CN101250675A - 含钨高锰钢 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种含钨高锰钢，该高锰钢含有下列质量百分比的化学成分：C：1.05％～1.35％，Si：0.3％～0.9％，Mn：11％～19％，W：0.5％～1.5％，P≤0.070％，S≤0.045％，余量为Fe。此外该高锰钢还可以含有稀土元素RE，其含量为0.01％～0.3％。还可以含有Cr，其含量为1.2％～2.5％。本发明的含钨高锰钢，特别是当Mn的含量为16％～19％时，钨元素、稀土元素RE和铬元素的加入，使得整个高锰钢比起现有的钢种具有韧性好，屈服强度高，加工硬化程度高，耐磨性能更好等优势，从而扩大了高锰钢的应用范围。本发明的高锰钢适于制备磨损特别是冲击磨损工况用的零部件。
Description
技术领域
本发明涉及用于磨损的合金钢领域，具体涉及一种晶粒细化、屈服强度高、冲击韧性好、加工硬化程度高，具有综合力学性能的含钨高锰钢。
背景技术
目前在冶金、电力、建材、建筑、煤炭、化工、铁路、机械等工业的较大冲击载荷磨损工况，常用的耐磨材料是高锰钢。
高锰钢按照国家标准分为5个牌号，主要区别是碳的含量，其范围是0.75％～1.45％。受冲击大，碳含量低。锰含量在11.0％～14.0％之间。
高锰钢较典型的是GB/T5680-1998所规定的ZGMn 13-2高锰钢即普通高锰钢，其缺点是钢的屈服强度较低，工业应用中有时易变形；GB/T5680-1998所规定的ZGMn 13-4高锰钢即含铬高锰钢，其缺点是钢的冲击韧性较低，工业应用中有时易断裂；较典型的还有ISO13521：1999所规定的GX120Mn17和GX120MnCr17-2高锰钢，这两种钢晶粒还待细化，强度还有待提高。
超高锰钢是在原高锰钢的化学成分上提高锰的含量，超高锰钢的锰含量可达到16％～19％。超高锰钢与高锰钢比较，超高锰钢的初始硬度比高锰钢高，两种钢的冲击韧性相同，但是超高锰钢铸件不会出现早期断裂现象，此外，从经济效益角度分析，超高锰钢比高锰钢性价比高，超高锰钢的使用寿命是高锰钢的1.3～2倍，而铸件生产成本只有高锰钢的1.1～1.3倍。
对超高锰钢增加铬、钨、稀土元素RE等合金元素，可使铸件达到韧性好，初始硬度高，提高铸件抗磨寿命，加工硬化程度也比高锰钢高，其耐磨性能比高锰钢更好，目前对于含铬、钨、稀土元素RE的超高锰钢的研究尚未见有报道。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种含钨高锰钢。
本发明的含钨高锰钢，含有下列质量百分比的化学成分：
C：1.05％～1.35％，Si：0.3％～0.9％，Mn：11％～19％，W：0.5％～1.5％，P≤0.070％，S≤0.045％，余量为Fe。
上述含钨高锰钢还可以含有稀土元素RE，其含量为0.01％～0.3％。
上述含钨高锰钢还可以含有Cr，其含量为1.2％～2.5％。
本发明的含钨高锰钢，当该高锰钢中Mn的含量为16％～19％时，可称为含钨超高锰钢，含有下列质量百分比的化学成分：
C：1.05％～1.35％，Si：0.3％～0.9％，Mn：16％～19％，W：0.5％～1.5％，P≤0.070％，S≤0.045％，余量为Fe。
上述含钨超高锰钢还可以含有稀土元素RE，其含量为0.01％～0.3％。
上述含钨超高锰钢还可以含有Cr，其含量为1.2％～2.5％。
本发明的含钨高锰钢，在高锰钢中加入质量百分数0.5％～1.5％的钨元素(W)，W固溶强化基体，稳定奥氏体组织，提高淬透性，抑制碳化物析出，同时C-W协同作用细化钢的晶粒，提高钢的屈服强度，提高冲击韧性，提高加工硬化率即钢的硬度。
本发明的含钨高锰钢，Cr以1.2％～2.5％的含量作为合金化元素加入高锰钢中，可提高钢的屈服强度。此外，由于铬原子易偏聚阻碍位错运动，使钢受外力时滑移阻力增强，从而提高了加工硬化能力和硬化效果，强化了钢的抗磨性。
本发明的含钨高锰钢，在高锰钨钢中加入稀土元素RE，细化钢的晶粒，净化钢液。特别是C-W-RE元素协同作用，进一步细化钢的晶粒，提高钢的屈服强度和韧性，提高加工硬化率。使不含Cr的高锰钢屈服强度提高，冲击韧性不降低而提高；使含Cr的高锰钢屈服强度进一步提高，特别是冲击韧性提高。含钨高锰钢屈服强度提高则可有效解决普通高锰钢使用中易塑性变形的问题，含钨高锰钢具有高的韧性则可保证使用中不断裂、解决安全问题，含钨高锰钢具有高的加工硬化率则提高了抗冲击磨损性能、解决普通高锰钢使用中耐磨性不足的问题。特别是针对超高锰钢(含Mn16％～19％)晶粒易大和易柱状晶的问题，C-W或C-W-RE合金交互作用细化钢的晶粒，提高钢的屈服强度和韧性，提高加工硬化率效果更加明显。
本发明的含钨高锰钢的制备方法，包括如下步骤：将生铁、废钢和各种铁合金加入电炉冶炼，浇铸成型(铸后也可再锻轧热加工)后，将铸造(或锻轧等热加工后)的零部件经水韧热处理，即是将零部件加热至1040℃～1150℃保温，保温后将零部件在水中淬火冷却，即得含钨高锰钢。
上述制备方法中用到的生铁、废钢和各种铁合金是现有的，可在市场上购买获得。
本发明的含钨高锰钢强韧性良好，加工硬化率较高，综合力学性能突出，耐磨性提高，扩大了高锰钢的应用范围，适于制备磨损特别是冲击磨损工况用的零部件。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明的含钨高锰钢，因为在高锰钢中加入了钨元素，从而提高了钢的屈服强度，抗变形效果显著，同时提高了钢的韧性。
2.本发明的含钨高锰钢，特别是当钢中Mn的含量为16％～19％时，钨元素、稀土元素RE和铬元素(Cr)的加入，使得整个高锰钢比起现有的钢种具有更多的优势：韧性好，屈服强度高，初始硬度高，加工硬化程度高，抗磨性能更好。
3.本发明的含钨高锰钢，可加入铬元素，且加入的铬含量≥1.2％，从而能明显提高钢的综合力学性能，提高钢的屈服强度、抗拉强度及抗磨性。
具体实施方式
实施例1含钨高锰钢
本实施例的含钨高锰钢，含有下列质量百分比的化学成分：
C：1.05％，Si：0.9％，Mn：16％，P：0.07％，S：0.04％，W：0.5％，余量为Fe，经1040℃水韧热处理，屈服强度≥400MPa，U型缺口冲击韧度≥150J/cm2。
当本实施例的高锰钢不含有钨元素时，经1040℃水韧热处理，屈服强度≥380MPa，U型缺口冲击韧度≥147J/cm2。
当本实施例的高锰钢含有稀土元素RE 0.2％时，经1040℃水韧热处理，屈服强度≥420MPa，U型缺口冲击韧度≥153J/cm2；
当本实施例的高锰钢含有钨元素1.5％时，经1100℃水韧热处理，屈服强度≥423MPa，U型缺口冲击韧度≥153J/cm2。
实施例2含钨高锰钢
本实施例的含钨高锰钢，含有下列质量百分比的化学成分：
C：1.18％，Si：0.6％，Mn：11.5％，P：0.06％，S：0.04％，W：0.56％，其余为Fe，经1100℃水韧热处理，屈服强度≥400MPa，U型缺口冲击韧度≥150J/cm2。
当本实施例的高锰钢不含有钨元素时，经1100℃水韧热处理，屈服强度≥380MPa，U型缺口冲击韧度≥147J/cm2。
当本实施例的高锰钢含有钨元素0.5％和稀土元素RE 0.25％时，经1100℃水韧热处理，屈服强度≥410MPa，U型缺口冲击韧度≥153J/cm2。
当本实施例的高锰钢含有钨元素1.5％时，经1130℃水韧热处理，屈服强度≥420MPa，U型缺口冲击韧度≥150J/cm2。
实施例3含钨高锰钢
本实施例的含钨高锰钢，含有下列质量百分比的化学成分：
C：1.21％，Si：0.52％，Mn：12.8％，W：0.96％，P：0.056％，S：0.038％，Cr：1.87％，其余为Fe，经1100℃水韧热处理，屈服强度≥410MPa，U型缺口冲击韧度≥135J/cm2。
当本实施例的高锰钢不含有钨元素时，经1100℃水韧热处理，屈服强度≥400MPa，U型缺口冲击韧度≥110J/cm2。
当本实施例的高锰钢含有稀土元素RE 0.01％时，经1100℃水韧热处理，屈服强度≥410MPa，U型缺口冲击韧度≥140J/cm2。
实施例4含钨高锰钢
本实施例的含钨高锰钢，含有下列质量百分比的化学成分：
C：1.35％，Si：0.3％，Mn：14％，W：0.52％，P：0.051％，S：0.045％，Cr：1.2％，其余为Fe，经1150℃水韧热处理，屈服强度≥400MPa，U型缺口冲击韧度≥135J/cm2。
当本实施例的高锰钢不含有钨元素时，屈服强度≥390MPa，U型缺口冲击韧度≥130J/cm2。
当本实施例的高锰钢含有稀土元素RE 0.15％时，经1150℃水韧热处理，屈服强度≥420MPa，U型缺口冲击韧度≥140J/cm2。
实施例5含钨高锰钢
本实施例的含钨高锰钢，含有下列质量百分比的化学成分：
C：1.33％，Si：0.45％，Mn：17.7％，W：0.55％，P：0.051％，S：0.035％，其余为Fe，经1150℃水韧热处理，屈服强度≥400MPa，U型缺口冲击韧度≥147J/cm2。
当本实施例的高锰钢含有稀土元素RE 0.3％时，经1150℃水韧热处理，屈服强度≥420MPa，U型缺口冲击韧度≥150J/cm2。
当本实施例的高锰钢含有Cr 2.2％时，经1150℃水韧热处理，屈服强度≥420MPa，U型缺口冲击韧度≥120J/cm2。
当本实施例的高锰钢含有Cr 2.2％和稀土元素RE 0.3％时，经1150℃水韧热处理，屈服强度≥430MPa，U型缺口冲击韧度≥125J/cm2。
实施例6含钨高锰钢
本实施例的含钨高锰钢，含有下列质量百分比的化学成分：
C：1.30％，Si：0.48％，Mn：18.5％，W：0.58％，P：0.04％，S：0.034％，Cr：2.5％，其余为Fe，经1070℃水韧热处理，屈服强度≥420MPa，U型缺口冲击韧度≥120J/cm2。
当本实施例的高锰钢含有钨元素1.15％时，经1070℃水韧热处理，屈服强度≥430MPa，U型缺口冲击韧度≥125J/cm2。
实施例7含钨高锰钢
本实施例的含钨高锰钢，含有下列质量百分比的化学成分：
C：1.23％，Si：0.60％，Mn：19％，W：0.53％，P：0.038％，S：0.045％，其余为Fe，经1080℃水韧热处理，屈服强度≥390MPa，U型缺口冲击韧度≥150J/cm2。
当本实施例的高锰钢含有钨元素1.06％时，经1080℃水韧热处理，屈服强度≥400MPa，U型缺口冲击韧度≥153J/cm2。
当本实施例的高锰钢含有Cr 2.0％时，经1080℃水韧热处理，屈服强度≥410MPa，U型缺口冲击韧度≥120J/cm2。
当本实施例的高锰钢含有稀土元素RE 0.015％时，经1080℃水韧热处理，屈服强度≥400MPa，U型缺口冲击韧度≥153J/cm2。
当本实施例的高锰钢含有Cr 2.0％和稀土元素RE 0.015％时，经1080℃水韧热处理，屈服强度≥420MPa，U型缺口冲击韧度≥125J/cm2。
Claims (5)
1. 一种含钨高锰钢，其特征在于含有下列质量百分比的化学成分：C：1.05％～1.35％，Si：0.3％～0.9％，Mn：11％～19％，W：0.5％～1.5％，P≤0.070％，S≤0.045％，余量为Fe。
2. 根据权利要求1所述的高锰钢，其特征在于，所述高锰钢中Mn的含量为16％～19％。
3. 根据权利要求1或2所述的高锰钢，其特征在于，该高锰钢还含有稀土元素RE，其含量为0.01％～0.3％。
4. 根据权利要求1或2所述的高锰钢，其特征在于，该高锰钢还含有Cr，其含量为1.2％～2.5％。
5. 根据权利要求3所述的高锰钢，其特征在于，该高锰钢还含有Cr，其含量为1.2％～2.5％。
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