CN102876966B - 锻造处理的铸态高锰钢制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锻造处理的铸态高锰钢制备方法，包括以下步骤：采用废钢、生铁、锰铁和硅铁作为熔炼用原材料，按以下重量百分比的化学组成：C为0.7-1.5%，Mn为10-17%，Si为0.3-1.0%，P＜0.15%，S＜0.06%，其余为Fe进行配料；将原料在电炉中加热熔化脱氧后，将钢水迅速出炉倒入浇包，进行除渣处理，1420℃-1470℃时，倒入砂型浇注成形；将所得铸态高锰钢铸件清理后放入电炉中至1150℃～1200℃保温，然后迅速出炉进行锻造变形处理；最后在250℃-350℃回火保温，最终得到的锻造铸态高锰钢。

Description

锻造处理的铸态高锰钢制备方法
技术领域
本发明涉及一种高冲击磨损工况下矿料、石料等破碎、碾压用的锤头、碾辊、衬板等材料的铸造技术，具体涉及一种无需水韧处理且具有高韧性和硬度的锻造处理铸态高锰钢制备方法。
背景技术
高锰钢是指含锰量在10%以上的合金钢。高锰钢的铸态组织一般来说要主要是由奥氏全、碳化物所组成，有时含有少量的磷共等。经一定温度的水韧处理后的组织为奥氏体，使其韧性显著提高。奥氏体组织的高锰钢到冲击载荷时，表面发生塑性变形，在变形层内有明显的加工硬度现象，表层硬度大幅度提高。低冲击载荷时，硬度可达到HB300-400，高冲击载荷时，硬度可达到HB500-800。随冲击载荷的不同，表层硬化层深度可达到10-20mm。高硬度的硬化层可以抵抗冲击磨料磨损。在低冲击工况下使用时，因加工硬化效果不明显，不能发挥其特点。高锰钢在强冲击磨料磨损条件下，有优异的抗磨性能，故常用于矿山、建材、电力等机械设备中。
在水韧处理后的高锰钢中，由于网状碳化物发生分解且固溶于奥氏体中，使其韧性显著提高，铸态高锰钢由于奥氏体晶界存在网状脆性碳化物其韧性较差，在使用过程中极大地增加了安全隐患，因此，铸态高铸钢不会在实际工况中使用。
目前，据国内外科技文献或发明专利报道，对高锰钢的锻造处理只是针对水韧处理后的高锰钢，如专利文献03111778.3(名称：锻轧制高锰钢丝的电焊丝)和于晓光在《锻压技术》发表的论文“高锰钢铸件锻造工艺的研究”。而对于铸态高锰钢的锻造处理还未见公开报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锻造处理且无需水韧处理的铸态高锰钢的制备方法，使材料组织中原来网状碳化物断裂并弥散分布于奥氏体中，组织致密，韧性明显提高，且硬度较水韧处理后的高锰钢高，在使用过程中基本不会影响奥氏体的加工硬化特点，从而可实现铸态高锰钢的工业化生产。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种锻造处理的铸态高锰钢制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：采用废钢、生铁、锰铁和硅铁作为熔炼用原材料，按以下重量百分比的化学组成：C为0.7-1.5%，Mn为10-17%，Si为0.3-1.0%，P＜0.15%，S＜0.06%，其余为Fe进行配料；
步骤二：将废钢、生铁混合，在电炉中加热至熔化，待铁水熔清后，依次加入锰铁和硅铁熔清，采用铝丝脱氧后，将钢水迅速出炉倒入浇包，进行除渣处理；当钢水温度为1420℃-1470℃时，将钢水倒入砂型浇注成形，冷却后打箱取出铸态高锰钢铸件；
步骤三：将铸态高锰钢铸件表面清理干净，放入电炉中缓慢加热至1150℃～1200℃，保温，然后迅速出炉放入锻机上进行锻造变形处理；
步骤四：最后在250℃-350℃进行回火保温处理，最终得到的锻造铸态高锰钢。
上述方案中，步骤三所述的锻造变形处理为十字墩拔2-4次，变形速率在0.1-20s-1，变形比0.1-0.5。
步骤三所述的缓慢加热，升温速率为＜200℃/小时。步骤三所述的保温、步骤四所述的回火保温，其保温时间按铸件厚度每增加20mm，保温时间延长1小时。
本发明的优点是：
1．采用锻造处理，无需水韧处理，可节省热处理用通循环水池等工序；锻造处理后的铸态高锰钢较水韧处理后的高锰钢硬度提高近1倍，且加工硬化能力基本没有降低，可实现强冲击磨损工况下的应用。
2．锻造后铸件硬度在HB300-400，冲击韧性较未锻造前提高3～4倍，较水韧处理后的高锰钢下降＜5%；碳化物在奥氏体内部呈弥散分布。
3．在后续用来制作铁矿石破碎机锤头使用过程中硬化能力基本没有降低，硬度较使用前提高1倍以上，寿命由原来所使用的水韧处理高锰钢的4-6天提高到8-9天。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
步骤一：按化学成分（重量百分比）：0.7%C，10%Mn，0.3%Si，0.14%P、0.05%S，其余为Fe，计算并称重上述高锰钢熔炼用原材料：废钢、生铁、锰铁和硅铁，进行配料；
步骤二：将废钢、生铁混合，在碱性中频感应电炉中加热至1400℃熔化，待铁水熔清后，依次加入锰铁和硅铁熔清温度达到1520℃，并采用铝丝脱氧后，钢水后静置1分钟，在钢水液面除渣后，将钢水迅速出炉倒入浇包，进行除渣处理；当钢水温度为1470℃时，将钢水倒入普通砂型浇注成形，浇注完成8小时后，打箱取出即得到铸态高锰钢铸件。
步骤三：将铸态钢锰钢表面清理干净后，放入电炉中缓慢升温（190℃/小时）加热至1150℃，按铸件厚度为70mm，确定保温一定时间为3.5小时，然后迅速出炉放入锻机上进行锻造变形处理。具体的锻造变形工艺如下所述：
墩拔方式：十字墩拔；墩拔处理2次，变形速率在20s-1，变形比0.5。
步骤四：进行回火处理（保温温度为：250℃，保温时间同前）进一步消除铸件内部应力，最终得到的锻造铸态高锰钢。
经测试，本实施例的锻造铸态高锰钢硬度在HB300-345，冲击韧性较未锻造前提高4倍，碳化物在奥氏体内部呈弥散分布。用该实施例锻造铸态高锰钢制作的锤头寿命由原来所使用的水韧处理高锰钢的4天提高到8天。
实施例2
本实施例的步骤与实施例1相同，不同之处仅在以下工艺参数方面：
步骤一：按化学成分（重量百分比）：1.5%C，17%Mn，1.0%Si，0.10%P、0.02%S，其余为Fe，计算并称重废钢、生铁、锰铁和硅铁，进行配料；
步骤二：当钢水温度为1420℃时，将钢水倒入普通砂型浇注成形。
步骤三：将铸态钢锰钢表面清理干净后，放入电炉中缓慢升温（100℃/小时）加热至1200℃，按铸件厚度50mm，保温2.5小时。
锻造变形工艺参数：十字墩拔4次，变形速率在0.1S-1，变形比0.1。
步骤四：350℃回火处理，保温2.5小时。
经测试，本例得到的锻造铸态高锰钢硬度在HB356-400，冲击韧性较未锻造前提高3.1倍，碳化物在奥氏体内部呈弥散分布。用该实施例锻造铸态高锰钢制作的锤头寿命由原来所使用的水韧处理高锰钢6天提高到9天。
实施例3
本实施例的步骤与实施例1相同，不同之处仅在以下工艺参数方面：
步骤一：按化学成分（重量百分比）：1.0%C，15%Mn，0.5%Si，0.10%P、0.04%S，其余为Fe，计算并称重废钢、生铁、锰铁和硅铁，进行配料；
步骤二：当钢水温度为1450℃时，将钢水倒入普通砂型浇注成形。
步骤三：将铸态钢锰钢表面清理干净后，放入电炉中缓慢升温（150℃/小时）加热至1180℃，按铸件厚度60mm，保温3小时。
锻造变形工艺参数：十字墩拔3次，变形速率在0.8s-1，变形比0.3。
步骤四：300℃回火处理，保温3小时。
经测试，本例得到的锻造铸态高锰钢硬度值为：HB256；冲击韧性较未锻造前提高1倍以上。碳化物在奥氏体内部呈弥散分布。用该实施例锻造铸态高锰钢制作的锤头寿命由原来所使用的水韧处理高锰钢使用寿命由原来的5天提高到8天。

Claims (3)

1.一种锻造处理的铸态高锰钢制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：采用废钢、生铁、锰铁和硅铁作为熔炼用原材料，按以下重量百分比的化学组成：C为0.7-1.5%，Mn为10-17%，Si为0.3-1.0%，P＜0.15%，S＜0.06%，其余为Fe进行配料；
步骤二：将废钢、生铁混合，在电炉中加热至熔化，待铁水熔清后，依次加入锰铁和硅铁熔清，采用铝丝脱氧后，将钢水迅速出炉倒入浇包，进行除渣处理；当钢水温度为1420℃-1470℃时，将钢水倒入砂型浇注成形，冷却后打箱取出铸态高锰钢铸件；
步骤三：将铸态高锰钢铸件表面清理干净，放入电炉中缓慢加热至1150℃～1200℃，保温，然后迅速出炉放入锻机上进行十字墩拔2-4次的锻造变形处理，变形速率在0.1-20s-1，变形比0.1-0.5；
步骤四：最后在250℃-350℃进行回火保温处理，最终得到的锻造铸态高锰钢。
2.如权利要求1所述的锻造处理的铸态高锰钢制备方法，其特征在于：步骤三所述的缓慢加热，升温速率为＜200℃/小时。
3.如权利要求1所述的锻造处理的铸态高锰钢制备方法，其特征在于：步骤三所述的保温、步骤四所述的回火保温，其保温时间按铸件厚度每增加20mm，保温时间延长1小时。
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