CN108149152A - 一种重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料及制备方法 - Google Patents

一种重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料及制备方法。其重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料，按质量百分比计，包含如下化学成分：C：0.8~1.4%，Mn：22~30%，Si：0.5~1.0%，Cr：1.5~2.2%，Mo：0.2~0.8%，V：0.2~0.5%，Ti：0.05‑0.1%，W：0.01~0.05%，N：0.01~0.1%，P≤0.05%，S≤0.05%，稀土Y≤0.05%，余量为Fe。本发明提供的重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料具有良好的屈服强度、韧性和耐磨性，耐磨材料的屈服强度到550MPa以上，抗拉强度高于1100MPa以上。

Description

一种重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料及制备方法
技术领域
本发明涉及耐磨材料技术领域，尤其涉及一种重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料及制备方法。
背景技术
传统的高锰钢材料主要有ZGMn13系列和ZGMn17、18系列，但其屈服强度低，工作时受到冲击载荷作用时容易发生塑性流变，材料耐磨性略显不足。随着工作环境越来越恶劣，普通的高锰钢逐渐不能满足现阶段对其高性能的要求。高锰钢只有在受到足够高的冲击载荷作用下，才可以发生加工硬化作用，变形机制以滑移为主，衬板表面发生较大塑性流变，不利于拆装。
因此，提供一种具有良好较高屈服强度和韧性的耐磨材料成为耐磨材料技术领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料，其解决了高锰钢材料屈服强度低、韧性和耐磨性不足的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料，按质量百分比计，包含如下化学成分：
C：0.8~1.4%，Mn：22~30%，Si：0.5~1.0%，Cr：1.5~2.2%，Mo：0.2~0.8%，V：0.2~0.5%，Ti：0.05-0.1%， W：0.01~0.05%，N：0.01~0.1%，P≤0.05%，S≤0.05%，稀土Y≤0.05%，余量为Fe。
本发明的重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料中Mn含量高于传统高锰钢ZGMn18，Mn含量要求22~30%，通过添加Ti、V、W和N元素，细化晶粒同时在低温回火中析出第二相粒子，同时利用重稀土元素Y进行变质处理，通过细晶强化和析出强化提高材料的强度和耐磨性能。
其中，按质量百分比计，包含如下成分：
C：0.9~1.2%，Mn：27~30%，Si：0.6~0.9%，Cr：1.6~2.1%，Mo：0.5~0.7%，V：0.2~0.5%，Ti：0.06-0.1%，W：0.02~0.05%，N：0.02~0.09%，P≤0.04%，S≤0.04%，稀土Y≤0.05%，余量为Fe。
一种上述重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照化学成分的配比配置合金原料，除稀土钇外，将所述合金原料投入到中频感应熔炼炉进行熔炼，制得钢水；
（2）向中间包倾倒所述钢水过程中喂入稀土钇充分反应，静置后进行扒渣、铸造成型并外加冷铁，制得铸件；
（3）将所述铸件重新加热，保温，水韧处理，回火，对所述铸件表面进行高速喷丸处理形成孪晶，制得重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料。
本发明中通过重稀土元素钇（Y）的氧化物冶金原理，对熔体进行净化处理和夹杂物改性，提高Mn含量降低合金的层错能，同时利用低温回火时V、Ti、W等析出强化，形成的硬质纳米级粒子以及表面形变孪晶，提高超高锰钢力学性能，制备具有较高屈服强度、韧性的重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料。
其中，步骤（1）中，所述合金原料包括硅铁、锰铁和剩下元素的原料。
其中，步骤（1）中，所述熔炼的温度为1400~1500℃，如1400℃、1420℃、1450℃、1460℃、1480℃或1500℃等，优选1450~1480℃。
其中，步骤（2）中，所述喂入的速度为3.2~4m/min，优选3.3~3.6m/min。
其中，步骤（2）中，所述静置的时间为4~6min，优选4.5~5.2min。
其中，步骤（2）中，所述铸造成型的温度为1330~1380℃，如1330℃、1340℃、1350℃、1360℃、1370℃或1380℃等，优选1350~1360℃。
其中，步骤（3）中，所述重新加热的温度为1000~1100℃，如1000℃、1020℃、1040℃、1060℃、1080℃或1100℃等，优选1030~1080℃。
其中，步骤（3）中，所述保温的时间为4~6h，优选4.6~5.2h；
优选地，所述回火的温度为200~400℃，如220℃、250℃、280℃、320℃、350℃或360℃等，优选290~300℃。
本发明的有益效果：本发明耐磨材料中Mn含量高于传统高锰钢ZGMn18，Mn含量要求22~30%，通过添加Ti、V、W和N元素，细化晶粒同时在低温回火中析出第二相粒子，同时利用重稀土元素Y进行变质处理，通过细晶强化和析出强化提高材料的强度和耐磨性能。本发明提供的重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料具有良好的屈服强度、韧性和耐磨性，耐磨材料的屈服强度到550MPa以上，抗拉强度高于1100MPa以上。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例提供的重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料，按质量百分比计，包含如下化学成分：
C：0.85%，Mn：23.8%，Si：0.5%，Cr：2.0%，Mo：0.51%，V：0.25%，Ti：0.05%，W：0.02%，N：0.05%，P≤0.05%，S≤0.04%，稀土Y≤0.05%，余量为Fe。
上述重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将硅铁、锰铁、稀土钇和其他合金元素，按照化学成分的配比配置合金原料，将除稀土钇外的合金原料投入到中频感应熔炼炉在1420℃下进行熔炼形成熔体；
（2）向中间包倾倒钢水过程中按照喂丝速度3.2m/min喂入稀土钇，使熔体与稀土钇充分反应，静置4min后进行扒渣、在1330℃下铸造成型并外加冷铁充分细化初始奥氏体晶粒，在温度低于200℃下，制得铸件；
（3）将铸件重新加热至1020℃保证初始碳化物基本回溶进奥氏体基体保温4h，水韧处理，250℃回火处理后，对铸件表面进行高速喷丸处理，在高速冲击载荷作用下具有低层错能的奥氏体在表面形成孪晶，制得重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料。
实施例2
本实施例提供的重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料，按质量百分比计，包含如下化学成分：
C：1.19%，Mn：26.8%，Si：0.6%，Cr：1.9%，Mo：0.61%，V：0.35%，Ti：0.06%，W：0.03%，N：0.05%，P≤0.04%，S≤0.04%，稀土Y≤0.018%，余量为Fe。
上述重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将硅铁、锰铁、稀土钇和其他合金元素，按照化学成分的配比配置合金原料，将除稀土钇外的合金原料投入到中频感应熔炼炉进行熔炼形成熔体；
（2）向中间包倾倒钢水过程中按照喂丝速度3.5m/min喂入稀土钇，使熔体与稀土钇充分反应，静置4.5min后进行扒渣、在1350℃下铸造成型并外加冷铁充分细化初始奥氏体晶粒，在温度低于320℃下，制得铸件；
（3）将铸件重新加热至1030℃保证初始碳化物基本回溶进奥氏体基体保温4.6h，水韧处理，290℃回火处理后，对铸件表面进行高速喷丸处理，在高速冲击载荷作用下具有低层错能的奥氏体在表面形成孪晶，制得重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料。
经过测试，实施例1中的重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料的抗拉强度为1176MPa，屈服强度大于582MPa，同时也具备良好的耐磨性。实施例2中重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料的抗拉强度为1185MPa，屈服强度大于594MPa，同时也具备良好的耐磨性。
本发明耐磨材料中Mn含量高于传统高锰钢ZGMn18，Mn含量要求22~30%，通过添加Ti、V、W和N元素，细化晶粒同时在低温回火中析出第二相粒子，同时利用重稀土元素Y进行变质处理，通过细晶强化和析出强化提高材料的强度和耐磨性能。本发明提供的重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料具有良好的屈服强度、韧性和耐磨性，耐磨材料的屈服强度到550MPa以上，抗拉强度高于1100MPa以上。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料，其特征在于，按质量百分比计，包含如下化学成分：
C：0.8~1.4%，Mn：22~30%，Si：0.5~1.0%，Cr：1.5~2.2%，Mo：0.2~0.8%，V：0.2~0.5%，Ti：0.05-0.1%，W：0.01~0.05%，N：0.01~0.1%，P≤0.05%，S≤0.05%，稀土Y≤0.05%，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料，其特征在于，按质量百分比计，包含如下成分：
C：0.9~1.2%，Mn：26~30%，Si：0.6~0.9%，Cr：1.6~1.9%，Mo：0.5~0.7%，V：0.3~0.5%，Ti：0.06-0.1%，W：0.03~0.05%，N：0.02~0.05%，P≤0.04%，S≤0.04%，稀土Y≤0.05%，余量为Fe。
3.一种权利要求1或2所述重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按照化学成分的配比配置合金原料，除稀土钇外，将所述合金原料投入到中频感应熔炼炉进行熔炼，制得钢水；
（2）向中间包倾倒所述钢水过程中喂入稀土钇充分反应，静置后进行扒渣、铸造成型并外加冷铁，制得铸件；
（3）将所述铸件重新加热，保温，水韧处理，回火，对所述铸件表面进行高速喷丸处理形成孪晶，制得重稀土钇改性与孪晶强化的耐磨材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述合金原料包括硅铁、锰铁和剩下元素的原料。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述熔炼的温度为1400~1500℃，优选1450~1480℃。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述喂入的速度为3.2~4m/min，优选3.3~3.6m/min。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述静置的时间为4~6min，优选4.5~5.2min。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述铸造成型的温度为1330~1380℃，优选1350~1360℃。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述重新加热的温度为1000~1100℃，优选1030~1080℃。
10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述保温的时间为4~6h，优选4.6~5.2h；
优选地，所述回火的温度为200~400℃，优选290~300℃。
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