專利名稱：超高性能耐磨高錳鋼及其生產(chǎn)方法
技術領域：
本發(fā)明屬于冶金技術領域，尤其涉及鑄造行業(yè)耐磨件用鋼及其生產(chǎn) 方法。
背景技術：
目前，人們所公知的耐磨高錳鋼，大多是在現(xiàn)有普通高錳鋼的基礎 上加入一些常用的合金元素來提高其耐磨性能，以提高高錳鋼耐磨件的 使用壽命。但其結(jié)果往往是有些耐磨件的硬度提高了，可韌性卻很低， 易裂，無法保證其使用壽命；有些耐磨件韌性提高了，可硬度卻很低，
易磨損，也無法保證其使用壽命?？傊?，其綜合機械性能變化不大，耐
磨性能和使用壽命并不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種能克服現(xiàn)有耐磨高錳鋼耐磨性能低 下，提高其綜合機械性能的超高性能耐磨高錳鋼及其生產(chǎn)方法。
本發(fā)明超高性能耐磨高錳鋼的化學成分為(按重量百分比計)C:
1.00% 1.50%(優(yōu)選為1.2% l,25%)、Mn: 10.5% 20.0%(優(yōu)選為11% 14%)、 Si: 0.30% 0.80% (優(yōu)選為0.4 0% 0.6 0%)、 Cr: 1.3% 2.8% (優(yōu)選為1.5% 2.0%)、 S^0.040%、 P^0,070%、 Ti: 0.06% 0.20% (優(yōu) 選為0.08% 0.12%)、 V: 0.100/0 0.40% (優(yōu)選為0.15% 0.25%)、 B: 0.002% 0.010 (優(yōu)選為0.003% 0.006%，最佳0.005%)、 Mg: 0.06 % 0.3 % (優(yōu)選為0.08 % 0.15 %)、 RE: 0.08 % 0.4 % (優(yōu)選為0.1 % 0.15%)、 N: 0.05% 0.2% (優(yōu)選為0.08% 0.1 %)，余量為鐵。
本發(fā)明所述超高性能耐磨高錳鋼的生產(chǎn)方法包括冶煉過程，其特點 是當鋼水溫度達到1500 155(TC，還原后5分鐘加入氮和鈣，出鋼前 10分鐘插鋁0.6 lkg/t加入釩和鈦，加入量分別為2 5kg/t和4 10kg/t，
出鋼1/3時在罐中加入2 6kg/t稀土鎂，出鋼1/2時在罐中加入稀土硅l 4kg/t，出鋼2/3時在罐中加入0.1 0.3kg/t硼，鋼水的澆注溫度控制在 1430 1460°C。
本發(fā)明采用了新的合金化工藝過程，大大提高了普通高錳鋼的耐磨 性能和綜合機械性能，而且生產(chǎn)工藝簡單、操作方便，生產(chǎn)成本低，經(jīng) 濟效益高，便于推廣應用。
本發(fā)明鋼種的成分和工藝設計理由
碳用來獲得超高強度及硬度。高錳鋼中碳決定耐磨性高低，當碳 1.5%時，試樣在沖擊摩擦550小時以后，磨損0.3%;當碳1.0%時，試樣 在沖擊摩擦550小時以后，磨損0.7%;當碳1.2% 1.3%時，試樣在沖擊 摩擦550小時以后，磨損0.4% 0.5%;壁厚^100時，韌性下降嚴重，易 產(chǎn)生裂紋，每增加0.1%的碳，要降低ak值40J/cm2，所以耐磨件的碳 控制在1.2% 1.25%最佳，即綜合機械性能最高(碳1.3W時鑄態(tài)ak值近 乎于0)。碳化物析出溫度960°C ，但水韌處理后碳1.3%, ak值^120 J/cm2。 碳量增高擴大結(jié)晶間隔，使結(jié)晶組織粗大，使奧氏體中析出的碳化物也 粗大且集中。碳高時應提高水韌處理溫度或延長保溫時間來充分均勻地 固溶碳化物溶解碳化物。
錳錳是穩(wěn)定奧氏體的主要元素，也是增強淬透性元素，對F體有 強化作用。高錳鋼中錳含量11%增至14%時，鋼的屈服強度并不受到影 響，而能逐漸增強抗拉強度及延伸性。當錳增至15%時，已不在顯著提 高機械性能，反而會引起鋼的收縮量增大，易產(chǎn)生縮孔和裂紋。(Mn/C) >10可避免冷卻時產(chǎn)生珠光體轉(zhuǎn)變，保證奧氏體韌性。(Mn/C)〈10時可 提高耐磨性。因此錳碳比=10可提高得到較好的綜合機械性能。防止開裂 C%=1.25 2.5(P)。/。降碳量。
硅在低合金超高強度鋼中顯示出突出重要的做用，硅將回火溫度 提高后不僅得到共析S-碳化物沉淀強化，而且由于應力消除，對韌性、
抗H脆和應力腐蝕開裂、疲勞等性能非常有力。但硅對碳化物析出有促 進做用，并有利于共析轉(zhuǎn)變。硅>0.8時將會使碳化物開始粗大，硅>2.2 碳化物急劇粗大并過量析出，固溶處理時晶粒粗大，導致韌性降低，硅
0.5%最佳。
磷磷的有害作用主要在于惡化高錳鋼的力學性能、抗磨性能和鑄 造工藝性能。磷在奧氏體中溶解度很小，1005。C形成Fe+Fe3P 二元磷共 晶；95(TC形成Fe+Fe3C+Fe3P三元磷共晶。磷共晶使高錳鋼性能(強度、 朔性、韌性)下降。磷超過0.04%朔性抗拉強度急劇下降，越低越好。
硫高溫易脆，控制范圍S0.030，越低越好。
鉻主要提高淬透性，稍提高硬度、提高奧氏體屈服強度，提高耐 磨性對抗腐蝕有益但降低韌性。但它易生成夾雜物，使鋼液變綢，降低 流動性，增加體收縮量，增大縮孔傾向，減小導熱性，增大縮孔傾向。 鉻21.5%開始降低韌性，1.5% 2.0%綜合機械性能最高。
Al:脫氧能力強，細化組織。但含量過高形成晶界脆化和熱裂降低 韌性，磷含量<0.07%，鋁加入量0.08%;鋼中殘留量0.035% 0.045%。 鋁加入量AlX).15n/。會使晶粒粗大耐磨性降低。但鋁加入量AK0.15。/。脫氧 良好，鋼中利于提高抗裂能力和沖擊韌性，應在罐中加入。
氮在高錳鋼中可形成氮化物，如TiN、 VN等耐磨硬質(zhì)點。其含量 在0.08 % 0.1 %范圍效果較好。
釩提高淬透性，溶入F體中有強化作用，形成穩(wěn)定的碳化物，細化 晶粒，特別與鈦結(jié)合可提高加工硬化性能和耐磨性。其含量控制在 0.15% 0.25%效果較好。
鈦是強烈碳化物形成元素，細化晶粒，可消除柱狀晶，形成硬質(zhì) 點(TiC、 TiN)，提高耐磨性，鈦加入量在0.08% 0.12%時比不含鈦的 鋼可明顯提高耐磨性，但在0.4%時可明顯脆化降低耐磨性。
稀土主要作用是1)凈化鋼液(與[S]、 [O]、 [H]、 [N])，改善高錳鋼 的冶金質(zhì)量(降低鋼中[MO]); 2)改善一次結(jié)晶(阻礙晶粒長大)，碳化 物形成元素，優(yōu)化高錳鋼組織；3)改善高錳鋼鑄造性能(減少碳化物
析出，提高朔性，降低鑄造應力；4)提高高錳鋼的力學性能(提高硬度、
提高屈服強度及沖擊韌性)；5)促進加工硬化，改善高錳鋼耐磨性。其
含量優(yōu)選為0.3% 0.5%。
鎂:鎂是一種孕育劑，能降低鋼液的過冷傾向，可細化晶粒，使碳化 物團絮化，從而，提高鋼的韌性及耐磨性。優(yōu)選為0.8% 0.15%。
硼是表面活性元素，主要存在晶體缺陷處，富集在奧氏體晶界處。 硼可細化晶粒，鋼中加入0.003% 0.006%可消除柱狀晶，它能提高鋼的 密度，對晶界起強化作用，但用量過多會降低鋼的強度和朔性。
鈣它是一種孕育劑，能降低鋼液的過冷傾向，可細化晶粒，使碳 化物團絮化，從而，提高鋼的韌性及耐磨性。它又是一種強烈的脫氧劑， 可脫硫，可凈化鋼水。其加入量在0.2% 0.6%為好。
具體實施例方式
實施例1
本發(fā)明實施例1以生產(chǎn)超高性能耐磨高錳鋼球磨機襯板用鋼(10噸 鋼水)為例，該鋼種的化學成分為(重量百分比)C: 1.23%、 Mn: 12.65%、 Si: 0.560/0、 Cr: 1.580/o、 S: 0.018%、 P: 0.0430/0、 Ti: 0.11%、 V: 0.140/0、 B: 0.005%、 Mg: 0.09%、 RE: 0.15%、 N: 0.09%,余量為鐵。
該鋼種的生產(chǎn)方法包括，采用常規(guī)鋼種的元素配比和本發(fā)明特有的 合金化工藝。當鋼水溫度達到1500 1550°C，還原后5分鐘加入200kg 氮化錳鐵和40kg硅鈣；在出鋼前10分鐘插鋁0.6 lkg/t加入釩鐵30kg(含 釩50%，收得率95%)，加入鈦鐵70kg(含鈦30。/。收得率50。/。)；出鋼至1/3 時在罐中加入稀土鎂30kg(含稀土32。/。，收得率90% 95%，含鎂30%， 收得率90%' 95%)，加入稀土硅20kg(含稀土36。/。，收得率90% 95%); 出鋼至2/'3時在罐中加入2kg硼鐵(含硼20%，收得率90%);澆注溫度 控制在1430 1460°C。
該實施例鋼種的力學性能如下
硬度HB:鑄態(tài)205 淬火水韌態(tài)241 回火態(tài)229;
沖擊韌性Ak/J:回火態(tài)205J;
晶粒度5 6級(原球磨機襯板晶粒度1級)；
碳化物X3級。
經(jīng)試驗，采用本發(fā)明鋼種生產(chǎn)的球磨機襯板的使用壽命由原來歷史 最高水平的2000小時左右提高到了 5000小時，其使用壽命提高了 150%。 實施例2
本發(fā)明實施例2以生產(chǎn)超高性能耐磨高錳鋼圓錐破碎機襯板用鋼(].O 噸鋼水)為例，該鋼種的化學成分為(重量百分比)C: 1.20%、Mn: 12.95%、 Si: 0,51%、 Cr: 1.68%、 S: 0.019%、 P: 0.045o/o、 Ti: 0.12%、 V: 0.17%、 B: 0.0045%、 Mg: 0.085%、 RE: 0.14%、 N: 0.08%，余量為鐵。
該鋼種的生產(chǎn)方法包括，采用常規(guī)鋼種的元素配比和本發(fā)明特有的 合金化工藝。當鋼水溫度達到1500 1550°C，還原后5分鐘加入200kg 氮化錳鐵和40kg硅鈣；在出鋼前10分鐘插鋁0.6 lkg/t加入釩鐵30kg(含 釩50%，收得率95%)，加入鈦鐵75kg(含鈦30%收得率50%);出鋼至1/3 時在罐中加入稀土鎂30kg(含稀土32。/。，收得率90% 95%，含鎂30%， 收得率90% 95%)，加入稀土硅20kg(含稀土36。/。，收得率90% 95%); 出鋼至2/3時在罐中加入2kg硼鐵(含硼20%，收得率90%);澆注溫度 控制在1430 1460°C。
該實施例鋼種的力學性能如下
硬度HB:鑄態(tài)195 淬火水韌態(tài)231回火態(tài)225;
沖擊韌性Ak/J: 回火態(tài)201J;
晶粒度7 8級(原破碎機襯板晶粒度1級)；
碳化物X2級。
經(jīng)試驗，采用本發(fā)明鋼種生產(chǎn)的破碎機襯板的使用壽命超過了原來
國外原裝破碎機襯板530小時左右的最高記錄，達到590小時。
權利要求
1.一種超高性能耐磨高錳鋼，其特征在于鋼水的化學成分為(按重量百分比計)C1.00％～1.50％、Mn10.5％～20.0％、Si0.30％～0.80％、Cr1.3％～2.8％、S≤0.040％、P≤0.070％、Ti0.06％～0.20％、V0.10％～0.40％、B0.002％～0.010、Mg0.06％～0.3％、RE0.08％～0.4％、N0.05％～0.2％，余量為鐵。
2. 根據(jù)權利要求1所述的超高性能耐磨高錳鋼的化學成分優(yōu)選為(重量 百分比)C: 1.2% 1.25%、 Mn: 11% 14%、 Si: 0.4 0% 0.6 0%， 最佳0.5%、 Cr: 1.5% 2.0%、 Ti: 0.08% 0.12%、 V: 0.15% 0.25%、 B: 0.003% 0.006%，最佳0.005%、 Mg: 0.08 % 0.15 %、 RE: 0.1 % 0.15%、 N: 0.08% 0.1 %。
3. —種權利要求1所述超高性能耐磨高錳鋼的生產(chǎn)方法，包括冶煉過程， 其特征在于當鋼水溫度達到1500 1550°C ，還原后5分鐘加入氮和鈣， 出鋼前10分鐘插鋁0.6 lkg/t加入釩和鈦，加入量分別為2 5kg/t 和4 10kg/t，出鋼1/3時在罐中加入2 6kg/t稀土鎂，出鋼1/2時在 罐中加入稀土硅l 4kg/t，出鋼2/3時在罐中加入0.1 0.3kg/t硼，鋼 水的澆注溫度為1430 1460°C。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超高性能耐磨高錳鋼及其生產(chǎn)方法。其化學成分為C1.00％～1.50％、Mn10.5％～20.0％、Si0.30％～0.80％、Cr1.3％～2.8％、S≤0.040％、P≤0.070％、Ti0.06％～0.20％、V0.10％～0.40％、B0.002％～0.010、Mg0.06％～0.3％、RE0.08％～0.4％、N0.05％～0.2％，余量為鐵。生產(chǎn)方法當鋼水溫度達到1500～1550℃，還原后5分鐘加入氮和鈣，出鋼前10分鐘插鋁加入2～5kg/t釩和4～10kg/t鈦，出鋼1/3時罐中加入2～6kg/t稀土鎂，出鋼1/2時罐中加入1～4kg/t稀土硅，出鋼2/3時罐中加入0.1～0.3kg/t硼，鋼水的澆注溫度控制在1430～1460℃。本發(fā)明采用新的合金化工藝過程，提高了高錳鋼的耐磨性能和綜合機械性能。
文檔編號C22C38/38GK101191180SQ200610134360
公開日2008年6月4日 申請日期2006年11月21日 優(yōu)先權日2006年11月21日
發(fā)明者張東海 申請人:鞍鋼集團礦業(yè)公司