水韧热处理工艺，获得晶粒细小，且在奥氏体基体上均匀分布有微/纳尺寸zr(c,n)硬质相的高锰钢。zr(c,n)作为异质相能促进γ-fe的形核，其高熔点则能抑制水韧处理过程中晶粒的长大，从而获得细小晶粒。晶粒的细化能同时提升材料的屈服强度和冲击韧性。此外，弥散的zr(c,n)能抑制位错运动提升材料的屈服强度以及削弱磨料的显微切削行为。因此，本专利技术制得的高锰钢在屈服强度本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高强韧耐磨高锰钢，其特征在于，按质量百分比计，所述高强韧耐磨高锰钢的化学组成为，C：0.8-1.4％，Si：0.3-0.9％，Mn：10-17％，Cr：0.5-1.5％，Zr：0.03-0.18％，P≤0.032％，S≤0.040％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述高强韧耐磨高锰钢，其特征在于，所述高强韧耐磨高锰钢的化学组成为，C：0.8-1.1％、Si：0.4-0.8％、Mn：10.5-15.5％、Cr：0.5-1.0％、Zr：0.05-0.12％、P≤0.025％、S≤0.035％，余量为铁和不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述高强韧耐磨高锰钢，其特征在于，所述高强韧耐磨高锰钢的化学组成中Zr和C满足如下条件：3×10-6≤[Zr][C]wt％≤16×10-6。
4.如权利要求3所述高强韧耐磨高锰钢，其特征在于，所述高强韧耐磨高锰钢的化学组成中Zr和C满足如下条件：4×10-6≤[Zr][C]wt％≤14.3×10-6。
5.权利要求1～4任一项所述高强韧耐磨高锰钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤
6.如权利要求5所述高强韧耐磨高锰钢，其特征在于，步骤S1所述钢水的出炉温度为1480℃。
7.如权利要求5所述高强韧耐磨高锰钢的制备方法，其特征在于，步骤S2所述孕育剂的制备方法：利用机械研磨将锆铁合金粉碎成直径≤3mm的颗粒并烘干，用铁箔包裹即得孕育剂。
8.如权利要求5所述高强韧耐磨高锰钢的制备方法，其特征在于，步骤S3所述钢液的浇注温度为1430℃。
9.如权利要求5所述高强韧耐磨高锰钢的制备方法，其特征在于，步骤S4所述水韧处理的固溶温度为1050℃-1100℃，保温时间为4-8h。
10.权利要求1～4任一项所述高强韧耐磨高锰钢在制造耐磨件中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种高强韧耐磨高锰钢，其特征在于，按质量百分比计，所述高强韧耐磨高锰钢的化学组成为，c：0.8-1.4％，si：0.3-0.9％，mn：10-17％，cr：0.5-1.5％，zr：0.03-0.18％，p≤0.032％，s≤0.040％，余量为fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述高强韧耐磨高锰钢，其特征在于，所述高强韧耐磨高锰钢的化学组成为，c：0.8-1.1％、si：0.4-0.8％、mn：10.5-15.5％、cr：0.5-1.0％、zr：0.05-0.12％、p≤0.025％、s≤0.035％，余量为铁和不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述高强韧耐磨高锰钢，其特征在于，所述高强韧耐磨高锰钢的化学组成中zr和c满足如下条件：3×10-6≤[zr][c]wt％≤16×10-6。
4.如权利要求3所述高强韧耐磨高锰钢，其特征在于，所述高强韧耐磨高锰钢的化...
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