本發(fā)明涉及一種合金鋼，特別涉及一種顆粒增強型奧氏體鋼。
背景技術(shù)：
：耐磨鋼板廣泛應(yīng)用于工作條件特別惡劣，要求高強度、高耐磨性能的工程、采礦、建筑、農(nóng)業(yè)、水泥生產(chǎn)、港口、電力以及冶金等機械產(chǎn)品上，如刮板運輸機、轉(zhuǎn)載機、挖掘機、自卸車及各種礦山機械等。耐磨奧氏體錳鋼最早于1882年由英國冶金學(xué)家發(fā)明，其基本成分為：11-14％Mn，1.0-1.4％C，這種高錳鋼在水淬后具有高韌性、高冷作硬化能力，在高沖擊載荷下使用，耐磨性好。高錳鋼的加工硬化機理有位錯堆積和或位錯、形變馬氏體、形變孿晶、彌散析出的微合金碳氮化物的綜合作用所致，其金相圖如附圖1所示。但隨著實際使用發(fā)現(xiàn)，高錳鋼的使用壽命較短，在中等和較弱沖擊條件下，高錳鋼并不能很好的強化。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的第一目的是提供一種壽命長的顆粒增強型奧氏體鋼。本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)的：一種顆粒增強型奧氏體鋼，其中：由以下重量百分比物質(zhì)組成：C：0.3~0.9；Si:0.45~0.55；Mn：8.0~9.5；Ni：1.5~2.5；Ti：0.3~0.4；V：0.05~0.07；Al：0.1~0.15；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。作為優(yōu)選方案，顆粒增強型奧氏體鋼的重量百分比組成為：C：0.42~0.53；Si:0.454~0.483；Mn：8.08~8.34；Ni：1.5~1.7；Ti：0.3~0.33；V：0.05~0.07；Al：0.1~0.15；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。作為優(yōu)選方案，顆粒增強型奧氏體鋼的重量百分比組成為：C：0.55~0.63；Si:0.474~0.513；Mn：8.81~9.34；Ni：1.9~2.1；Ti：0.33~0.37；V：0.055~0.065；Al：0.11~0.14；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。作為優(yōu)選方案，顆粒增強型奧氏體鋼的重量百分比組成為C：0.88；Si:0.53；Mn：9.0；Ni：2.0；Ti：0.35；V：0.06；Al：0.13；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的第二目的在于提供一種上述顆粒增強型奧氏體鋼的鋼板制造工藝。本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種上述顆粒增強型奧氏體鋼的鋼板制造工藝，其中：包括如下步驟S1：將各組分原料按照上述重量配比在轉(zhuǎn)爐中冶煉；S2：將S1中煉制的鋼水經(jīng)過連鑄機鑄造成連鑄坯，將連鑄坯裝入加熱爐，加熱溫度1050~1250，時間4-7個小時；S3：將S2中得到的坯料在中厚板軋機上粗軋3-8次，精軋5-10次，終軋溫度為800-950℃，軋后水冷采用空冷至溫度為300-500℃；S4：將S3中得到的鋼板水韌處理，加熱溫度為1000-1100℃，加熱時間1~2h，鋼板加熱后水冷至室溫。作為優(yōu)選方案，S2中加熱爐的加熱溫度為1100-1150℃。作為優(yōu)選方案，S3中粗軋次數(shù)為5-6次，精軋次數(shù)為8-10次。作為優(yōu)選方案，S4中加熱溫度為1050-1100℃，保溫90min。作為優(yōu)選方案，S4中水冷速度為30℃/min。Mn可以擴大鐵碳平衡項圈的奧氏體相區(qū)，增加鋼的淬透性，降低馬氏體轉(zhuǎn)變溫度，降低鋼的臨界冷卻速度；Mn和Fe可形成固溶體，提高奧氏體的強度，為獲得理想的機械性能，本申請將Mn含量從常見的11%~14%降低到8.0%~9.5%，經(jīng)固溶處理后具有良好的韌性，Mn還可以與合金中的S雜質(zhì)形成熔點較高的MnS，防止FeS生成而導(dǎo)致熱脆現(xiàn)象。C可以穩(wěn)定合金中的奧氏體，當(dāng)進(jìn)行快速冷卻時碳可以使奧氏體保持在室溫呈單相的奧氏體組織；同時C可在合金內(nèi)形成固溶強化，提高合金的硬度、強度和耐磨性；本申請中C與Ti共同形成TiC顆粒，可以阻止磨粒磨損犁溝的通過，破碎磨粒，鈍化磨粒的尖角，從而能顯著減少合金磨損。Ti與C形成硬度極大的TiC粒子，顯著改善鋼的耐磨性能，本發(fā)明控制Ti的含量為0.3~0.4wt%，形成TiC粒子體積分?jǐn)?shù)約為0.4-0.7%，平均粒度約為1-4μm，過多的TiC粒子惡化材料的塑性及韌性，采用0.3~0.4wt%能有效提高合金的耐磨性，同時材料加工型和焊接性優(yōu)良，能夠滿足相關(guān)設(shè)備制造要求。V具有細(xì)化高錳鋼組織的作用，可以提高鋼的屈服強度、原始硬度和耐磨性的作用，同時V與碳能形成VC，可以在凝固過程中率先析出，彌散分布在合金內(nèi)抑制晶粒長大，而V如果添加過多會析出粗大碳化物，降低鋼的韌塑性，因此本發(fā)明V含量設(shè)置為0.05~0.07wt%。Si具有強化固溶體、提高屈服強度的作用，Si的添加也會降低C在奧氏體中的溶解度，促進(jìn)TiC等碳化物的析出，提高耐磨性，但是含量若大于0.6wt%時容易導(dǎo)致粗晶產(chǎn)生，因此本申請中將Si含量設(shè)置在0.45~0.55wt%。Al主要用來脫氫和細(xì)化晶粒，能改善鋼的耐腐蝕性、電、磁性能，同時在鋼中會形成固溶強化，提高合金鋼的耐磨性。Ni可以提高合金鋼的淬透性，顯著改善合金鋼的耐腐蝕性，同時擴大奧氏體相區(qū)，促進(jìn)合金鋼的奧氏體化。本發(fā)明具有如下優(yōu)點：1、本發(fā)明制作的耐磨鋼可適合惡劣工況，同時能具有高耐磨性，同時增強顆粒的硬度大，具有較高的彈性模量和熱力學(xué)穩(wěn)定性，耐磨性能極高，并且本產(chǎn)品為奧氏體基體鋼，力學(xué)性能優(yōu)良，沖擊功50J以上，延伸率可達(dá)12%以上，焊接性能和及加工性能較好，能滿足中部槽制造的要求，提高中部槽的整體使用壽命，節(jié)約能源，提高節(jié)約效率。2、本發(fā)明提供的具有耐沖擊磨損性能的顆粒增強型奧氏體鋼，通過合理配比C、Mn元素比例，合金化處理，降低了奧氏體穩(wěn)定性，抑制滲碳體的析出長大，提高了高錳鋼在中、低沖擊載荷下的硬化指數(shù)；在中、低載荷工況下，其沖擊磨損性能是Mn13、HARDOX400、HARDOX500等耐磨材料的1倍以上；3、本發(fā)明通過對合金元素的優(yōu)化，提高了高錳鋼的連鑄生產(chǎn)難度與軋制難度；4、本發(fā)明采用連鑄機與中厚板軋機連續(xù)運作，純凈度高，表面質(zhì)量改善，同時在合理的軋制溫度區(qū)間進(jìn)行軋制，并采用水韌處理，防止碳析出，使合金鋼得到最需要的金相組織。附圖說明圖1為傳統(tǒng)Mn13耐磨鋼的金相圖；圖2為實施例一的顆粒增強型奧氏體鋼的表面的顯微結(jié)構(gòu)圖，從中可以看出耐磨鋼的表面分布有大量TiC顆粒。具體實施方式實施例一：一種顆粒增強型奧氏體鋼，其中：由以下重量百分比物質(zhì)組成：C：0.88；Si:0.53；Mn：9；Ni：2；Ti：0.35；V：0.06；Al：0.13；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。采用該顆粒增強型奧氏體鋼制備鋼板的制造工藝包括如下步驟：S1：將各組分原料按照上述重量配比在轉(zhuǎn)爐中冶煉；S2：將S1中煉制的鋼水經(jīng)過連鑄機鑄造成連鑄坯，將連鑄坯裝入加熱爐，加熱溫度1150，時間5個小時；S3：將S2中得到的坯料在中厚板軋機上粗軋5次，精軋10次，終軋溫度為850℃，軋后水冷采用空冷至溫度為400℃；S4：將S3中得到的鋼板水韌處理，加熱溫度為1050℃，加熱時間90min，鋼板加熱后以30℃/min的冷卻速度水冷至室溫。實施例二：一種顆粒增強型奧氏體鋼，其中：由以下重量百分比物質(zhì)組成：C：0.3；Si:0.454；Mn：8.34；Ni：2.4；Ti：0.36；V：0.055；Al：0.11；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。采用該顆粒增強型奧氏體鋼制備鋼板的制造工藝包括如下步驟：S1：將各組分原料按照上述重量配比在轉(zhuǎn)爐中冶煉；S2：將S1中煉制的鋼水經(jīng)過連鑄機鑄造成連鑄坯，將連鑄坯裝入加熱爐，加熱溫度1200，時間4個小時；S3：將S2中得到的坯料在中厚板軋機上粗軋4次，精軋5次，終軋溫度為820℃，軋后水冷采用空冷至溫度為500℃；S4：將S3中得到的鋼板水韌處理，加熱溫度為1060℃，加熱時間60min，鋼板加熱后以30℃/min的冷卻速度水冷至室溫。實施例三：一種顆粒增強型奧氏體鋼，其中：由以下重量百分比物質(zhì)組成：C：0.76；Si:0.531；Mn：8.08；Ni：2.5；Ti：0.4；V：0.069；Al：0.14；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。采用該顆粒增強型奧氏體鋼制備鋼板的制造工藝包括如下步驟：S1：將各組分原料按照上述重量配比在轉(zhuǎn)爐中冶煉；S2：將S1中煉制的鋼水經(jīng)過連鑄機鑄造成連鑄坯，將連鑄坯裝入加熱爐，加熱溫度1050，時間4個小時；S3：將S2中得到的坯料在中厚板軋機上粗軋7次，精軋9次，終軋溫度為830℃，軋后水冷采用空冷至溫度為480℃；S4：將S3中得到的鋼板水韌處理，加熱溫度為1040℃，加熱時間90min，鋼板加熱后以30℃/min的冷卻速度水冷至室溫。實施例四：一種顆粒增強型奧氏體鋼，其中：由以下重量百分比物質(zhì)組成：C：0.42；Si:0.55；Mn：8.81；Ni：1.7；Ti：0.39；V：0.07；Al：0.1；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。采用該顆粒增強型奧氏體鋼制備鋼板的制造工藝包括如下步驟：S1：將各組分原料按照上述重量配比在轉(zhuǎn)爐中冶煉；S2：將S1中煉制的鋼水經(jīng)過連鑄機鑄造成連鑄坯，將連鑄坯裝入加熱爐，加熱溫度1180，時間5個小時；S3：將S2中得到的坯料在中厚板軋機上粗軋6次，精軋8次，終軋溫度為920℃，軋后水冷采用空冷至溫度為420℃；S4：將S3中得到的鋼板水韌處理，加熱溫度為1020℃，加熱時間100min，鋼板加熱后以30℃/min的冷卻速度水冷至室溫。實施例五：一種顆粒增強型奧氏體鋼，其中：由以下重量百分比物質(zhì)組成：C：0.53；Si:0.474；Mn：8；Ni：1.9；Ti：0.33；V：0.065；Al：0.13；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。采用該顆粒增強型奧氏體鋼制備鋼板的制造工藝包括如下步驟：S1：將各組分原料按照上述重量配比在轉(zhuǎn)爐中冶煉；S2：將S1中煉制的鋼水經(jīng)過連鑄機鑄造成連鑄坯，將連鑄坯裝入加熱爐，加熱溫度1250，時間7個小時；S3：將S2中得到的坯料在中厚板軋機上粗軋3次，精軋7次，終軋溫度為920℃，軋后水冷采用空冷至溫度為350℃；S4：將S3中得到的鋼板水韌處理，加熱溫度為1070℃，加熱時間110min，鋼板加熱后以30℃/min的冷卻速度水冷至室溫。實施例六：一種顆粒增強型奧氏體鋼，其中：由以下重量百分比物質(zhì)組成：C：0.9；Si:0.513；Mn：9.34；Ni：1.5；Ti：0.32；V：0.057；Al：0.11；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。采用該顆粒增強型奧氏體鋼制備鋼板的制造工藝包括如下步驟：S1：將各組分原料按照上述重量配比在轉(zhuǎn)爐中冶煉；S2：將S1中煉制的鋼水經(jīng)過連鑄機鑄造成連鑄坯，將連鑄坯裝入加熱爐，加熱溫度1230，時間6個小時；S3：將S2中得到的坯料在中厚板軋機上粗軋5次，精軋8次，終軋溫度為900℃，軋后水冷采用空冷至溫度為370℃；S4：將S3中得到的鋼板水韌處理，加熱溫度為1000℃，加熱時間70min，鋼板加熱后以30℃/min的冷卻速度水冷至室溫。實施例七：一種顆粒增強型奧氏體鋼，其中：由以下重量百分比物質(zhì)組成：C：0.55；Si:0.483；Mn：9.13；Ni：2.1；Ti：0.37；V：0.062；Al：0.12；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。采用該顆粒增強型奧氏體鋼制備鋼板的制造工藝包括如下步驟：S1：將各組分原料按照上述重量配比在轉(zhuǎn)爐中冶煉；S2：將S1中煉制的鋼水經(jīng)過連鑄機鑄造成連鑄坯，將連鑄坯裝入加熱爐，加熱溫度1120，時間6個小時；S3：將S2中得到的坯料在中厚板軋機上粗軋6次，精軋6次，終軋溫度為870℃，軋后水冷采用空冷至溫度為450℃；S4：將S3中得到的鋼板水韌處理，加熱溫度為1000℃，加熱時間120min，鋼板加熱后以30℃/min的冷卻速度水冷至室溫。實施例八：一種顆粒增強型奧氏體鋼，其中：由以下重量百分比物質(zhì)組成：C：0.63；Si:0.45；Mn：9.5；Ni：2.3；Ti：0.3；V：0.053；Al：0.15；余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。采用該顆粒增強型奧氏體鋼制備鋼板的制造工藝包括如下步驟：S1：將各組分原料按照上述重量配比在轉(zhuǎn)爐中冶煉；S2：將S1中煉制的鋼水經(jīng)過連鑄機鑄造成連鑄坯，將連鑄坯裝入加熱爐，加熱溫度1100，時間5個小時；S3：將S2中得到的坯料在中厚板軋機上粗軋8次，精軋5次，終軋溫度為800℃，軋后水冷采用空冷至溫度為300℃；S4：將S3中得到的鋼板水韌處理，加熱溫度為1100℃，加熱時間80min，鋼板加熱后以30℃/min的冷卻速度水冷至室溫。對比例一：Hardox450高錳鋼將實施例一至八和對比例中的鋼材進(jìn)行力學(xué)性能測試、耐磨測試、硬度測試、疲勞測試和沖擊韌性測試，測試結(jié)果見下表1。硬度測試：采用GB/T231.1-2002測試鋼材的布氏硬度。磨損試驗：采用GB/T12444.2-90金屬磨損試驗方法環(huán)塊型磨損試驗測定質(zhì)量磨損分別在正壓力為50N和150N的條件下測定磨損質(zhì)量。疲勞測試：采用GB/T12443-90測試循環(huán)106次時疲勞應(yīng)力。沖擊韌性測試：采用GB/T229-1994以標(biāo)準(zhǔn)夏比V型缺口沖擊試樣進(jìn)行測試，得到?jīng)_擊功。表1鋼材性能測試結(jié)果表屈服強度σ0.2(MPa)抗拉強度σb（MPa）硬度（HBS）疲勞應(yīng)力（MPa）磨損質(zhì)量（50N）（mg）磨損質(zhì)量（150N）（mg）沖擊功（J）實施例一40582056537146.2267.163實施例二42179854035353.4289.858實施例三43581653736155.7301.757實施例四42783351735550.8320.862實施例五41584052736048.6311.559實施例六45582354537249.7307.661實施例七44783853336451.2279.858實施例八41778851634953.6286.166對比例一11351437368600220.7652.737從上表可以看出本發(fā)明在低負(fù)荷的情況下（壓力為50N磨損試驗），磨損相較于普通的Mn13耐磨鋼磨損小，從而在中低載荷的情況下的使用壽命較長。本具體實施例僅僅是對本發(fā)明的解釋，其并不是對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀完本說明書后可以根據(jù)需要對本實施例做出沒有創(chuàng)造性貢獻(xiàn)的修改，但只要在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)都受到專利法的保護(hù)。當(dāng)前第1頁1 2 3