CN105779889A - 一种含钨钛高锰钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种含钨钛高锰钢，其成分及质量百分含量为C：0.9~1.6%、Mn：11~26%、Cr：1.5~2.5%、Si：0.6~0.7%、Ti：0.1~2.5%、W：0.2~5.0%、Al：0.03~0.05%、P≤0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质。制备方法由以下步骤组成：将废钢、高碳锰铁、电解锰、钛铁、钨铁和中碳铬铁在真空度80~100Pa，熔炼温度1480~1500℃下熔炼；钢液温度降至1390~1410℃时浇入铸型中，钢液充满铸型型腔，凝固，冷却；将铸件以＜70℃/h的升温速度升至650℃，保温2~3；再以＜100℃/h的升温速度升至1080~1110℃，按铸件厚度每20mm保温1小时再加2小时，将加热铸件在温度低于40℃，10%的NaOH水溶液中冷却。本发明提供一种强韧性和耐磨性好的含钨钛高锰钢及其制备方法。

Description

一种含钨钛高锰钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高锰钢及其制备方法，特别涉及一种含钨钛高锰钢及其制备方法。

背景技术

高锰钢已有一百多年的发展历史，因其具有高的韧性、塑性，从而具有高的使用安全性，已形成Mn13、Mn18、Mn25等常用高锰钢材料系列，广泛应用于锤头、板锤、衬板鄂板和圆锤等构件。由于高锰钢本身特性，熔炼过程中含氧量高，易产生氧化物夹杂；同时晶粒粗大，韧性低，屈服强度低，初始硬度低。在强冲击磨料磨损工况中，与物料冲击的瞬间温度超过1000℃要求其具有强韧性及高硬度。

CN103789656A公开了一种含钨-铬-钒高锰耐磨钢及其制备方法。以废钢、高锰废料、增碳剂、锰铁、氮化锰铁、钨铁、铬铁、钒铁和金属铝为原料，熔炼钢水，将含稀土、钛、铌、硼、钾、镁等微合金元素的合金线***钢包内的钢水中，将处理后的钢水浇入铸型，即可得到所述高锰耐磨钢。本耐磨钢中的钒主要以固溶形式存在，对细化高锰钢有限。钨形成WC呈多角形态，降低高锰钢韧性，对耐磨性不利。

CN102605268A公开了一种超高锰钢及其制备方法。其成分与质量百分比C：1.0~1.1%、Mn：16~20%、Si：0.4~1.2%、Cr：1.0~3.0%、Mo：0.2~1.0%、B：0.003~0.005%、Ti：0.1~0.2%、P≤0.04%、S≤0.04%，余量为Fe。对三次热处理保温，铸件表面经水韧处理后，表面会出现龟裂纹，在使用过程中，表面龟裂纹向铸件内部扩展而强韧性低。

CN102888564A公开了一种超高锰钢及其制备方法。该铸件水韧处理后再进行250~350℃时效处理，在时效处理时会出现Cr的碳化物增大脆性，在冲击工况下易剥落而耐磨性低。

CN102978529A公开了一种高锰钢，成分及质量百分比C：0.7~1.1%、Si：0.2~0.5%、Mn：12~16%、Cr：1.2~2.5%、P≤0.03%、S≤0.03%，余量为Fe。该高锰钢Si下限在0.2%，强韧性、耐磨性低。

发明内容

本发明的目的是提出一种强韧性和耐磨性好的含钨钛高锰钢。

本发明的另一个目的是提出一种所述高锰钢的制备方法。

本发明所述含钨钛高锰钢的成分及质量百分比为C：0.9~1.6%、Mn：11~26%、Cr：1.5~2.5%、Si：0.6~0.7%、Ti：0.1~2.5%、W：0.2~5.0%、Al：0.03~0.05%、P≤0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质。

高锰钢制备方法由以下步骤组成：

1）按高锰钢成分和质量百分含量将废钢、高碳锰铁、电解锰、钛铁、钨铁和中碳铬铁在真空度80~100Pa，熔炼温度1480~1500℃下熔炼；

2）钢液温度降至1390~1410℃时浇入铸型中，钢液充满铸型型腔，凝固，冷却，即得到本发明含钨钛高锰钢铸件；

3）将铸件以＜70℃/h的升温速度升至650℃，保温2~3；再以＜100℃/h的升温速度升至1080~1110℃，按铸件厚度每20mm保温1小时再加2小时，将加热铸件在温度低于40℃，10%的NaOH水溶液中冷却。

本发明加入Ti在高锰钢凝固过程中优先形成TiC作为高锰钢结晶核心而细化晶粒。TiC还可作为W的碳化物结晶核心形成(Ti、W)C，消除W的碳化物多角状形态，TiC、(Ti、W)C作为硬质点弥散分布高锰钢基体中，提高耐磨性。高锰钢在强冲击磨料磨损工况中与物料的冲击磨损瞬间温度超过1000℃而出现耐磨性大幅降低，加W固溶于基体中，可提高高锰钢高温强度，弥补由于高锰钢在使用过程中瞬间温度高而引起的耐磨性下降。

本发明利用采用真空中频炉熔炼，在于提高高锰钢冶金质量；用粉末冶金方法制备采用真空烧结炉烧结，防止高锰钢氧化。本发明采用外场振动，打碎铸态树枝晶，获得更多的结晶核心而细化晶粒，加速原子长程、短程扩散均匀，组织均匀，尤其Ti、W与Fe、Mn原子密度差别大，通过外场振动而使其分布更均匀。

热处理温度1080~1100℃，并采用适宜的保温时间，有利于成分均匀，并消除铸态Cr和Mn的碳化物。在10%的NaOH溶液中淬火，且溶液温度不高于40℃，防止高锰钢水韧处理过程中二次碳化物析出，有利于提高高锰钢韧性。

通过采取细晶化、均匀化、熔体洁净化处理，及基体中获得高硬度硬质点碳化物，高锰钢强韧耐磨性大幅提高。

具体实施方式

实施例1

含钨钛高锰钢的成分及质量百分含量：C：1.25%、Mn：13.5%、Cr：1.8%、Si：0.65%、Ti：0.4%、W：0.8%、Al：0.035%、P≤0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质。

1）按高锰钢成分和质量百分含量要求将废钢、高碳锰铁、电解锰、钛铁、钨铁和中碳铬铁在真空中频感应炉中，真空度95Pa，熔炼温度1450℃下熔炼；

2）当钢液温度降至1395℃时浇入铸型中，钢液充满浇注***，凝固，振动时间5min，冷却，即得到本发明含钨钛高锰钢铸件；

3）将铸件以65℃/h的升温速度升至650℃，保温2.5小时；再以90℃/h的升温速度升至1090℃，按铸件厚度每20mm保温1小时再加2小时，将加热铸件在温度低于38℃，10%的NaOH水溶液中冷却。

表1实施例1的强韧性与耐磨性

*采用动态冲击磨料磨损的测试方法，以与本实施例同种成分但不含钨钛的高锰钢磨损量作为参照基数，本实施例的磨损量与其对比，数字越大则耐磨性越高。

**不含钨钛，其它成分及制备方法与实施例1相同。

实施例2

含钨钛高锰钢的成分及质量百分含量：C：1.25%、Mn：18.0%、Cr：2.2%、Si：0.7%、Ti：1.2%、W：2.4%、Al：0.04%、P≤0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质。

1）按高锰钢成分和质量百分含量要求将废钢、高碳锰铁、电解锰、钛铁、钨铁和中碳铬铁在真空中频感应炉中，真空度90Pa，熔炼温度1460℃下熔炼；

2）当钢液温度降至1400℃时浇入铸型中，钢液充满浇注***，凝固，振动时间7min，冷却，即得到本发明含钨钛高锰钢铸件；

3）将铸件以50℃/h的升温速度升至650℃，保温2.5小时；再以80℃/h的升温速度升至1095℃，按铸件厚度每20mm保温1小时再加2小时，将加热铸件在温度低于36℃，10%的NaOH水溶液中冷却。

表2实施例2的强韧性与耐磨性

*采用动态冲击磨料磨损的测试方法，以与本实施例同种成分但不含钨钛的高锰钢磨损量作为参照基数，本实施例的磨损量与其对比，数字越大则耐磨性越高。

**不含钨钛，其它成分及制备方法与实施例2相同。

实施例3

含钨钛高锰钢的成分及质量百分含量：C：1.25%、Mn：21.0%、Cr：2.4%、Si：0.8%、Ti：2.4%、W：4.8%、Al：0.045%、P≤0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质。

1）按高锰钢成分和质量百分含量要求将废钢、高碳锰铁、电解锰、钛铁、钨铁和中碳铬铁在真空中频感应炉中，真空度85Pa，熔炼温度1470℃熔炼；

2）当钢液温度降至1405℃时浇入铸型中，钢液充满浇注***，凝固，振动时间9min，冷却，即得到本发明含钨钛高锰钢铸件。

3）将铸件以40℃/h的升温速度升至650℃，保温2.8小时；再以60℃/h的升温速度升至1095℃，按铸件厚度每20mm保温1小时再加2小时，将加热铸件在温度低于35℃，10%的NaOH水溶液中冷却。

表3实施例3的强韧性与耐磨性

*采用动态冲击磨料磨损的测试方法，以与本实施例同种成分但不含钨钛的高锰钢磨损量作为参照基数，本实施例的磨损量与其对比，数字越大则耐磨性越高。

**不含钨钛，其它成分及制备方法与实施例3相同。

Claims (5)

1.一种含钨钛高锰钢，其特征是成分及质量百分含量为C：0.9~1.6%、Mn：11~26%、Cr：1.5~2.5%、Si：0.6~0.7%、Ti：0.1~2.5%、W：0.2~5.0%、Al：0.03~0.05%、P≤0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的含钨钛高锰钢，其特征是成分及质量百分含量为Mn：11~14%。

3.根据权利要求1所述的含钨钛高锰钢，其特征是成分及质量百分含量为Mn：16~18%。

4.根据权利要求1所述的含钨钛高锰钢，其特征是成分及质量百分含量为Mn：20~23%。

5.如权利要求1所述的含钨钛高锰钢的制备方法，其特征是由以下步骤组成：

1）按高锰钢成分和质量百分含量将废钢、高碳锰铁、电解锰、钛铁、钨铁和中碳铬铁在真空度80~100Pa，熔炼温度1480~1500℃下熔炼；

2）钢液温度降至1390~1410℃时浇入铸型中，钢液充满铸型型腔，凝固，冷却，即得到本发明含钨钛高锰钢铸件；

3）将铸件以＜70℃/h的升温速度升至650℃，保温2~3；再以＜100℃/h的升温速度升至1080~1110℃，按铸件厚度每20mm保温1小时再加2小时，将加热铸件在温度低于40℃，10%的NaOH水溶液中冷却。