CN105648316A - 一种钒钛微合金化超高锰钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属材料冶金领域，具体涉及一种钒钛微合金化超高锰钢及其制备方法。所述的超高锰钢其成分为：C0.9~1.5wt%，Si0.4~0.6wt%，Mn17~19wt%，P≤0.065wt%，S≤0.02wt%，Ti0~0.1wt%，V0.1~0.5wt%，余量为Fe。然后采用铸造和合理的水韧热处理工序制备超高锰钢，钒钛的加入能使锰钢内形成弥散分布的高熔点硬质碳化物颗粒，增强耐磨性，同时促进了锰钢组织中晶粒细化，最终制得了具有高硬度、冲击韧性与耐磨性的超高锰钢。

Description

一种钒钛微合金化超高锰钢及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料冶金领域，具体涉及一种钒钛微合金化超高锰钢及其制备方法。
背景技术
超高锰钢是一种高韧性耐磨材料，在抵抗强冲击、挤压、物料磨损等恶劣工况下具备显著优势，其在重载荷强冲击下的表层加工硬化现象更是提供了其他材料无法比拟的优异耐磨性。超高锰钢的这种加工硬化特性使其长期以来广泛应用于矿山、冶金、铁路、建材等机械设备。
随着现代工业进步，面对现今重则几吨、几十吨且有效厚度需求极大的抗磨件要求，传统超高锰钢难以满足应用。超高锰钢组织中容易因为导热性低，形生粗大柱状晶与枝晶间疏松，影响力学性能，并且超高锰钢在较低冲击与应力下，难以达到加工硬化程度，耐磨性得不到较好的发挥。因此，材料科学研究者对超高锰钢中加入微量元素做了一系列研究，以寻求进一步提高超高锰钢的力学性能、加工硬化能力及耐磨性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种钒钛微合金化超高锰钢及其制备方法；该方法制备的超高锰钢能有效细化晶粒，具有较高的硬度、冲击韧性及耐磨性。
为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种钒钛微合金化超高锰钢，其成分为：C0.9~1.5wt%，Si0.4~0.6wt%，Mn17~19wt%，P≤0.065wt%，S≤0.02wt%，Ti0.001~0.1wt%，V0.1~0.5wt%，余量为Fe。
优选的，所述的钒钛微合金化超高锰钢，其成分为：C1.25~1.35wt%，Si0.4~0.6wt%，Mn17~19wt%，P≤0.065wt%，S≤0.02wt%，Ti0.045~0.064wt%，V0.08~0.15wt%，余量为Fe。
一种制备如上所述的钒钛微合金化超高锰钢的方法，包括以下步骤：
1）按照超高锰钢的成分选择原料进行铸造，制得超高锰钢试棒，其中，铸造工序的浇注温度为1400~1600℃；
2）对步骤1）制得的超高锰钢试棒进行热处理，具体为：将超高锰钢试棒室温入炉，升温到1050~1150℃后，进行保温，保温时间为1~4h；将保温后试样取出入水快速冷却，得到超高锰钢。
步骤2）中升温速率小于100℃/h。
步骤2）中试样出炉到入水时间小于30s，冷却后水温小于60℃。
有益技术效果：
（1）本发明所制备的超高锰钢，通过在原料中加入钒钛，促进了锰钢组织中晶粒细化；
（2）钒钛的加入形成弥散分布的高熔点硬质碳化物颗粒，增强耐磨性；
（3）本发明提出的超高锰钢制备方法中，采用铸造和合理的水韧热处理工序制备超高锰钢，得到具有高硬度、冲击韧性与耐磨性的超高锰钢。
附图说明
图1是本发明提出的一种超高锰钢热处理工艺图。
具体实施方案
本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。
表1是本发明实施例与比较例中超高锰钢的成分（单位：wt%）
实施例1
根据表1中的成分制备超高锰钢试样。
一种制备如上所述的钒钛微合金化超高锰钢的方法，包括以下步骤：
1）按照超高锰钢的成分选择原料进行铸造，制得超高锰钢试棒，其中，铸造工序的浇注温度为1500℃；
2）对步骤1）制得的超高锰钢试棒进行热处理，具体为：将超高锰钢试棒室温入炉，升温到1100℃后，进行保温，保温时间为2h；将保温后试样取出入水快速冷却，得到超高锰钢。
实施例2-1
根据表1中的成分制备超高锰钢试样。
一种制备钒钛微合金化超高锰钢的方法，包括以下步骤：
1）按照超高锰钢的成分选择原料进行铸造，制得超高锰钢试棒，其中，铸造工序的浇注温度为1400℃；
2）对步骤1）制得的超高锰钢试棒进行三种温度热处理，具体为：将超高锰钢试棒室温入炉，升温到1050℃后，进行保温，保温时间为2h；将保温后试样取出入水快速冷却，得到超高锰钢。
实施例2-2
根据表1中的成分制备超高锰钢试样。
一种制备钒钛微合金化超高锰钢的方法，包括以下步骤：
1）按照超高锰钢的成分选择原料进行铸造，制得超高锰钢试棒，其中，铸造工序的浇注温度为1400℃；
2）将超高锰钢试棒室温入炉，升温到1100℃后，进行保温，保温时间为2h；将保温后试样取出入水快速冷却，得到超高锰钢。
实施例2-3
根据表1中的成分制备超高锰钢试样。
一种制备钒钛微合金化超高锰钢的方法，包括以下步骤：
1）按照超高锰钢的成分选择原料进行铸造，制得超高锰钢试棒，其中，铸造工序的浇注温度为1400℃；
2）将超高锰钢试棒室温入炉，升温到1150℃后，进行保温，保温时间为2h；将保温后试样取出入水快速冷却，得到超高锰钢。
实施例3
根据表1中的成分制备超高锰钢试样。
一种制备钒钛微合金化超高锰钢的方法，包括以下步骤：
1）按照超高锰钢的成分选择原料进行铸造，制得超高锰钢试棒，其中，铸造工序的浇注温度为1400℃；
2）对步骤1）制得的超高锰钢试棒进行热处理，具体为：将超高锰钢试棒室温入炉，升温到1100℃后，进行保温，保温时间为2h；将保温后试样取出入水快速冷却，得到超高锰钢。
实施例4
根据表1中的成分制备超高锰钢试样。
一种制备钒钛微合金化超高锰钢的方法，包括以下步骤：
1）按照超高锰钢的成分选择原料进行铸造，制得超高锰钢试棒，其中，铸造工序的浇注温度为1600℃；
2）对步骤1）制得的超高锰钢试棒进行热处理，具体为：将超高锰钢试棒室温入炉，升温到1100℃后，进行保温，保温时间为2h；将保温后试样取出入水快速冷却，得到超高锰钢。
实施例5
根据表1中的成分制备超高锰钢试样。
一种制备钒钛微合金化超高锰钢的方法，包括以下步骤：
1）按照超高锰钢的成分选择原料进行铸造，制得超高锰钢试棒，其中，铸造工序的浇注温度为1400℃；
2）对步骤1）制得的超高锰钢试棒进行热处理，具体为：将超高锰钢试棒室温入炉，升温到1100℃后，进行保温，保温时间为2h；将保温后试样取出入水快速冷却，得到超高锰钢。
比较例1
根据表1中的成分制备超高锰钢试样（比较例的原料中未添加钒钛合金，其钒钛含量趋近于零）。
一种制备钒钛微合金化超高锰钢的方法，包括以下步骤：
1）按照超高锰钢的成分选择原料进行铸造，制得超高锰钢试棒，其中，铸造工序的浇注温度为1400℃；
2）对步骤1）制得的超高锰钢试棒进行热处理，具体为：将超高锰钢试棒室温入炉，升温到1100℃后，进行保温，保温时间为2h；将保温后试样取出入水快速冷却，得到超高锰钢。
将上述实例1~5制备的超高锰钢与比较例1的超高锰钢进行性能测试，结果如下：
表2是本发明实施例与比较例中超高锰钢的性能测试结果
由上述测试结果可知，与不含钒钛超高锰钢比较例1相比，本发明提供的超高锰钢具有较高的硬度、冲击韧性及耐磨性，其冲击韧性最高达205J/cm2。
本发明提出的超高锰钢中，优选的热处理温度为1100℃；碳含量为1.336wt%；钛含量为0.0435wt%；钒含量为0.145wt%；通过合理设计超高锰钢成分含量及热处理工艺，提高了超高锰钢的冲击韧性，并具有低载荷下的优越耐磨性，适用于高强度、高低冲击的磨损工况，符合现代工业机械的应用需求。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附权利要求书籍其等效物界定。

Claims (5)

1.一种钒钛微合金化超高锰钢，其特征在于：其成分为：C0.9~1.5wt%，Si0.4~0.6wt%，Mn17~19wt%，P≤0.065wt%，S≤0.02wt%，Ti0.001~0.1wt%，V0.1~0.5wt%，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的钒钛微合金化超高锰钢，其特征在于：其成分为：C1.25~1.35wt%，Si0.4~0.6wt%，Mn17~19wt%，P≤0.065wt%，S≤0.02wt%，Ti0.045~0.064wt%，V0.08~0.15wt%，余量为Fe。
3.一种制备如权利要求1或2所述的钒钛微合金化超高锰钢的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）按照超高锰钢的成分选择原料进行铸造，制得超高锰钢试棒，其中，铸造工序的浇注温度为1400~1600℃；
2）对步骤1）制得的超高锰钢试棒进行热处理，具体为：将超高锰钢试棒室温入炉，升温到1050~1150℃后，进行保温，保温时间为1~4h；将保温后试样取出入水快速冷却，得到超高锰钢。
4.根据权利要求1所述的钒钛微合金化超高锰钢的制备方法，其特征在于：步骤2）中升温速率小于100℃/h。
5.根据权利要求1所述的钒钛微合金化超高锰钢的制备方法，其特征在于：步骤2）中试样出炉到入水时间小于30s，冷却后水温小于60℃。
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