CN105401076A - 一种复合锰钢合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合锰钢合金及其制备方法，包括由以下重量百分比的化学成分制备而成：铁60.5～72.5%、锰10.5～18.5%、碳1.5～0.88%、硅1.15～1.5%、镍3.15～4.68%、钼1.15～1.68%、铬0.9～1.22%、钨0.8～1.29%、镍0.18～0.32%、硼0.02～0.035%、钒≤0.2%、铼≤0.02%、钛≤0.5%和不可避免杂质。本发明通过制备方法工艺制得的复合锰钢合金，为重工业提供使用的一种防磨钢材，继续保持内部柔韧度，表面摩擦力最小化，可用高锰钢或类似材料进行焊接，可被乙炔氧炬切割，无磁性等。

Description

一种复合锰钢合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢合金技术领域，具体涉及一种复合锰钢合金及其制备方法。
背景技术
1882年英国人Hadfield发明了奥氏体高锰钢后，这种钢作为金属耐磨材料已广泛用于矿石破碎、选煤、水泥生产与电力等行业。在强烈冲击载荷及高挤压应力下(通常冲击功大于5J/cm2)，高锰钢工件表面可实现α马氏体相变而得到充分强化，显微硬度由HV250提高到约HV700，而工件内部仍保持优良韧性，其耐磨性与HRC50的马氏体相当。
高锰钢的加工硬化机理有位错堆积与形变诱发相变两种理论，近年来的研究更多支持了位错堆积理论，比较符合实际的解释是由冲击造成位错-堆垛层错-ε马氏体-α马氏体的强化作用或位错、形变马氏体、形变挛晶和弥散出的微碳化物等综合作用所致。矿山机械磨损件通常使用时的冲击功小于3.5J/cm2，其实际服役条件提供的冲击能量满足不了高锰钢的加工硬化要求，这时高锰钢的耐磨性不如其它类耐磨钢好。例如：球磨机衬板在磨损失效时，测定表面的硬度仅为HB300左右，与它未使用时的硬度(HB200)相比，其强化系数只有1.5。另外，即使在较高的冲击载荷下，如果破碎的矿石较软，其耐磨性也较差。如锤式破碎机的锤头，破碎含有泥沙的较软矿石时，锤头表层加工硬化只有240～300HB，锤头寿命较短。为了提高锰钢在中等冲击载荷下的加工硬化能力，研究通过微合金化以提高其强韧性和耐磨性能。如加入多元微量元素Cr、V、B、Cu、Ni、Al等，进一步提高奥氏体的固溶强化效果，以提高其强韧性。加入碳化物形成元素Mo、W、V、Nb、Ti等，使其在奥氏体基体上弥散析出类球状碳化物，以实现第二相硬质粒子。经应用考核，微合金化的高锰钢机械性能有较大幅度提高，但耐磨寿命却没有显著改善，原因在于微合金化虽然提高了高锰钢的常规力学性能，但并没有改变高锰钢的强化机制，致使其加工硬化力度没有显著提高。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种复合锰钢合金及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种复合锰钢合金及其制备方法，包括由以下重量百分比的化学成分制备而成：
铁60.5～72.5%、锰10.5～18.5%、碳1.5～0.88%、硅1.15～1.5%、镍3.15～4.68%、钼1.15～1.68%、铬0.9～1.22%、钨0.8～1.29%、镍0.18～0.32%、硼0.02～0.035%、钒≤0.2%、铼≤0.02%、钛≤0.5%和不可避免杂质。
进一步地，包括如下步骤：
S1、称取化学成分为铁60.5～72.5%、锰10.5～18.5%、碳1.5～0.88%、硅1.15～1.5%、镍3.15～4.68%、钼1.15～1.68%、铬0.9～1.22%、钨0.8～1.29%、镍0.18～0.32%、硼0.02～0.035%、钒≤0.2%、铼≤0.02%、钛≤0.5%和不可避免杂质,依照各类合金材料，依次加入熔炼炉内进行熔炼，熔炼温度为1580～1600℃，往熔炼炉内加入脱氧剂，在炉内金属液面上覆盖覆盖剂；得到锰钢合金坯料；
S2、将步骤S1中得到的锰钢合金坯料倒入连铸机内进行铸造操作，得到复合锰钢合金铸件；
S3、将步骤S2所得的复合锰钢合金铸件进行热处理工艺；以升温速度<80℃/h加热至350℃，以<100℃/h加热至750℃，快速加热升温至1200℃；保温0.5～1h；经过淬火处理之后，得到复合锰钢合金粗品；
S4、将步骤S3中所得复合锰钢合金粗品进行切割操作，得到复合锰钢合金粗品；
S5、将步骤S4所得切复合锰钢合金粗品通过精细轧制机进行进行轧制操作，通过磨平机磨平之后，得到复合锰钢合金成品；
S6、将步骤S5所得的复合锰钢合金成品，通过检验包装入库。
进一步地，所述步骤S1中脱氧剂一定压到炉内深处，金属液面用覆盖剂盖严，隔断外界空气。
进一步地，所述步骤S2中铸造温度为1000～1100℃，复合锰钢合金铸件在连铸机内长时间保温，直到温度低于150℃再出件。
进一步地，所述步骤S4中复合锰钢合金粗品切割时，将铸件置于水中，被切割部分露在水外。
进一步地，所述步骤S5中精细热轧温度为600℃～800℃，时间为0.5～1h。
本发明通过制备方法工艺制得的复合锰钢合金，为重工业提供使用的一种防磨钢材，应用领域包括采石、采矿、挖掘、煤炭工业、铸造和钢铁行业等；经防磨技术处理后，材料表面可达到500--550布氏硬度，继续保持内部柔韧度，表面摩擦力最小化，可用高锰钢或类似材料进行焊接，可被乙炔氧炬切割，无磁性等。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明包括由以下重量份的原料制备而成：由以下重量百分比的化学成分制备而成：
铁60.5～72.5%、锰10.5～18.5%、碳1.5～0.88%、硅1.15～1.5%、镍3.15～4.68%、钼1.15～1.68%、铬0.9～1.22%、钨0.8～1.29%、镍0.18～0.32%、硼0.02～0.035%、钒≤0.2%、铼≤0.02%、钛≤0.5%和不可避免杂质。
一种复合锰钢合金及其制备方法，包括如下步骤：
S1、称取化学成分为铁60.5～72.5%、锰10.5～18.5%、碳1.5～0.88%、硅1.15～1.5%、镍3.15～4.68%、钼1.15～1.68%、铬0.9～1.22%、钨0.8～1.29%、镍0.18～0.32%、硼0.02～0.035%、钒≤0.2%、铼≤0.02%、钛≤0.5%和不可避免杂质,依照各类合金材料，依次加入熔炼炉内进行熔炼，熔炼温度为1580～1600℃，往熔炼炉内加入脱氧剂，在炉内金属液面上覆盖覆盖剂；得到锰钢合金坯料；
S2、将步骤S1中得到的锰钢合金坯料倒入连铸机内进行铸造操作，得到复合锰钢合金铸件；
S3、将步骤S2所得的复合锰钢合金铸件进行热处理工艺；以升温速度<80℃/h加热至350℃，以<100℃/h加热至750℃，快速加热升温至1200℃；保温0.5～1h；经过淬火处理之后，得到复合锰钢合金粗品；
S4、将步骤S3中所得复合锰钢合金粗品进行切割操作，得到复合锰钢合金粗品；
S5、将步骤S4所得切复合锰钢合金粗品通过精细轧制机进行进行轧制操作，通过磨平机磨平之后，得到复合锰钢合金成品；
S6、将步骤S5所得的复合锰钢合金成品，通过检验包装入库。
所述步骤S1中脱氧剂一定压到炉内深处，金属液面用覆盖剂盖严，隔断外界空气。
所述步骤S2中铸造温度为1000～1100℃，复合锰钢合金铸件在连铸机内长时间保温，直到温度低于150℃再出件。
所述步骤S4中复合锰钢合金粗品切割时，将铸件置于水中，被切割部分露在水外。
所述步骤S5中精细热轧温度为600℃～800℃，时间为0.5～1h。
实施例1：
S1、称取化学成分为铁72.5%、锰10.5%、碳0.88%、硅1.15%、镍3.15%、钼1.15%、铬1.22%、钨0.8%、镍0.32%、硼0.02%、钒≤0.2%、铼≤0.02%、钛≤0.5%和不可避免杂质,依照各类合金材料，依次加入熔炼炉内进行熔炼，熔炼温度为1580℃，往熔炼炉内加入脱氧剂，在炉内金属液面上覆盖覆盖剂；得到锰钢合金坯料；
S2、将步骤S1中得到的锰钢合金坯料倒入连铸机内进行铸造操作，得到复合锰钢合金铸件；
S3、将步骤S2所得的复合锰钢合金铸件进行热处理工艺；以升温速度<80℃/h加热至350℃，以<100℃/h加热至750℃，快速加热升温至1200℃；保温0.5～1h；经过淬火处理之后，得到复合锰钢合金粗品；
S4、将步骤S3中所得复合锰钢合金粗品进行切割操作，得到复合锰钢合金粗品；
S5、将步骤S4所得切复合锰钢合金粗品通过精细轧制机进行进行轧制操作，通过磨平机磨平之后，得到复合锰钢合金成品；
S6、将步骤S5所得的复合锰钢合金成品，通过检验包装入库。
所述步骤S1中脱氧剂一定压到炉内深处，金属液面用覆盖剂盖严，隔断外界空气。
所述步骤S2中铸造温度为1100℃，复合锰钢合金铸件在连铸机内长时间保温，直到温度低于150℃再出件。
所述步骤S4中复合锰钢合金粗品切割时，将铸件置于水中，被切割部分露在水外。
所述步骤S5中精细热轧温度为600℃，时间为0.5h。
实施例2：
S1、称取化学成分为铁72.5%、锰18.5%、碳0.88%、硅1.5%、镍4.68%、钼1.68%、铬1.22%、钨1.29%、镍0.32%、硼0.035%、钒≤0.2%、铼≤0.02%、钛≤0.5%和不可避免杂质,依照各类合金材料，依次加入熔炼炉内进行熔炼，熔炼温度为1600℃，往熔炼炉内加入脱氧剂，在炉内金属液面上覆盖覆盖剂；得到锰钢合金坯料；
S2、将步骤S1中得到的锰钢合金坯料倒入连铸机内进行铸造操作，得到复合锰钢合金铸件；
S3、将步骤S2所得的复合锰钢合金铸件进行热处理工艺；以升温速度<80℃/h加热至350℃，以<100℃/h加热至750℃，快速加热升温至1200℃；保温1h；经过淬火处理之后，得到复合锰钢合金粗品；
S4、将步骤S3中所得复合锰钢合金粗品进行切割操作，得到复合锰钢合金粗品；
S5、将步骤S4所得切复合锰钢合金粗品通过精细轧制机进行进行轧制操作，通过磨平机磨平之后，得到复合锰钢合金成品；
S6、将步骤S5所得的复合锰钢合金成品，通过检验包装入库。
所述步骤S1中脱氧剂一定压到炉内深处，金属液面用覆盖剂盖严，隔断外界空气。
所述步骤S2中铸造温度为1100℃，复合锰钢合金铸件在连铸机内长时间保温，直到温度低于150℃再出件。
所述步骤S4中复合锰钢合金粗品切割时，将铸件置于水中，被切割部分露在水外。
所述步骤S5中精细热轧温度为600℃，时间为0.5h。
实施例3：
S1、称取化学成分为铁60.5%、锰10.5%、碳1.5%、硅1.15%、镍3.15～4.68%、钼1.15%、铬0.9%、钨0.8%、镍0.19%、硼0.02%、钒0.2%、铼0.02%、钛0.5%和不可避免杂质,依照各类合金材料，依次加入熔炼炉内进行熔炼，熔炼温度为1580℃，往熔炼炉内加入脱氧剂，在炉内金属液面上覆盖覆盖剂；得到锰钢合金坯料；
S2、将步骤S1中得到的锰钢合金坯料倒入连铸机内进行铸造操作，得到复合锰钢合金铸件；
S3、将步骤S2所得的复合锰钢合金铸件进行热处理工艺；以升温速度<80℃/h加热至350℃，以<100℃/h加热至750℃，快速加热升温至1200℃；保温1h；经过淬火处理之后，得到复合锰钢合金粗品；
S4、将步骤S3中所得复合锰钢合金粗品进行切割操作，得到复合锰钢合金粗品；
S5、将步骤S4所得切复合锰钢合金粗品通过精细轧制机进行进行轧制操作，通过磨平机磨平之后，得到复合锰钢合金成品；
S6、将步骤S5所得的复合锰钢合金成品，通过检验包装入库。
所述步骤S1中脱氧剂一定压到炉内深处，金属液面用覆盖剂盖严，隔断外界空气。
所述步骤S2中铸造温度为1100℃，复合锰钢合金铸件在连铸机内长时间保温，直到温度低于150℃再出件。
所述步骤S4中复合锰钢合金粗品切割时，将铸件置于水中，被切割部分露在水外。
所述步骤S5中精细热轧温度为800℃，时间为1h。
本发明通过制备方法工艺制得的复合锰钢合金，为重工业提供使用的一种防磨钢材，应用领域包括采石、采矿、挖掘、煤炭工业、铸造和钢铁行业等；经防磨技术处理后，材料表面可达到500--550布氏硬度，继续保持内部柔韧度，表面摩擦力最小化，可用高锰钢或类似材料进行焊接，可被乙炔氧炬切割，无磁性等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种复合锰钢合金及其制备方法，其特征在于，包括由以下重量百分比的化学成分制备而成：
铁60.5～72.5%、锰10.5～18.5%、碳1.5～0.88%、硅1.15～1.5%、镍3.15～4.68%、钼1.15～1.68%、铬0.9～1.22%、钨0.8～1.29%、镍0.18～0.32%、硼0.02～0.035%、钒≤0.2%、铼≤0.02%、钛≤0.5%和不可避免杂质。
2.一种复合锰钢合金及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、称取化学成分为铁60.5～72.5%、锰10.5～18.5%、碳1.5～0.88%、硅1.15～1.5%、镍3.15～4.68%、钼1.15～1.68%、铬0.9～1.22%、钨0.8～1.29%、镍0.18～0.32%、硼0.02～0.035%、钒≤0.2%、铼≤0.02%、钛≤0.5%和不可避免杂质,依照各类合金材料，依次加入熔炼炉内进行熔炼，熔炼温度为1580～1600℃，往熔炼炉内加入脱氧剂，在炉内金属液面上覆盖覆盖剂；得到锰钢合金坯料；
S2、将步骤S1中得到的锰钢合金坯料倒入连铸机内进行铸造操作，得到复合锰钢合金铸件；
S3、将步骤S2所得的复合锰钢合金铸件进行热处理工艺；以升温速度<80℃/h加热至350℃，以<100℃/h加热至750℃，快速加热升温至1200℃；保温0.5～1h；经过淬火处理之后，得到复合锰钢合金粗品；
S4、将步骤S3中所得复合锰钢合金粗品进行切割操作，得到复合锰钢合金粗品；
S5、将步骤S4所得切复合锰钢合金粗品通过精细轧制机进行进行轧制操作，通过磨平机磨平之后，得到复合锰钢合金成品；
S6、将步骤S5所得的复合锰钢合金成品，通过检验包装入库。
3.根据权利要求2所述的一种复合锰钢合金及其制备方法，其特征在于，所述步骤S1中脱氧剂一定压到炉内深处，金属液面用覆盖剂盖严，隔断外界空气。
4.根据权利要求2所述的一种复合锰钢合金及其制备方法，其特征在于，所述步骤S2中铸造温度为1000～1100℃，复合锰钢合金铸件在连铸机内长时间保温，直到温度低于150℃再出件。
5.根据权利要求2所述的一种复合锰钢合金及其制备方法，其特征在于，所述步骤S4中复合锰钢合金粗品切割时，将铸件置于水中，被切割部分露在水外。
6.根据权利要求2所述的一种复合锰钢合金及其制备方法，其特征在于，所述步骤S5中精细热轧温度为600℃～800℃，时间为0.5～1h。
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