CN101275175A - 对高锰钢进行钇基重稀土变质处理的方法 - Google Patents
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Abstract
对高锰钢进行钇基重稀土变质处理的方法。本发明涉及一种对高锰钢采取稀土变质处理改善高锰钢组织和提高力学性能的工艺，属于金属材料变质技术领域。首先熔炼废钢、加入锰铁，待炉料全部熔化后，加入萤石和生石灰进行除渣，再插入纯铝除氧，然后在1410℃～1460℃时出炉充入含有重稀土的钢包内，镇静后浇注，最后对铸件进行水韧处理。由于钇基稀土的加入增加了形核核心和抑制奥氏体晶粒长大，奥氏体晶粒得到细化，抗拉强度和冲击韧性提高。本发明方法有效解决了高锰钢初始磨损严重的问题，使用寿命大大提高，提高了其性价比。
Description
技术领域
本发明涉及一种对高锰钢采取稀土变质处理改善高锰钢组织和提高力学性能的工艺，属于金属材料变质技术领域。
背景技术
高锰钢作为传统的耐磨材料，在抵抗强冲击、大压力作用下的磨料磨损或凿削磨损方面，其耐磨性是其他材料所无法比拟的。高锰钢铸态组织为奥氏体、碳化物及少量的珠光体，经水韧处理后，碳化物全部或大部分溶解于奥氏体中，得到单相奥氏体或奥氏体加少量碳化物的组织，因此具有良好的塑性和韧性。在较大的冲击载荷或接触应力作用下，表层迅速产生加工硬化并形成马氏体及ε相沿晶面滑移，表面硬度急剧升高，而内部奥氏体仍保持着良好的韧性。高锰钢的两个特点：一是外来冲击载荷越大，其自身表层耐磨性越高；二是随着表面硬化层的被磨耗，在外载荷作用下产生的新的加工硬化层连续不断的形成。这一特殊性能使其长期广泛应用于冶金、矿山、建材、铁路、电力、煤炭等机械装备中。但是高锰钢的耐磨性是有条件的，只有在冲击大、应力高、磨料硬的情况下，高锰钢的高耐磨性才得到体现。由于高锰钢的屈服强度低、初次使用时易于变形，从而会造成较大的磨损。
近年来，对高锰钢采取稀土变质从而改善组织和性能方面的研究得到了一些开展，但是都是集中在轻稀土的变质方面，稀土的加入方法一般都采用喂丝法，喂丝法需要有价格不菲的喂丝设备，不少生产厂家在综合考虑性价比之后，倾向于选择合金元素作为替代品，从而造成稀土变质高锰钢在实际生产中没有得到很好的推广。
发明内容
针对高锰钢稀土变质的性价比上不足，本发明的目的在于提供一种通过钇基重稀土变质处理改善高锰钢组织和提高力学性能的方法，该方法中稀土的加入方法简单，变质处理后高锰钢的组织得到细化，力学性能得到提高。
本发明的技术方案是：首先熔炼废钢、加入锰铁，待炉料全部熔化后，加入萤石和生石灰进行除渣，再插入纯铝除氧，然后在出炉冲入含有重稀土的钢包内，镇静后浇注，最后对铸件进行水韧处理。
本发明的具体工艺步骤如下：
A、熔炼：熔炼废钢、加入锰铁，待炉料全部熔化后，加入萤石和生石灰进行除渣，再插入纯铝除氧，插入量为1.2Kg/吨钢～1.8Kg/吨钢。
B、稀土变质剂的加入：对钇基重稀土进行烘烤，烘烤温度为150～250℃，烘烤时间为8分钟～15分钟，将烘烤过的稀土置于钢包的底部，稀土尺寸大小为5mm～20mm，稀土加入量为钢液总重的0.2％～0.4％。
C、浇注：将熔化的钢液冲入钢包中，出炉温度为1410℃～1460℃，对钢液进行镇静，时间为10～15分钟，然后进行浇注，浇注温度为1400℃～1450℃。
D、水韧处理：对铸件进行水韧处理，温度为1060℃～1100℃，冷却水的质量保证为铸件质量的十倍以上。
所述A步骤的废钢选用P含量≤0.035％、S含量≤0.035％。
所述C步骤的钢包采用所装的钢液为6吨左右的大体积钢包，镇静过程中杂质的上浮在钢液表面形成覆盖层，阻碍热量的扩散，在镇静时间之内温度变化不大，除了对最先浇注的试样和最后浇注的试样略有影响外，中间浇注试样的浇注温度和出钢温度相差不大。
所述D步骤的保温时间依照铸件的厚度确定，保温时间与铸件壁厚的关系见图1。
本发明的有益效果是：
(1)该变质方法操作工艺简单，产品性价比高；
(2)变质后高锰钢的铸态组织得到显著细化，性能得到大幅度提高。
附图说明
图1保温时间与铸件壁厚的关系图；
图2未变质高锰钢铸态组织图；
图3稀土加入量为0.2％时高锰钢铸态组织；
图4稀土加入量为0.3％时高锰钢铸态组织。
具体实施方式
实施例1：
(1)、熔炼：熔炼废钢、加入锰铁，待炉料全部熔化后，加入萤石和生石灰进行除渣，再插入纯铝除氧，插入量为1.2Kg/吨钢。
(2)、稀土变质剂的加入
对钇基重稀土进行烘烤，烘烤温度为250℃，烘烤时间为8分钟，将烘烤过的稀土置于钢包的底部，稀土尺寸大小为5mm，稀土加入量为0.2％。
(3)、浇注
将熔化的钢液冲入钢包中，出炉温度为1410℃，对钢液进行镇静，时间为10分钟，然后进行浇注，浇注温度为1400℃。
(4)、水韧处理
对铸件进行水韧处理，温度为1060℃，保温90min，冷却水的质量为铸件质量的10倍。
实施例2：
(1)、熔炼：熔炼废钢、加入锰铁，待炉料全部熔化后，加入萤石和生石灰进行除渣，再插入纯铝除氧，插入量为1.6Kg/吨钢。
(2)、稀土变质剂的加入
对钇基重稀土进行烘烤，烘烤温度为200℃，烘烤时间为12分钟，将烘烤过的稀土置于钢包的底部，稀土尺寸大小为12mm，稀土加入量为0.3％。
(3)、浇注
将熔化的钢液冲入钢包中，出炉温度为1430℃，对钢液进行镇静，时间为12分钟，然后进行浇注，浇注温度为1425℃。
(4)、水韧处理
对铸件进行水韧处理，温度为1080℃，保温时间为90min，冷却水的质量为铸件质量的15倍。
实施例3：
(1)、熔炼：熔炼废钢、加入锰铁，待炉料全部熔化后，加入萤石和生石灰进行除渣，再插入纯铝除氧，插入量为1.8Kg/吨钢。
(2)、稀土变质剂的加入
对钇基重稀土进行烘烤，烘烤温度为150℃，烘烤时间为15分钟，将烘烤过的稀土置于钢包的底部，稀土尺寸大小为20mm，稀土加入量为0.4％。
(3)、浇注
将熔化的钢液冲入钢包中，出炉温度为1460℃，对钢液进行镇静，时间为15分钟，然后进行浇注，浇注温度为1450℃。
(4)、水韧处理
对铸件进行水韧处理，温度为1100℃，冷却水的质量为铸件质量的20倍。
实施结果：
(1)钇基重稀土变质后的高锰钢组织得到了较明显的细化，见下表所示。
| 奥氏体晶粒的横截面直径/μm | |
| 实施例1 | 128.74 |
| 实施例2 | 109.88 |
| 实施例3 | 228.98 |
| 未变质 | 263.12 |
(2)钇基重稀土变质后的高锰钢性能得到了大幅度提高，见下表所示。
| 抗拉强度/MPa | 冲击韧性/KJ/m2 | |
| 实施例1 | 128.03 | 1037.58 |
| 实施例2 | 200.64 | 1088.11 |
| 实施例3 | 129.43 | 416.89 |
| 未变质 | 119.84 | 684.08 |
Claims (3)
1. 一种对高锰钢进行钇基重稀土变质处理的方法，其特征在于：首先熔炼废钢、加入锰铁，待炉料全部熔化后，加入萤石和生石灰进行除渣，再插入纯铝除氧，然后在出炉冲入含有重稀土的钢包内，镇静后浇注，最后对铸件进行水韧处理。
2. 根据权利要求1所述的对高锰钢进行钇基重稀土变质处理的方法，其特征在于工艺步骤为：
A、熔炼：熔炼废钢、加入锰铁，待炉料全部熔化后，加入萤石和生石灰进行除渣，再插入纯铝除氧，插入量为1.2Kg/吨钢～1.8Kg/吨钢。
B、稀土变质剂的加入：对钇基重稀土进行烘烤，烘烤温度为150～250℃，烘烤时间为8分钟～15分钟，将烘烤过的稀土置于钢包的底部，稀土尺寸大小为5mm～20mm，稀土加入量为钢液总重的0.2％～0.4％。
C、浇注：将熔化的钢液冲入钢包中，出炉温度为1410℃～1460℃，对钢液进行镇静，时间为10～15分钟，然后进行浇注，浇注温度为1400℃～1450℃。
D、水韧处理：对铸件进行水韧处理，温度为1060℃～1100℃，冷却水的质量保证为铸件质量的十倍以上。
3. 根据权利要求2所述的对高锰钢进行钇基重稀土变质处理的方法，其特征在：熔炼的废钢选用P含量≤0.035％、S含量≤0.035％的废钢。
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