一种高锰钢及其制备方法转让专利
申请号 : CN201610206870.3
文献号 : CN105803322B
文献日 : 2017-11-28
发明人 : 郑开宏 , 董晓蓉 , 王海艳 , 王秀连 , 宋东福
申请人 : 广东省材料与加工研究所
摘要 :
一种高锰钢，由以下成分及质量百分含量组成：C：0.9~1.6%、Mn：12~26%、Cr：1.5~2.5%、Ti：2.0~2.5%、W：4.0~5.0%、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：根据成分要求，将碳粉、电解锰粉、高碳锰铁粉和高碳铬铁粉均匀混合成含钨‑钛高锰钢合金粉，用冷等静压法，在压力120~180MPa下保持20~40分钟制备高锰钢胚体；高锰钢胚体在1300~1400℃，真空度1~10Pa下烧结，冷却获得所述高锰钢。本发明提供了一种强韧性和耐磨性好的高锰钢及其制备方法。
权利要求 :
1.一种高锰钢，其特征在于由以下成分及质量百分含量组成：C：0.9～1.6％、Mn：12～
26％、Cr：1.5～2.5％、Ti：2.0～2.5％、W：4.0～5.0％、P≤0.04％，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述高锰钢的制备方法由以下步骤组成：
1)根据成分要求，将碳粉、电解锰粉、高碳锰铁粉和高碳铬铁粉均匀混合成高锰钢合金粉，用冷等静压法，在压力120～180MP下保持20～40分钟制备高锰钢胚体；
2)高锰钢胚体在1300～1400℃，真空度1～10Pa下烧结，冷却获得所述高锰钢。
2.根据权利要求1所述的高锰钢，其特征在于成分及质量百分含量为Mn：12～14％。
3.根据权利要求1所述的高锰钢，其特征在于成分及质量百分含量为Mn：16～18％。
4.根据权利要求1所述的高锰钢，其特征在于成分及质量百分含量为Mn：20～23％。
5.如权利要求1所述的高锰钢的制备方法，其特征在于由以下步骤组成：
1)根据成分要求，将碳粉、电解锰粉、高碳锰铁粉和高碳铬铁粉均匀混合成高锰钢合金粉，用冷等静压法，在压力120～180MP下保持20～40分钟制备高锰钢胚体；
2)高锰钢胚体在1300～1400℃，真空度1～10Pa下烧结，冷却获得所述高锰钢。
说明书 :
一种高锰钢及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种高锰钢及其制备方法。
背景技术
[0002] 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。
[0003] 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插入钢包内的钢水中，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。
[0004] 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。
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。
[0005] CN102888564A公开了一种超高锰钢及其制备方法。该专利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。
磨性低。
[0006] CN102978529A公开了一种高锰钢，成分及质量百分比C：0.7 1.1%、~
[0007] 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%，硅含量低，会造成钢水中氧含量高而出现大量夹杂物，强韧性、耐磨性低。
发明内容
[0008] 本发明的目的是提出一种强韧性和耐磨性好的高锰钢。
[0009] 本发明的另一个目的是提出一种所述高锰钢的制备方法。
[0010] 本发明所述高锰钢的成分及质量百分含量为C：0.9 1.6%、Mn：12 26%、Cr：1.5~ ~ ~2.5%、Ti：2.0 2.5%、W：4.0 5.0%、P≤0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质。
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[0011] 优选的高锰钢的质量百分含量为Mn：12 14%。~
[0012] 优选的高锰钢的质量百分含量为Mn：16 18%。~
[0013] 优选的高锰钢的质量百分含量为Mn：20 23%。~
[0014] 高锰钢制备方法由以下步骤组成：
[0015] 1）根据成分要求，将碳粉、电解锰粉、高碳锰铁粉和高碳铬铁粉均匀混合成含钨-钛高锰钢合金粉，用冷等静压法，在压力120 180MPa下保温20 40分钟制备高锰钢胚体；~ ~
[0016] 2）高锰钢胚体在1300 1400℃，真空度1 10Pa下烧结，冷却获得所述高锰钢。~ ~
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 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
[0020] 实施例1
[0021] 高锰钢的成分及质量百分含量：C：1.3%、Mn：13.5%、Cr：1.8%、Si：0.65%、Ti：2.2%、W：4.4%、Al：0.035%、P≤0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0022] 根据成分要求，将碳粉、电解锰粉、高碳锰铁粉和高碳铬铁粉均匀混制高锰钢合金粉，用冷等静压法制备高锰钢胚体，压力130MPa下保持20 40分钟，胚体在真空烧结炉烧结，~烧结温度1350℃，真空度9Pa，冷却后即获得本发明的高锰钢。
[0023] 热处理方法：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1080℃，保温时间按铸件厚度每20mm保温1小时，再加2小时，将加热铸件在10%的NaOH水溶液中冷却，溶液温度35℃。
[0024] 采用动态冲击磨料磨损的测试方法，用Cr25为上试样，用本实施例材料及其对比材料同种成分不含钨钛高锰钢为下试样。冲击功：5J/cm2，180目石英砂为磨料，下试样旋转速度：70转/分，上试样冲击频率：57次/分，试验时间：30分钟。重复上述实验3次，统计两种材料的总失重为0.1208g，同种成分不含钨钛的高锰钢0.2023g。
[0025] 实施例2
[0026] 高锰钢的成分构成百分含量：C：1.4%、Mn：18%、Cr：2.2%、Si：0.7%、Ti：2.3%、W：4.6%、Al：0.04%、P≤0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0027] 根据成分要求，将碳粉、电解锰粉、高碳锰铁粉和高碳铬铁粉均匀混制高锰钢合金粉，用冷等静压法制备高锰钢胚体，压力150MPa保持20 40分钟；胚体在真空烧结炉烧结，烧~结温度1360℃，真空度7Pa，冷却后即获得本发明的高锰钢。
[0028] 热处理方法：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℃，保温，保温时间按铸件厚度每20mm保温1小时再加2小时，将加热铸件在10%的NaOH水溶液中冷却，溶液温度30℃。
[0029] 采用动态冲击磨料磨损的测试方法，用Cr25为上试样，用本实施例材料及其对比2
材料同种成分不含钨钛高锰钢为下试样。冲击功：5J/cm，180目石英砂为磨料，下试样旋转速度：70转/分，上试样冲击频率：57次/分，试验时间：30分钟。重复上述实验3次，统计两种材料的总失重为0.1160g，同种成分不含钨钛的高锰钢0.2019g。
材料同种成分不含钨钛高锰钢为下试样。冲击功：5J/cm，180目石英砂为磨料，下试样旋转速度：70转/分，上试样冲击频率：57次/分，试验时间：30分钟。重复上述实验3次，统计两种材料的总失重为0.1160g，同种成分不含钨钛的高锰钢0.2019g。
[0030] 实施例3
[0031] 高锰钢成分构成百分含量：C：1.5%、Mn：21%、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。
[0032] 根据成分要求，将碳粉、电解锰粉、高碳锰铁粉和高碳铬铁粉均匀混制高锰钢合金粉，用冷等静压法制备高锰钢胚体，压力170MPa保持20 40分钟；胚体在真空烧结炉烧结，烧~结温度1360℃，真空度5Pa，冷却后即获得本发明的高锰钢。
[0033] 热处理方法：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1100℃，保温，保温时间按铸件厚度每20mm保温1小时再加2小时，将加热铸件在10%的NaOH水溶液中冷却，溶液温度25℃。
[0034] 采用动态冲击磨料磨损的测试方法，用Cr25为上试样，用本实施例材料及其对比材料同种成分不含钨钛高锰钢为下试样。冲击功：5J/cm2，180目石英砂为磨料，下试样旋转速度：70转/分，上试样冲击频率：57次/分，试验时间：30分钟。重复上述实验3次，统计两种材料的总失重为0.1160g，同种成分不含钨钛的高锰钢0.2390g。