CN111893393B - 一种Mo-Ti合金耐磨中锰钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种Mo‑Ti合金耐磨中锰钢及其制备方法，制备方法包括包括熔炼，采用真空感应熔炼；锻造：将钢锭加热至1200℃，保温2h，锻造成板坯；热轧：将板坯放入高温炉内从室温加热到1200℃，保温2h，开轧温度1100～1150℃，终轧温度830～900℃，经过5‑7道次热轧，热轧成薄板，随后空冷到室温；热轧后热处理：热轧板退火温度为600～700℃，在加热炉中保温1～10h后，快速水冷至室温。本发明制备的耐磨中锰钢具有高的抗拉强度、良好的塑性及优异的耐磨性能，其抗拉强度为750～1200MPa，屈服强度为560～900MPa，总延伸率为20％～40％。

Description

一种Mo-Ti合金耐磨中锰钢及其制备方法

技术领域

本发明属于中锰钢技术领域，具体涉及一种Mo-Ti合金耐磨中锰钢及其制备方法。

背景技术

高碳高锰耐磨钢在较大的冲击载荷或接触应力作用下，其表层迅速产生加工硬化，从而产生高耐磨的表面层，而内层奥氏体仍然保持着良好的韧性。高碳高锰耐磨钢的这一特性使其长期以来广泛应用于冶金、矿山、铁路、电力、煤炭等机械中。

近年来由于高锰钢机加工困难，在低、中冲击磨损应力条件下加工硬化能力发挥不足使其耐磨性较低，生产成本高等问题。人们开始开发低合金耐磨钢、中锰耐磨钢等。中锰耐磨钢由于锰含量降低加工硬化能力得以提高，虽然耐磨性提高但因其韧性会下降较大，常常出现断裂现象而降低其使用薄命，使得它的应用受到了限制。因此，在生产成本提高不多的情况下开发一种具有高强度，良好韧性和耐磨性的中锰钢材料具有很大的实际意义。

发明内容

本发明的目的是旨在克服现有的技术缺陷，而提供一种工艺简单的Mo-Ti合金耐磨中锰钢及其制备方法，所制备的耐磨中锰钢具有高的抗拉强度、良好的塑性及优异的耐磨性能。

一种Mo-Ti合金耐磨中锰钢的制备方法，依次包括熔炼、锻造、热轧、退火；具体步骤如下：

（1）熔炼：采用真空感应熔炼，浇铸得到钢锭；钢锭的化学成分按质量百分数为：C：0.20～1.0%，Mn：6.0～10.0%，Al：0.02～1.0%，Si：0～0.10%，Ti：0～0.10%，Mo：0～0.20%，余量为Fe及不可避免的杂质；

（2）锻造：将钢锭加热至1200℃，保温2h，锻造成截面尺寸40mm×230mm的板坯；

（3）热轧：将板坯放入高温炉内从室温加热到1200℃，保温2h，开轧温度1100～1150℃，终轧温度830～900℃，经过5-7道次热轧，热轧成厚度为3～15mm的薄板，随后空冷到室温；

（4）热轧后热处理：所述的热轧板退火温度为600～700℃，在加热炉中保温1～10h后，快速水冷至室温。

本发明还包括通过上述制备方法获得的Mo-Ti合金耐磨中锰钢。

本发明选择的钢种成分中：

碳：钢中最经济最有效的固溶强化元素，同时是重要的稳定奥氏体的元素。一般来说，钢的碳含量越高，其残余奥氏体含量越多，形变时TRIP效应越显著，进而提高了强度、塑性和加工硬化性。因此本发明中选择的C为0.20％～1.00％。

锰：主要是扩大钢的奥氏体相区，使先共析铁素体析出线向右移，稳定奥氏体的作用，使奥氏体相变温度降低，推迟珠光体的形成，有利于最终显微组织中残余奥氏体含量的增加。但Mn含量过高会使奥氏体过于稳定，不利于钢的TRIP效应。本发明中选择的Mn为6.0％～10.0％。

硅：重要的铁素体形成元素，能显著增加铁素体中碳原子的活度，促进残余奥氏体的形成并提高其稳定性。但硅含量过高会降低TRIP钢的表面质量，所以本发明中Si含量设计为Si≤0.10％。

铝：主要影响逆相变退火时碳和锰在基体中的分布状态，同时也影响残余奥氏体的层错能和力学性能，可以起到细化晶粒的作用，却不影响钢表面质量，可以部分代替硅。同时，铝合金化可以显著缩短钢的热处理时间，加快其再结晶过程。本发明中选择的Al为0.02％～1.0％。

钛：一种重要的微合金元素，在高温下形成非常稳定的TiN，在热加工前阻止奥氏体晶粒的长大，在较低温度下，它在微合金钢中以固溶或细小TiC质点的形式显著阻止再结晶，起到析出强化作用。所以本发明中Ti含量设计为Nb≤0.10％。

钼：能提高钢材的淬透性，影响奥氏体向铁素体的转变动力学，钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力。在Ti合金中加入Mo元素，能够显著增强碳化物粒子的析出强化效果。本发明中Mo含量设计为Mo≤0.20％。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

（1）本发明钢的化学成分简单，添加微合金元素Ti、Mo，一方面通过析出强化提高钢强度及耐磨性能，另一方面高温下钉扎奥氏体晶界，阻止奥氏体粗化，有利于轧后获得细小、均匀组织，提高钢强度和低温韧性。

（2）本发明钢的热轧板退火的热处理工艺，为的是改变热轧钢的组织，增加奥氏体相比例，提高材料的塑性，增加析出物数量提高耐磨性能。

（3）本发明的钢的力学性能优良，其抗拉强度为750～1200MPa，屈服强度为560～900MPa，总延伸率为20％～40％。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1：一种Mo-Ti合金耐磨中锰钢及其制备方法

制备方法依次包括熔炼、锻造、热轧、退火；具体步骤如下：

（1）熔炼：采用真空感应熔炼，浇铸得到钢锭；钢锭的化学成分按质量百分数为C：0.21%，Mn：6.0%，Al：0.07%，Si：0.05%，Ti：0.05%，Mo：0.10%，余量为Fe及不可避免的杂质。

（2）锻造：将钢锭加热至1200℃，保温2h，锻造成截面尺寸40mm×230mm的板坯；

（3）热轧：将板坯放入高温炉内从室温加热到1200℃，保温2h，开轧温度1100℃，终轧温度830℃，经过7道次热轧，热轧成厚度为5mm的薄板，随后空冷到室温；

（4）热轧后热处理：所述的热轧板退火温度为630℃，在加热炉中保温8h后，快速水冷至室温；获得Mo-Ti合金耐磨中锰钢。

经检测，本实施例获得的Mo-Ti合金耐磨中锰钢，抗拉强度为860MPa，屈服强度为610MPa，总延伸率为38.5％。

实施例2：一种Mo-Ti合金耐磨中锰钢及其制备方法

制备方法依次包括熔炼、锻造、热轧、退火；具体步骤如下：

（1）熔炼：采用真空感应熔炼，浇铸得到钢锭；钢锭的化学成分按质量百分数为C：0.23%，Mn：8.0%，Al：0.07%，Si：0.06%，Ti：0.1%，Mo：0.20%，余量为Fe及不可避免的杂质。

（2）锻造：将钢锭加热至1200℃，保温2h，锻造成截面尺寸40mm×230mm的板坯；

（3）热轧：将板坯放入高温炉内从室温加热到1200℃，保温2h，开轧温度1150℃，终轧温度850℃，经过7道次热轧，热轧成厚度为5mm的薄板，随后空冷到室温；

（4）热轧后热处理：所述的热轧板退火温度为650℃，在加热炉中保温5h后，快速水冷至室温；获得Mo-Ti合金耐磨中锰钢。

经检测，本实施例获得的Mo-Ti合金耐磨中锰钢，抗拉强度为1107MPa，屈服强度为860MPa，总延伸率为33.5％。

实施例3：一种Mo-Ti合金耐磨中锰钢及其制备方法

制备方法依次包括熔炼、锻造、热轧、退火；具体步骤如下：

（1）熔炼：采用真空感应熔炼，浇铸得到钢锭；钢锭的化学成分按质量百分数为C：0.85%，Mn：9.0%，Al：0.03%，Si：0.02%，Ti：0.9%，Mo：0.05%，余量为Fe及不可避免的杂质。

（2）锻造：将钢锭加热至1200℃，保温2h，锻造成截面尺寸40mm×230mm的板坯；

（3）热轧：将板坯放入高温炉内从室温加热到1200℃，保温2h，开轧温度1130℃，终轧温度890℃，经过5道次热轧，热轧成厚度为12mm的薄板，随后空冷到室温；

（4）热轧后热处理：所述的热轧板退火温度为680℃，在加热炉中保温2h后，快速水冷至室温；获得Mo-Ti合金耐磨中锰钢。

经检测，本实施例获得的Mo-Ti合金耐磨中锰钢，抗拉强度为985MPa，屈服强度为750MPa，总延伸率为28％。

Claims (1)

1.一种Mo-Ti合金耐磨中锰钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法依次包括熔炼、锻造、热轧、退火；具体步骤如下：

（1）熔炼：采用真空感应熔炼，浇铸得到钢锭；钢锭的化学成分按质量百分数为C：0.23%，Mn：8.0%，Al：0.07%，Si：0.06%，Ti：0.1%，Mo：0.20%，余量为Fe及不可避免的杂质；

（2）锻造：将钢锭加热至1200℃，保温2h，锻造成截面尺寸40mm×230mm的板坯；

（3）热轧：将板坯放入高温炉内从室温加热到1200℃，保温2h，开轧温度1150℃，终轧温度850℃，经过7道次热轧，热轧成厚度为5mm的薄板，随后空冷到室温；

（4）热轧后热处理：所述的热轧板退火温度为650℃，在加热炉中保温5h后，快速水冷至室温；获得Mo-Ti合金耐磨中锰钢。