CN106521294B - 一种Si-Mn合金化耐磨铸钢的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种Si‑Mn合金化耐磨铸钢的制备方法，先将Q235废钢、碳素铬铁和高锰钢废料混合加热熔化，当钢水温度达到1520～1550℃时，加入硅钢片废料，全部熔化后，加入金属铝脱氧，然后对钢水进行炉外处理，并浇注成型，对铸件进行淬火和回火处理后，即获得Si‑Mn合金化耐磨铸钢。本发明以廉价的高锰钢废料和硅钢片废料为主要原料，并加入适量高碳铬铁，不含钼、镍、铜等昂贵合金元素，生产成本大幅度降低；得到的铸钢力学性能优异，硬度达到55～57HRC，硬度分布均匀，冲击韧性达到138～148J/cm2，抗拉强度达到1650MPa以上，达到超高强度耐磨钢的要求，推广应用具有良好的经济效益和社会效益。

Description

一种Si-Mn合金化耐磨铸钢的制备方法
技术领域
本发明属于耐磨材料技术领域，涉及一种Si-Mn合金化耐磨铸钢，本发明还涉及上述Si-Mn合金化耐磨铸钢的制备方法。
背景技术
耐磨铸钢在冶金、矿山、机械、电力、农机、石油、化工，乃至航空航天、国防、军工等领域都有广泛的应用，常用耐磨铸钢是高锰钢和各种合金铸钢。中国发明专利《一种破碎机用轻质高锰钢衬板及其制备方法》(申请日2015.09.18，公开号CN105154764A，公开日2015.12.16)公开了一种破碎机用轻质高锰钢衬板及其制备方法，衬板化学成分质量百分比为：1.0％～1.5％C、0.3％～0.5％Si、18％～26％Mn、6％～8％Al、0.002％～0.005％B、0.01％～0.03％RE(La和Ce混合稀土)、P≤0.01％、S≤0.03％，余量为Fe及不可避免杂质，衬板密度在6.6～7.1g/cm3之间。制备方法包括熔炼、浇铸、分离、热处理、喷丸，该衬板比现有高锰钢衬板密度降低9％～15％；除此之外，该发明的钢种还具有优异的硬度和冲击韧性，其耐磨性可比普通高锰钢提高40％以上。中国发明专利《一种用于颚式破碎机的高耐磨高锰钢颚板及其制备方法》(申请日2015.08.10，公开号CN105088080A，公开日2015.11.25)还公开了一种用于颚式破碎机的高耐磨高锰钢颚板及其制备方法，其各化学成分及质量百分比为：Mn12.6～13.9、Cr1.5～2.3、Mo0.5～1.0、Si0.5～0.8、C1.0～1.5、V0.3～0.5、W0.4～0.7、Ta0.2～0.4、Al0.15～0.25、Sc0.06～0.12、Eu0.04～0.08、S≤0.04、P≤0.06、余量为Fe。该发明制得的高锰钢颚板具有硬度高、耐磨性好，强度高，韧性好，且抗冲击性能强的优点，其耐磨性是传统Mn13的2倍以上。中国发明专利《耐磨增强的钢及其制备方法》(申请日2015.08.10，公开号CN105026597A，公开日2015.11.25)还公开了一种具有增强的耐磨性的高锰(Mn)钢，和制造该具有增强的耐磨性的高锰钢组合物的方法，公开内容的有利钢组合物/组件改进了以下性能中的一种或多种：耐磨性、延展性、抗裂性、耐腐蚀性、疲劳寿命、表面硬度、抗应力腐蚀性、抗疲劳性和/或耐环境裂化性。中国发明专利《一种钢球磨机的衬板及其加工工艺》(申请日2014.12.02，公开号CN105002429A，公开日2015.10.28)还公开了一种钢球磨机的衬板，其特征在于其化学成分以重量百分比计如下：C1.6～1.8，Si0.8～1.1，Mn18.00～22.00，P≤0.10，Cu≤0.5，Zr≤0.5，Cr1.00～3.00，Re0.06～0.10，Mo≤0.8，R＜0.08，Co0.3～0.6，余量为Fe。该发明改变原衬板的材料，将纳米材料B4C和Re加入钢材料中，增加锰的含量至18～22％，从而提高了球磨机衬板的硬度和冲击韧性，耐磨度可比普通高锰钢提高30％以上。中国发明专利《一种破碎机用高锰钢筛板及其制备方法》(申请日2014.12.02，公开号CN104988431A，公开日2015.10.28)还公开了一种破碎机用高锰钢筛板及其制备方法，所述筛板包括设有若干筛孔的基板，所述基板的材质为高锰钢，所述高锰钢中含有的化学元素成分及其质量百分比如下：C：1.25～1.45％、Mn：13.5～15.0％、Cr：2.5～3.5％、Si：1.2～2.5％、Mo：0.15～0.35％、B：0.35～0.55％、Ti：0.15～0.25％、S：≤0.05％、P：≤0.05％；余量为Fe。所述制备方法包括消失模的制备，造型、熔炼、扒渣、变质处理、浇注、清砂、水韧处理等步骤。与现有技术相比，该发明提供的破碎机用高锰钢筛板采用高锰钢通过消失模铸造方法生产，生产的筛板具有耐磨性好、强度高、使用寿命长、成本低等优势。中国发明专利《超高锰多元素稀土耐磨合金钢衬板的制备方法》(申请日2015.07.03，公开号CN104962825A，公开日2015.10.07)还公开了一种超高锰多元素稀土耐磨合金钢衬板的制备方法，按质量百分比计，衬板包括以下成分：C：0.9～1.4％，Mn：16.0～19.0％，Si：＜1.0％，Cr：1.5～3.0％，Mo：0.3～1.0％，V：0.2～0.5％，Ti：0.1～0.4％，Cu：＜0.3％，S：＜0.035％，P：＜0.05％，RE：0.2％，其余为钢；衬板的制备方法包括以下步骤：加入熔炼炉熔化铸造衬板，将衬板放至热处理炉中进行正火调质处理；风冷处理；将风冷处理后的衬板低温回火处理；进行机械性能测试、打磨、抛光。该发明的有益效果是：合金钢具备了普通高锰钢的韧性强度，同时增强了基体初始硬度，材料在使用中经小能量冲击能快速硬化，达到优良的抗磨损能力，提高产品使用寿命。但是，高锰钢只有在高冲击工况下发生加工硬化，才会具有优异的耐磨性。
为了进一步提高合金钢耐磨性，中国发明专利《一种大型球磨机衬板及其制备方法》(申请日2015.07.03，公开号CN104651731A，公开日2015.10.07)公开了一种大型球磨机衬板及其制备方法，首先将废钢、增碳剂、铬铁、氮化铬铁、铌铁、硼铁、锰铁和硅铁在电炉内混合加热熔化，钢水温度达到1580～1600℃时，加入铝脱氧，将炉内钢水的化学组成及其质量分数调整至0.70～0.85％C，1.8～2.0％Cr，0.05～0.09％N，0.12～0.18％Nb，0.6～1.0％Mn，0.25～0.60％Si，0.004～0.008％B，0.05～0.08％Al，≤0.04％S，≤0.05％P，余量为Fe和不可避免的微量杂质元素，然后对钢水进行微合金化处理，并浇注成衬板，衬板热处理后具有硬度高和耐磨性好等特点。中国发明专利《一种高强度耐磨合金钢及其制备方法》(申请日2015.08.25，公开号CN105177465A，公开日2015.12.23)还公开了一种高强度耐磨合金钢，由以下重量组分组成：碳0.15～0.27％、硅0.25～0.46％、硼0.12～0.18％、镍0.05～0.14％、钛0.16～0.22％、铝0.04～0.09％、锑0.5～1.2％、铬0.6～1.8％、锆0.4～1.3％、锌0.05～0.8％、复合稀土元素0.04～0.1％、磷≤0.03％、硫≤0.03％、余量为铁。该发明的合金钢耐磨性大大提高，耐磨性是高铬铸铁、高锰钢的4～8倍，且脆性小、相对生产成本低。中国发明专利《一种高强度耐磨球墨铸钢及其制备方法》(申请日2015.09.21，公开号CN105112790A，公开日2015.12.02)还公开了一种高强度耐磨球墨铸钢及其制备方法，该球墨铸钢含有球状石墨，其化学成分(按质量百分比)如下：C：1.35～1.5％，Si：1.3～1.6％，Mn：0.6～0.8％，Cr：0.8～1.0％，Mo：0.3～0.5％，P：≤0.04％，S：≤0.04％，其余为铁和不可避免杂质；该发明的高强度耐磨球墨铸钢制备方法包括合金熔炼、孕育和球化处理、浇注及热处理过程。该发明的高强度耐磨球墨铸钢，具有优异的力学性能、强度高、耐磨性好，尤其适用于轧辊等各类耐磨工装部件；具体的说，该发明高强度耐磨球墨铸钢的抗拉强度≥800Mpa，延伸率≥1.0％，硬度≥30HRC。此外，该发明通过合金配比优化，节省Ni、V、Nb、W、Ti等贵金属的使用，生产成本低，制作工艺简单，具有很高的实用价值。中国发明专利《一种大直径磨球用钢及其制造方法》(申请日2015.04.23，公开号CN104762562A，公开日2015.07.08)还公开了一种大直径磨球用钢及其制造方法，其组成按质量百分数为：C：0.71％-0.79％、Si：0.25％-0.35％、Mn：0.80％～0.95％、Cr：0.80％～0.90％、P：≤0.025％、S：≤0.025％、Ni：0.05％～0.10％、Mo：0.03％～0.08％、Al：0.020％～0.050％、Cu：≤0.40％、Ti≤0.030％，其余为Fe和不可避免的杂质。其制备方法采用电炉冶炼、LF精炼+VD真空脱气处理、连铸全保护浇注生产圆坯；轧制制得圆钢。采用该发明制得的大规格磨球圆钢具有良好的冲击性和耐磨性。中国发明专利《一种耐磨合金钢、合金磨球及其制备方法》(申请日2015.02.12，公开号CN104651730A，公开日2015.05.27)还公开了一种耐磨合金钢、合金磨球及其制备方法，解决了现有技术采用轧制工艺无法制备出韧性好、耐磨性好的合金磨球。该发明的主要技术方案为：一种耐磨合金钢钢，以重量百分含量计，所述耐磨合金钢包括以下物质：碳为0.90～1.00％，硅为0.35～0.45％，锰为0.50～0.60％，铬为1.1～1.3％，钼为0.25～0.35％，硼为0.07～0.09％，稀土为0.3～0.5％，硫为0～0.016％，磷为0～0.015％，铜为0～0.06％，余量为铁和不可避免的杂质。该发明主要采用轧制工艺制备出一种高韧性、抗磨损的耐磨合金钢及合金磨球。中国发明专利《一种破碎机用中合金超高强韧性衬板及制备方法》(申请日2015.09.16，公开号CN105088084A，公开日2015.11.25)还公开了一种破碎机用中合金超高强韧性衬板及制备方法，衬板化学成分的重量百分比为：C0.25％～0.45％；Si1.0％～1.5％；Cr0.5％～1.6％；Mn1.8％～2.2％；Mo0.3％～0.5％；B0.002％～0.004％；Nb0.03％～0.05％；Ti0.01％～0.03％；RE≤0.4％；余量为Fe及不可避免杂质，衬板组织的体积百分比为50％～55％下贝氏体、40％～45％板条状马氏体以及5％以下的残余奥氏体。制备方法包括熔炼、浇铸、分离、热处理，该发明破碎机衬板其表面硬度可以达到50～51HRC，硬度分布均匀，冲击韧性在100J/cm2～300J/cm2，抗拉强度均达到1500MPa以上，达到超高强度钢的要求。生产工艺易操作，在较大的冷速范围内获得均匀的下贝氏体与马氏体复相组织，保证有较高的耐磨性，突破高锰钢衬板传统，且成本具有一定优势。
但是，上述耐磨合金钢或存在贵重合金元素加入量较多，或耐磨性仍无法满足工业要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种Si-Mn合金化耐磨铸钢的制备方法，解决了现有方法制备的耐磨铸钢含有贵重合金元素，生产成本高，并且耐磨性不足的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种Si-Mn合金化耐磨铸钢的制备方法，具体按以下步骤实施：
步骤1，称取硅钢片废料、高锰钢废料、碳素铬铁、Q235废钢和金属铝，将Q235废钢、碳素铬铁和高锰钢废料混合加热熔化，当钢水温度达到1520～1550℃时，加入硅钢片废料，当硅钢片废料全部熔化后，将钢水升温至1610～1635℃，加入金属铝脱氧，然后将钢水出炉到钢包；
步骤2，钢水全部进入钢包后，向钢包内加入多元微合金线对钢水进行炉外微合金化处理和复合变质处理；
步骤3，将经步骤2处理的钢水进行搅拌、扒渣和静置后，在温度降至1480～1505℃时浇入铸型，钢水浇注完毕2～4小时后，取出铸件，进行清砂和打磨处理，然后入炉加热、保温，出炉油冷淬火后保温，最后炉冷至温度低于150℃出炉空冷，即获得Si-Mn合金化耐磨铸钢。
本发明的特点还在于，
步骤1中硅钢片废料、高锰钢废料、碳素铬铁、Q235废钢和金属铝的的质量分数为：硅钢片废料61～63％，高锰钢废料23～25％，碳素铬铁2.5～2.8％，Q235废钢11～12.5％，金属铝0.08～0.12％，以上原料质量百分比之和为100％。
步骤1中硅钢片废料的化学组成及其质量分数为：Si 2.9-3.5％，Al0.3-0.6％，C＜0.08％，S＜0.002％，Mn＜0.20％，P＜0.015％，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％；高锰钢废料的化学组成及其质量分数为：C 0.95～1.35％，Mn 11～14％，Si 0.3～1.0％，S＜0.04％，P＜0.07％，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％。碳素铬铁的化学组成及其质量分数为：Cr 62.0～68.0％，C 7.0～8.5％，Si 1.0～3.5％，S＜0.04％，P＜0.05％，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％。Q235废钢的化学组成及其质量分数为：C 0.14～0.22％，Mn0.30～0.65％，Si≤0.30％，S≤0.050％，P≤0.045％，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％。
步骤2中多元微合金线的直径为Ф6.0～8.5mm，多元微合金线的用量为钢包内钢水质量分数的1.2～1.5％。
步骤2中多元微合金线的化学组成及其质量分数为：B 0.42～0.60％，Y4.2～5.5％，V 4.0～4.8％，N 2.5～3.2％，Ti 5.5～6.5％，Ca 6.2～7.5％，K 2.5～3.3％，S＜0.02％，P＜0.03％，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％。
步骤3中入炉加热温度为910～935℃，保温时间为2～6小时。
步骤3中油冷淬火过程中油温为60～80℃，当铸件温度降至350～410℃时停止油淬。
步骤3中油冷淬火后铸件的保温温度为260～320℃，保温时间为16～20小时。
本发明的有益效果是，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1)本发明以廉价的高锰钢废料和硅钢片废料为主要原料，并加入适量高碳铬铁，不含钼、镍、铜等昂贵合金元素，生产成本大幅度降低，比钼、镍合金化耐磨铸钢降低50％以上，比高锰钢降低15％以上；
2)本发明生产工艺简便，易于实现规模化生产，且钢水流动性好，铸造成型性能优异；
3)本发明铸钢力学性能优异，硬度达到55～57HRC，硬度分布均匀，冲击韧性达到138～148J/cm2，抗拉强度达到1650MPa以上，达到超高强度耐磨钢的要求，本发明铸钢耐磨性优异，用做球磨机衬板、破碎机锤头和挖掘机斗齿，使用寿命比高锰钢提高2倍以上，推广应用具有良好的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种Si-Mn合金化耐磨铸钢的制备方法，具体按以下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取原料：61～63％的硅钢片废料，23～25％的高锰钢废料，2.5～2.8％的碳素铬铁，11～12.5％的Q235废钢和0.08～0.12％的金属铝配料，以上原料质量百分比之和为100％。
其中硅钢片废料的化学组成及其质量分数为：Si 2.9-3.5％，Al 0.3-0.6％，C＜0.08％，S＜0.002％，Mn＜0.20％，P＜0.015％，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％。
高锰钢废料的化学组成及其质量分数为：C 0.95～1.35％，Mn 11～14％，Si 0.3～1.0％，S＜0.04％，P＜0.07％，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％。
碳素铬铁的化学组成及其质量分数为：Cr 62.0～68.0％，C 7.0～8.5％，Si1.0～3.5％，S＜0.04％，P＜0.05％，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％。
Q235废钢的化学组成及其质量分数为：C 0.14～0.22％，Mn 0.30～0.65％，Si≤0.30％，S≤0.050％，P≤0.045％，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％。
步骤2，将Q235废钢、碳素铬铁和高锰钢废料混合加热熔化，当钢水温度达到1520～1550℃时，加入硅钢片废料，当硅钢片废料全部熔化后，将钢水升温至1610～1635℃，加入金属铝脱氧，然后将钢水出炉到钢包。
步骤3，钢水全部进入钢包后，向钢包内加入直径Ф6.0～8.5mm的多元微合金线对钢水进行炉外微合金化处理和复合变质处理。
多元微合金线加入量为钢包内钢水质量分数的1.2～1.5％，多元微合金线的化学组成及其质量分数为：B 0.42～0.60％，Y 4.2～5.5％，V 4.0～4.8％，N2.5～3.2％，Ti5.5～6.5％，Ca 6.2～7.5％，K 2.5～3.3％，S＜0.02％，P＜0.03％，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％。
步骤4，将经步骤3处理的钢水进行搅拌、扒渣和静置后，在温度降至1480～1505℃时浇入铸型，钢水浇注完毕2～4小时后，开箱取出铸件，进行清砂和打磨处理，然后入炉加热至910～935℃，保温2～6小时后，出炉油冷淬火，油温60～80℃，当油冷淬火后的铸件温度降至350～410℃时，将铸件从淬火油中取出，入温度为260～320℃保温炉中保温16～20小时，最后炉冷至温度低于150℃出炉空冷，即可获得Si-Mn合金化耐磨铸钢。
本发明主要利用硅钢片废料中的硅和高锰钢废料中的锰，用于耐磨铸钢的合金化，此外还加入少量碳素铬铁用于补充铸钢中的碳，碳素铬铁中的铬还有使铸钢淬透性和抗回火稳定性提高的作用。为了充分发挥硅、锰以及铬元素的作用，本发明采用质量分数为61～63％的硅钢片废料，23～25％的高锰钢废料，2.5～2.8％的碳素铬铁，11～12.5％的Q235废钢和0.08～0.12％的金属铝配料。
此外，在钢水熔化过程中，先将质量分数11～12.5％的Q235废钢、2.5～2.8％的碳素铬铁和23～25％的高锰钢废料混合加热熔化，由于高锰钢废料中碳、锰含量高，熔点低，易熔化，而碳素铬铁因碳含量高，熔点低，也易熔化，而Q235废钢中硅、锰等合金元素含量低，不易烧损，因此，先熔化高锰钢废料、碳素铬铁和Q235废钢。此外，硅钢片废料厚度薄，极易氧化烧损，因此当钢水温度达到1520～1550℃时，加入质量分数为61～63％的硅钢片废料，可利用硅钢片废料厚度薄、易熔化的特点，不仅可以减少合金元素的烧损，而且可以提高钢水冶炼效率，降低能耗。当硅钢片废料全部熔化后，将钢水升温至1610～1635℃，加入质量分数0.08～0.12％的金属铝脱氧，然后将钢水出炉到钢包。
当钢水全部进入钢包后，继续往钢包内加入直径Ф6.0～8.5mm的多元微合金线对钢水进行炉外微合金化处理和复合变质处理，多元微合金线加入量占钢包内钢水质量分数的1.2～1.5％，多元微合金线的化学组成及其质量分数为：B 0.42～0.60％，Y 4.2～5.5％，V 4.0～4.8％，N 2.5～3.2％，Ti 5.5～6.5％，Ca 6.2～7.5％，K 2.5～3.3％，S＜0.02％，P＜0.03％，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％。其中加入适量硼元素，一方面可以提高Si-Mn合金化耐磨铸钢的淬透性，防止淬火组织中出现低硬度的珠光体基体组织，另外硼与锰的结合，可以促进淬火组织中出现性能优异的贝氏体组织。此外，加入K、Ca、Y可以脱氧、脱硫，并改善夹杂物形态和分布，大幅度提高铸钢的强度和韧性。加入N、V、Ti等可以在钢水凝固初期，生成高熔点的VN、TiN颗粒，可以作为结晶核心，促进凝固组织的细化，从而改善铸钢的强韧性。
钢水经搅拌、扒渣和静置后，当温度降至1480～1505℃时浇入铸型，钢水浇注完毕2～4小时后，开箱取出铸件，经清砂和打磨处理后，入炉加热至910～935℃，保温2～6小时，实现组织的奥氏体化；然后出炉油冷淬火，油温60～80℃，当油冷淬火后的铸件温度降至350～410℃时停止油淬，可防止铸钢因淬火冷却过快而开裂；将铸件从淬火油中取出，入温度为260～320℃保温炉中保温16～20小时，有利于铸钢淬火后获得性能优异的贝氏体组织；最后炉冷至温度低于150℃出炉空冷，实现淬火应力的去除，即可获得性能优异的Si-Mn合金化耐磨铸钢。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1)本发明以廉价的高锰钢废料和硅钢片废料为主要原料，并加入适量高碳铬铁，不含钼、镍、铜等昂贵合金元素，生产成本大幅度降低，比钼、镍合金化耐磨铸钢降低50％以上，比高锰钢降低15％以上；
2)本发明生产工艺简便，易于实现规模化生产，且钢水流动性好，铸造成型性能优异；
3)本发明铸钢力学性能优异，硬度达到55～57HRC，硬度分布均匀，冲击韧性达到138～148J/cm2，抗拉强度达到1650MPa以上，达到超高强度耐磨钢的要求，本发明铸钢耐磨性优异，用做球磨机衬板、破碎机锤头和挖掘机斗齿，使用寿命比高锰钢提高2倍以上，推广应用具有良好的经济效益和社会效益。
以下结合实施例对本发明做进一步详述：
实施例1：
采用500公斤中频感应电炉熔炼制备Si-Mn合金化耐磨铸钢，具体制备工艺步骤如下：
步骤1，按照质量百分比称取原料：61％的硅钢片废料(硅钢片废料的化学组成及质量分数％为：3.47Si，0.33Al，0.05C，0.0017S，0.11Mn，0.013P，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％)，25％的高锰钢废料(高锰钢废料的化学组成及质量分数％为：0.96C，11.53Mn，0.49Si，0.021S，0.050P，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％)，2.8％的碳素铬铁(碳素铬铁的化学成分质量分数％为：62.55Cr，7.94C，1.89Si，0.026S，0.039P，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％)，11.1％的Q235废钢(Q235废钢的化学成分质量分数％为：0.19C，0.34Mn，0.16Si，0.028S，0.035P，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％)和0.1％的金属铝配料；
步骤2，先将质量分数11.1％的Q235废钢、2.8％的碳素铬铁和25％的高锰钢废料混合加热熔化，当钢水温度达到1523℃时，加入质量分数为61％的硅钢片废料，当硅钢片废料全部熔化后，将钢水升温至1614℃，加入质量分数0.1％的金属铝脱氧，然后将钢水出炉到钢包；
步骤3，钢水全部进入钢包后，继续往钢包内加入直径Ф6.0mm的多元微合金线对钢水进行炉外微合金化处理和复合变质处理，多元微合金线加入量为钢包内钢水质量分数的1.2％，多元微合金线的化学组成质量分数％为：0.49B，4.87Y，4.61V，2.86N，5.97Ti，6.80Ca，2.77K，0.009S，0.021P，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％；
步骤4，处理后的钢水经搅拌、扒渣和静置后，当温度降至1489℃时浇入铸型，钢水浇注完毕3小时后，开箱取出铸件，经清砂和打磨处理后，入炉加热至925℃，保温4小时后出炉油冷淬火，油温61℃，当油冷淬火后的铸件温度降至370～390℃时，将铸件从淬火油中取出，入温度为280℃保温炉中保温18小时，然后炉冷至温度低于150℃出炉空冷，即可获得Si-Mn合金化耐磨铸钢，其力学性能见表1。
实施例2：
采用1000公斤中频感应电炉熔炼制备Si-Mn合金化耐磨铸钢，具体制备工艺步骤如下：
步骤1，按照质量百分比称取原料：61％的硅钢片废料(硅钢片废料的化学组成及质量分数％为：2.97Si，0.51Al，0.057C，0.0017S，0.09Mn，0.011P，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％)，23.88％的高锰钢废料(高锰钢废料的化学组成及质量分数％为：1.24C，13.74Mn，0.69Si，0.022S，0.059P，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％)，2.5％的碳素铬铁(碳素铬铁的化学成分质量分数％为：67.67Cr，8.35C，2.09Si，0.032S，0.040P，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％)，12.5％的Q235废钢(Q235废钢的化学成分质量分数％为：0.16C，0.59Mn，0.21Si，0.029S，0.036P，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％)和0.12％的金属铝配料；
步骤2，先将质量分数12.5％的Q235废钢、2.5％的碳素铬铁和23.88％的高锰钢废料混合加热熔化，当钢水温度达到1549℃时，加入质量分数为61％的硅钢片废料，当硅钢片废料全部熔化后，将钢水升温至1633℃，加入质量分数0.12％的金属铝脱氧，然后将钢水出炉到钢包；
步骤3，钢水全部进入钢包后，继续往钢包内加入直径Ф8.5mm的多元微合金线对钢水进行炉外微合金化处理和复合变质处理，多元微合金线加入量为钢包内钢水质量分数的1.5％，多元微合金线的化学组成质量分数％为：0.58B，5.45Y，4.06V，3.20N，6.48Ti，7.39Ca，2.54K，0.013S，0.019P，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％；
步骤4，处理后的钢水经搅拌、扒渣和静置后，当温度降至1483℃时浇入铸型，钢水浇注完毕2小时后，开箱取出铸件，经清砂和打磨处理后，入炉加热至910℃，保温6小时后出炉油冷淬火，油温77℃，当油冷淬火后的铸件温度降至350～370℃时，将铸件从淬火油中取出，入温度为320℃保温炉中保温16小时，然后炉冷至温度低于150℃出炉空冷，即可获得Si-Mn合金化耐磨铸钢，其力学性能见表1。
实施例3：
采用500公斤中频感应电炉熔炼制备Si-Mn合金化耐磨铸钢，具体制备工艺步骤如下：
步骤1，按照质量百分比称取原料：63％的硅钢片废料(硅钢片废料的化学组成及质量分数％为：3.24Si，0.51Al，0.05C，0.0013S，0.13Mn，0.012P，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％)，23.32％的高锰钢废料(高锰钢废料的化学组成及质量分数％为：1.27C，13.08Mn，0.47Si，0.026S，0.065P，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％)，2.6％的碳素铬铁(碳素铬铁的化学成分质量分数％为：65.10Cr，7.61C，1.82Si，0.037S，0.034P，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％)，11％的Q235废钢(Q235废钢的化学成分质量分数％为：0.18C，0.47Mn，0.19Si，0.035S，0.041P，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％)和0.08％的金属铝配料；
步骤2，先将质量分数11％的Q235废钢、2.6％的碳素铬铁和23.32％的高锰钢废料混合加热熔化，当钢水温度达到1539℃时，加入质量分数为63％的硅钢片废料，当硅钢片废料全部熔化后，将钢水升温至1624℃，加入质量分数0.08％的金属铝脱氧，然后将钢水出炉到钢包；
步骤3，钢水全部进入钢包后，继续往钢包内加入直径Ф6.0mm的多元微合金线对钢水进行炉外微合金化处理和复合变质处理，多元微合金线加入量占钢包内钢水质量分数的1.4％，多元微合金线的化学组成质量分数％为：0.44B，4.27Y，4.79V，2.55N，5.51Ti，6.23Ca，3.27K，0.008S，0.017P，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％。
步骤4，处理后的钢水经搅拌、扒渣和静置后，当温度降至1498℃时浇入铸型，钢水浇注完毕4小时后，开箱取出铸件，经清砂和打磨处理后，入炉加热至935℃，保温2小时后出炉油冷淬火，油温69℃，当油冷淬火后的铸件温度降至395～410℃时，将铸件从淬火油中取出，入温度为260℃保温炉中保温20小时，然后炉冷至温度低于150℃出炉空冷，即可获得Si-Mn合金化耐磨铸钢，其力学性能见表1。
表1Si-Mn合金化耐磨铸钢的力学性能
力学性能 硬度/HRC 冲击韧性(J/cm2) 抗拉强度/MPa
实施例1 56.9 139.5 1695
实施例2 55.8 147.1 1710
实施例3 56.2 142.6 1670
本发明Si-Mn合金化耐磨铸钢以廉价的高锰钢废料和硅钢片废料为主要原料，并加入适量高碳铬铁，不含钼、镍、铜等昂贵合金元素，生产成本大幅度降低，比钼、镍合金化耐磨铸钢降低50％以上，比高锰钢降低15％以上。本发明Si-Mn合金化耐磨铸钢力学性能优异，硬度达到55～57HRC，硬度分布均匀，冲击韧性达到138～148J/cm2，抗拉强度达到1650MPa以上，其耐磨性优异，用做球磨机衬板、破碎机锤头和挖掘机斗齿，使用寿命比高锰钢提高2倍以上，推广应用本发明产品，可降低工人劳动强度，提高设备运转效率，具有良好的经济和社会效益。

Claims (6)

1.一种Si-Mn合金化耐磨铸钢的制备方法，其特征在于，采用电炉熔炼，具体按以下步骤实施：
步骤1，称取硅钢片废料、高锰钢废料、碳素铬铁、Q235废钢和金属铝，将Q235废钢、碳素铬铁和高锰钢废料在感应电炉内混合加热熔化，当钢水温度达到1520～1550℃时，加入硅钢片废料，当硅钢片废料全部熔化后，将钢水升温至1610～1635℃，加入金属铝脱氧，然后将钢水出炉到钢包；
所述硅钢片废料、高锰钢废料、碳素铬铁、Q235废钢和金属铝的质量分数为：硅钢片废料61～63％，高锰钢废料23～25％，碳素铬铁2.5～2.8％，Q235废钢11～12.5％，金属铝0.08～0.12％，以上原料质量分数之和为100％；
所述硅钢片废料的化学组成及其质量分数为：Si 2.9-3.5％，Al 0.3-0.6％，C＜0.08％，S＜0.002％，Mn＜0.20％，P＜0.015％，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％；高锰钢废料的化学组成及其质量分数为：C 0.95～1.35％，Mn 11～14％，Si 0.3～1.0％，S＜0.04％，P＜0.07％，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％；碳素铬铁的化学组成及其质量分数为：Cr 62.0～68.0％，C 7.0～8.5％，Si 1.0～3.5％，S＜0.04％，P＜0.05％，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％；Q235废钢的化学组成及其质量分数为：C 0.14～0.22％，Mn 0.30～0.65％，Si≤0.30％，S≤0.050％，P≤0.045％，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％；
步骤2，钢水全部进入钢包后，向钢包内加入多元微合金线对钢水进行炉外微合金化处理和复合变质处理；
步骤3，将经步骤2处理的钢水进行搅拌、扒渣和静置后，在温度降至1480～1505℃时浇入铸型，钢水浇注完毕2～4小时后，取出铸件，进行清砂和打磨处理，然后入炉加热、保温，出炉油冷淬火后保温，最后炉冷至温度低于150℃出炉空冷，即可获得Si-Mn合金化耐磨铸钢。
2.根据权利要求1所述的一种Si-Mn合金化耐磨铸钢的制备方法，其特征在于，步骤2中所述多元微合金线的直径为Ф6.0～8.5mm，多元微合金线的用量为钢包内钢水质量分数的1.2～1.5％。
3.根据权利要求1所述的一种Si-Mn合金化耐磨铸钢的制备方法，其特征在于，步骤2中所述多元微合金线的化学组成及其质量分数为：B 0.42～0.60％，Y 4.2～5.5％，V 4.0～4.8％，N 2.5～3.2％，Ti 5.5～6.5％，Ca 6.2～7.5％，K 2.5～3.3％，S＜0.02％，P＜0.03％，余量为Fe及其不可避免的杂质元素，各元素的总和为100％。
4.根据权利要求1所述的一种Si-Mn合金化耐磨铸钢的制备方法，其特征在于，步骤3中所述入炉加热温度为910～935℃，保温时间为2～6小时。
5.根据权利要求1所述的一种Si-Mn合金化耐磨铸钢的制备方法，其特征在于，步骤3中所述油冷淬火过程中油温为60～80℃，当铸件温度降至350～410℃时停止油淬。
6.根据权利要求1所述的一种Si-Mn合金化耐磨铸钢的制备方法，其特征在于，步骤3中所述油冷淬火后铸件的保温温度为260～320℃，保温时间为16～20小时。
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