CN101270458B - 含锰钨铝亚稳奥氏体耐磨铸钢 - Google Patents
含锰钨铝亚稳奥氏体耐磨铸钢 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种含锰钨铝亚稳奥氏体耐磨铸钢，其化学成分为wt％：C1.0～1.3％，Mn 6.0～10.0％，W 0.5～2.0％，Al 0.3～1.0％，Si＜0.8％，S＜0.05％，P＜0.05％，其余为Fe。所述耐磨铸钢的冶炼工艺为：电炉冶炼，其冶炼出钢温度为1550～1650℃，浇注温度为1450-1500℃；冶炼时，合金元素由先到后的加入顺序为：钨铁、锰铁、铝，然后浇注成所需要的产品。这种耐磨铸钢具有优异的加工硬化能力，在使用中，铸件表层发生应变诱发马氏体相变，使其表层硬度达到HRC50～65，在通常使用条件下其耐磨性能比普通ZGMn13钢提高0.5～2倍。它适合于制造冶金、矿山、建材和煤炭等行业的耐磨零部件，如衬板、齿板和锤头等。
Description
技术领域
本发明涉及一种含锰钨铝亚稳奥氏体耐磨铸钢，它是利用W和Al对传统的中锰奥氏体耐磨铸钢进行再合金化处理，从而使奥氏体锰钢的耐磨性能得到明显的提高。
背景技术
经典的奥氏体高锰钢含～1.1％C，～13％Mn，由Steve Hadfield于100多年前推出，其大不列颠专利号No.200，1892年开始用于铸件。由于奥氏体高锰钢具有高韧性的同时具有优异的加工硬化能力，使它在受冲击磨损工作条件下表现出优异的耐磨性能，因此，它被广泛的应用于制作冶金、矿山、建材、煤炭、铁路、军工和机械等行业使用的耐磨铸钢件。一百多年来，人们为了进一步提高它的耐磨性能，对奥氏体高锰钢进行了大量的理论研究和生产实践，从而派生出大量的再合金化奥氏体锰钢。1998年俄罗斯学者沃洛宁柯比较全面的总结了作为耐磨材料的奥氏体锰钢的研究成果，他把再合金化奥氏体锰钢分为三元系、无Cr四元系、含Cr四元系、无Cr五元系、含Cr五元系、无Cr六元系、含Cr六元系、无Cr七元素、含Cr七元素以及更复杂的合金系等10个系列，共列举了近70种成分奥氏体锰钢研究成果，其中所涉及的再合金化元素是：Cr、V、Ti、Nb、Ni、N、Al、Si、B、Zr、Mo、Cu和稀土等，可以说使用了所有的常用的合金化元素。然而使用W再合金化的研究成果报道很少，目前仅发现FeMnCuNiWC合金(前苏联专利：A.c1659519)和含钨高锰钢(中国专利：ZL200510041992.3)。
2007年11月2日英国《Science》杂志报道了一项最新研究发现：大原子直径原子是提高材料耐磨性最好的合金化元素。到目前为止钢铁材料常用的合金化元素中，原子直径最大的合金化原子就是钨，因此，钨将是作为提高材料耐磨性能的最佳合金化元素。另外，研究表明W对钢的奥氏体和贝氏体相变都有很大的影响，并且可显著阻碍奥氏体晶界碳化物的析出，其作用类似于Mo，从降低钢的回火脆性和阻碍珠光体转变角度讲，公认的观点是W的作用相当于Mo的一半。然而世界上Mo资源日趋匮乏，尤其是近年来，西方发达国家利用含Mo的肥料种植食用牛吃的草，使Mo资源更加紧张。因此，目前大量的研究集中在利用W代替Mo。我国是世界上W资源富饶的国家之一，因此研究含W钢具有实际意义。然而，时至今日，W作为合金化元素在钢中使用的相对较少，含W的钢中也屈指可数，比如，高速钢类等。
普通奥氏体锰钢由于从高温缓慢冷却过程中会在奥氏体晶界上析出大量的碳化物，致使其韧性很低，所以铸造状态普通高锰钢根本没有办法使用，必须经过固溶处理后才能使用。如果加入某种合金元素，可有效的改变碳化物在奥氏体晶界上的分布，使铸造状态锰钢的奥氏体晶界上没有碳化物析出，那么将使铸造状态奥氏体锰钢直接使用成为可能。1978年美国密歇根Mo公司的Arnson和Borik首先报道了这方面的研究成果，他们分别在ZGMn6、ZGMn8和ZGMn12中加入1％的Mo，使铸态锰钢中奥氏体晶界上的碳化物基本消失，从而获得了铸态下使用的ZGMn6Mo1、ZGMn8Mo1和ZGMn12Mo1钢。缩短了钢的制作周期、降低了钢的生产成本、提高了钢的使用效率。Al和W都是阻碍碳化物形成元素，尤其是Al能推迟碳化物的形成，所以在奥氏体锰钢中加入Al和W，同样可以获得无碳化物铸态组织奥氏体锰钢。
发明内容
本发明在系统研究了不同成分W(～2％)对Mn含量从5％到10％的奥氏体锰钢铸造组织和拉伸、冲击等常规力学性能以及耐磨性能的影响，提供一种含锰钨铝亚稳奥氏体耐磨铸钢，所述耐磨铸钢具有优异的加工硬化能力和良好的耐磨性能，并且其厚度较小的铸件可以在铸造状态下使用。
本发明所采用的技术方案是：所述含锰钨铝亚稳奥氏体耐磨铸钢的化学成分为wt％：C 1.0～1.3％，Mn 6.0～10.0％，W 0.5～2.0％，Al 0.3～1.0％，Si＜0.8％，S＜0.05％，P＜0.05％，其余为Fe；含锰钨铝亚稳奥氏体耐磨铸钢的冶炼制造工艺为：电炉冶炼，其冶炼出钢温度为1550～1650℃，浇注温度为1450-1500℃；在冶炼时，合金元素由先到后的加入顺序为：钨铁、锰铁、铝，然后浇注成所需要的产品。铝在钢中的作用是阻碍钢在铸造凝固过程中碳化物沿奥氏体晶界的析出行为，为厚度尺寸较小的铸件在铸造状态不经过热处理直接使用提供保证。对于厚度较小的耐磨铸钢件，可以铸造后不经过热处理直接使用；对于厚度较大的耐磨铸钢件，需经热处理后使用，其热处理工艺是1000～1100℃保温后水淬。这种耐磨铸钢具有优异的加工硬化能力，在使用过程中，铸件表层发生应变诱发马氏体相变，使其表层硬度达到HRC50～65，因此它具有优异的耐磨性能，通常使用条件下其耐磨性能比普通ZGMn13钢提高0.5～2倍。
本发明的有益效果是：本发明利用W和Al对奥氏体锰钢进行再合金化处理，提高了奥氏体锰钢的强度和加工硬化能力，而且较大幅度的提高了奥氏体锰钢的耐磨性能。同时缩短了钢的生产周期，避免了厚度小的铸件由固溶处理造成的铸件的变形，从而降低了钢的生产成本。
具体实施方式
实施例1
利用本发明技术生产港口输送煤炭系统的耐磨衬板，该衬板的具体化学成分(wt％)是：C 1.32，Mn 6.8，W 1.6，Al 0.65，Si 0.51，S 0.032，P 0.025，其余为Fe。由于这类衬板的厚度仅仅为15mm，高温淬火(固溶处理)很容易产生翘曲变形，因此，这些衬板都是铸态直接使用。该钢的常规力学性能为：抗拉强度530MPa，冲击性能23J/cm2。它具有良好的耐磨性能，实际过煤量为2.5亿吨以上，比ZGMn13钢衬板耐磨性提高1倍左右。
实施例2
利用本发明技术生产建材行业使用的耐磨衬板，该衬板的具体化学成分(wt％)是：C 1.12，Mn 8.8，W 1.5，Al 0.34，Si 0.62，S 0.033，P 0.018，其余为Fe。由于这类衬板的厚度为40mm，将衬板加热到1080℃保温4小时，然后水淬。该钢的常规力学性能为：抗拉强度793MPa，冲击性能108J/cm2。它具有良好的耐磨性能，比ZGMn13钢衬板耐磨性提高1.3倍。
含锰钨铝亚稳奥氏体耐磨铸钢适合于制作冶金、矿山、建材和煤炭等行业的耐磨零部件，如衬板、齿板和锤头等。
Claims (2)
1.一种含锰钨铝亚稳奥氏体耐磨铸钢，其特征是：所述耐磨铸钢的化学成分为wt％：C 1.0～1.3％，Mn 6.0～10.0％，W 0.5～2.0％，Al 0.3～1.0％，Si＜0.8％，S＜0.05％，P＜0.05％，其余为Fe；所述耐磨铸钢具有优异的加工硬化能力，使用过程中，耐磨铸钢铸件表层发生应变诱发马氏体相变，使其表层硬度达到HRC50～65，在通常使用条件下其耐磨性能比普通ZGMn13钢提高0.5～2倍。
2.一种制造权利要求1所述的含锰钨铝亚稳奥氏体耐磨铸钢的方法，其特征是：
电炉冶炼：其冶炼出钢温度为1550～1650℃，浇注温度为1450-1500℃；在冶炼时，合金元素由先到后的加入顺序为：钨铁、锰铁、铝，然后浇注成所需要的产品。
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