CN110923429B - 一种获得耐磨高锰钢粒状和细短棒状碳化物组织的方法和一种耐磨高锰钢 - Google Patents

一种获得耐磨高锰钢粒状和细短棒状碳化物组织的方法和一种耐磨高锰钢 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种获得耐磨高锰钢粒状和细短棒状碳化物组织的方法和一种耐磨高锰钢，涉及金属材料技术领域。本发明包括以下步骤：(1)将水韧处理后的耐磨高锰钢进行超高压热处理，所述超高压热处理的压力为4～6GPa，加热温度为550～650℃，保温保压时间为30～60min；然后停止加热，继续保压自然冷却至室温；(2)将经过步骤(1)处理的耐磨高锰钢进行常压热处理，所述常压热处理的加热温度为650～750℃，保温时间为120～150min；然后空冷至室温。本发明提供的方法能保证耐磨高锰钢组织内出现大量且分布均匀的粒状和细短棒状碳化物，降低耐磨高锰钢的加工硬化效果，改善其塑性及切削加工性。

Description

一种获得耐磨高锰钢粒状和细短棒状碳化物组织的方法和一 种耐磨高锰钢
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种获得耐磨高锰钢粒状和细短棒状碳化物组织的方法和一种耐磨高锰钢。
背景技术
耐磨高锰钢作为一种常用的耐磨材料，尤其在高冲击负荷和硬磨料下表现出优异的耐磨性能，因而被广泛应用于冶金、矿山、建材、铁路、农机及军工等各个部门。
由于耐磨高锰钢在高速冲压和切削力下极易加工硬化，使其加工成型困难。目前应用的耐磨高锰钢部件绝大多数是铸件，为了进一步扩大其应用范围，有必要改善耐磨高锰钢的组织结构，使其加工硬化效果减弱，以便于加工成型。
众所周知，钢铁材料经球化退火可使其基体上获得大量的球状或短棒状碳化物，可改善其塑性加工性。由此可见，若能使耐磨高锰钢基体上析出大量球状或短棒状合金碳化物，势必削弱其加工硬化效果，对其加工成型具有一定的实际意义。有关耐磨高锰钢析出碳化物的研究已有报道，但目前所采用的工艺方法(水韧处理后的高锰钢再经时效处理，温度在500℃～600℃，保温1～2h))均使得耐磨高锰钢析出的碳化物呈大针状、片状或连续的网状，造成高锰钢脆性增大。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种获得耐磨高锰钢粒状和细短棒状碳化物组织的方法和一种耐磨高锰钢。本发明提供的方法能保证耐磨高锰钢组织内出现大量且分布均匀的粒状和细短棒状碳化物，降低耐磨高锰钢的加工硬化效果，改善其塑性及切削加工性。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种获得耐磨高锰钢粒状和细短棒状碳化物组织的方法，包括以下步骤：
(1)将水韧处理后的耐磨高锰钢进行超高压热处理，所述超高压热处理的压力为4～6GPa，加热温度为550～650℃，保温保压时间为30～60min；然后停止加热，继续保压自然冷却至室温；
(2)将经过步骤(1)处理的耐磨高锰钢进行常压热处理，所述常压热处理的加热温度为650～750℃，保温时间为120～150min；然后空冷至室温，获得组织内弥散分布粒状和细短棒状碳化物的耐磨高锰钢。
优选地，所述耐磨高锰钢包括以下质量百分含量的成分：
C 0.90～1.30％，Mn 11.00～13.00％，Cr 1.50～2.00％，Si 0.30～0.60％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe。
优选地，所述步骤(1)中超高压热处理的压力为4.5～5.5GPa。
优选地，所述步骤(1)中超高压热处理的加热温度为580～620℃。
优选地，所述步骤(1)中超高压热处理的保温保压时间为35～50min。
优选地，所述步骤(1)的超高压热处理在六面顶压机上进行。
优选地，所述步骤(2)中常压热处理的加热温度为680～720℃。
优选地，所述步骤(2)中常压热处理的保温时间为135～145min。
优选地，所述步骤(2)的常压热处理在箱式电阻炉内进行。
本发明提供了一种获得耐磨高锰钢粒状和细短棒状碳化物组织的方法，包括以下步骤：(1)将水韧处理后的耐磨高锰钢进行超高压热处理，所述超高压热处理的压力为4～6GPa，加热温度为550～650℃，保温保压时间为30～60min；然后停止加热，继续保压自然冷却至室温；(2)将经过步骤(1)处理的耐磨高锰钢进行常压热处理，所述常压热处理的加热温度为650～750℃，保温时间为120～150min；然后空冷至室温。本发明将水韧处理后的耐磨高锰钢进行超高压热处理，超高压力能造成高锰钢内部位错密度增大，这为第二相的析出提供更多的部位，同时超高压力也能使析出相所需的临界自由能减小，因而导致超高压热处理后高锰钢晶粒内析出大量的弥散分布的碳化物，这些析出的碳化物在随后的常压热处理过程中进一步球化，最终形成尺寸细小、分布均匀且数量较多的粒状和短棒状碳化物。
本发明提供的方法能保证耐磨高锰钢组织内出现大量且分布均匀的粒状和细短棒状碳化物，避免形成尺寸较大的针状和网状碳化物，从而降低耐磨高锰钢的加工硬化效果，改善其塑性及切削加工性。并且，本发明提供的方法工艺易控制、质量稳定。
本发明还提供了以上方案所述方法得到的组织内弥散分布粒状和细短棒状碳化物的耐磨高锰钢，所述耐磨高锰钢组织中粒状碳化物的平均粒径为0.50～0.51μm，细短棒状碳化物的长度为0.45～2.57μm、宽度为0.31～0.45μm、宽度与长度之比为0.18～0.69。本发明提供的耐磨高锰钢具有良好的塑性及切削加工性。
附图说明
图1为经过实施例1处理后的耐磨高锰钢的扫描电镜组织图。
具体实施方式
本发明提供了一种获得耐磨高锰钢粒状和细短棒状碳化物组织的方法，包括以下步骤：
(1)将水韧处理后的耐磨高锰钢进行超高压热处理，所述超高压热处理的压力为4～6GPa，加热温度为550～650℃，保温保压时间为30～60min；然后停止加热，继续保压自然冷却至室温；
(2)将经过步骤(1)处理的耐磨高锰钢进行常压热处理，所述常压热处理的加热温度为650～750℃，保温时间为120～150min；然后空冷至室温，获得组织内弥散分布粒状和细短棒状碳化物的耐磨高锰钢。
本发明将水韧处理后的耐磨高锰钢进行超高压热处理。在本发明中，所述耐磨高锰钢优选包括以下质量百分含量的成分：C 0.90～1.30％，Mn 11.00～13.00％，Cr 1.50～2.00％，Si 0.30～0.60％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe。本发明对所述耐磨高锰钢的来源没有特别的要求，采用本领域熟知来源的耐磨高锰钢即可。
本发明对所述水韧处理的方法及条件没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的方法及条件即可，具体地在本发明的实施例中可以为：将铸态高锰钢加热至1050℃，保温1h后，快速在水中冷却。在本发明中，所述水韧处理的作用主要是使铸态高锰钢组织中沿奥氏体晶界析出碳化物固溶到奥氏体中，从而提高钢的韧性。
在本发明中，所述超高压热处理的压力为4～6GPa，优选为4.5～5.5GPa，更优选为5GPa；加热温度为550～650℃，优选为580～620℃，更优选为600℃；保温保压时间为30～60min，优选为35～50min，更优选为40min。在本发明中，所述超高压热处理优选在六面顶压机上进行；本发明对所述六面顶压机没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的六面顶压机即可，在本发明具体实施例中，采用的是CS-ΙΙB型六面顶压机。
达到所述保温保压时间后，停止加热，继续保压自然冷却至室温；在本发明实施例中，停止加热即将所述六面顶压机断电，将经过保温保压处理的耐磨高锰钢在保压条件下自然冷却至室温。本发明将水韧处理后的耐磨高锰钢进行超高压热处理，超高压力能造成高锰钢内部位错密度增大，这为第二相的析出提供更多的部位，同时超高压力也能使析出相所需的临界自由能减小，因而导致超高压热处理后高锰钢晶粒内析出大量的弥散分布的碳化物。
所述超高压热处理后，本发明将超高压热处理后的耐磨高锰钢进行常压热处理。在本发明中，所述常压热处理的加热温度为650～750℃，优选为700℃；保温时间为120～150min，优选为140min。在本发明中，所述常压热处理优选在箱式电阻炉内进行；本发明对所述箱式电阻炉没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的箱式电阻炉即可，在本发明具体实施例中，采用的是KLX-12D型箱式电阻炉。
达到所述常压保温时间后，本发明将得到的耐磨高锰钢空冷至室温，即将经过所述常压保温处理的耐磨高锰钢出炉后空冷至室温。本发明通过所述常压热处理能够使在超高压热处理过程析出的碳化物进一步球化，最终形成尺寸细小、分布均匀且数量较多的粒状和短棒状碳化物。
本发明提供的方法能保证耐磨高锰钢组织内出现大量且分布均匀的粒状和细短棒状碳化物，避免形成尺寸较大的针状和网状碳化物，从而降低耐磨高锰钢的加工硬化效果，改善其塑性及切削加工性。并且，本发明提供的方法工艺易控制、质量稳定。
本发明还提供了以上方案所述方法得到的组织内弥散分布粒状和细短棒状碳化物的耐磨高锰钢，所述耐磨高锰钢组织中粒状碳化物的平均粒径为0.50～0.51μm，细短棒状碳化物的长度为0.45～2.57μm、宽度为0.31～0.45μm、宽度与长度之比为0.18～0.69。本发明提供的耐磨高锰钢具有良好的塑性及切削加工性。
下面结合实施例对本发明提供的获得耐磨高锰钢粒状和细短棒状碳化物组织的方法和一种耐磨高锰钢进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
实验材料为水韧处理后的耐磨高锰钢，其化学成分(质量分数wt％)为C 1.28％，Mn 12.47％，Cr 1.56％，S i0.58％，P 0.039％，S 0.047％。
将上述尺寸为Φ8×10mm的耐磨高锰钢试样在CS-ΙΙB型六面顶压机上进行超高压热处理，采用压力为6GPa，加热温度为550℃，保温时间为60min，然后断电保压冷却至室温；随后再将超高压热处理后的样品在KLX-12D型箱式电阻炉重新加热至650℃，保温150min后，出炉空冷至室温。
经过实施例1处理后的耐磨高锰钢的扫描电镜组织图如图1所示；经过实施例1处理后的耐磨高锰钢组织中碳化物的测试结果见表1。
实施例2
实验材料为水韧处理后的耐磨高锰钢，其化学成分(质量分数wt％)为C 1.05％，Mn 11.86％，Cr 1.95％，Si 0.42％，P 0.041％，S 0.033％。
将上述尺寸为Φ8×10mm的耐磨高锰钢试样在CS-ΙΙB型六面顶压机上进行超高压热处理，采用压力为4GPa，加热温度为650℃，保温时间为30min，然后断电保压冷却至室温；随后再将超高压热处理后的样品在KLX-12D型箱式电阻炉重新加热至750℃，保温120min后，出炉空冷至室温。
经过实施例2处理后的耐磨高锰钢的扫描电镜组织图与图1相似；经过实施例2处理后的耐磨高锰钢组织中碳化物的测试结果见表1。
实施例3
实验材料为水韧处理后的耐磨高锰钢，其化学成分(质量分数wt％)为C 1.05％，Mn 11.86％，Cr 1.95％，Si 0.42％，P 0.041％，S 0.033％。
将上述尺寸为Φ8×10mm的耐磨高锰钢试样在CS-ΙΙB型六面顶压机上进行超高压热处理，采用压力为5GPa，加热温度为600℃，保温时间为40min，然后断电保压冷却至室温；随后再将超高压热处理后的样品在KLX-12D型箱式电阻炉重新加热700℃，保温140min后，出炉空冷至室温。
经过实施例3处理后的耐磨高锰钢的扫描电镜组织图与图1相似；经过实施例3处理后的耐磨高锰钢组织中碳化物的测试结果见表1。
表1耐磨高锰钢组织中碳化物测试结果
Figure BDA0002315176340000061
由表1和图1可见，经实施例1～3处理后，耐磨高锰钢的硬度分别为33HRC、31HRC和33HRC，在耐磨高锰钢组织内出现大量且分布均匀的颗粒状和细短棒状碳化物，其中颗粒状碳化物平均粒径为0.50～0.51μm；棒状碳化物长度和宽度的尺寸分别为0.45～2.57μm和0.31～0.45μm。可断定经本发明处理后的耐磨高锰钢加工硬化效果降低，有利于塑性及切削加工。
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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种获得耐磨高锰钢粒状和细短棒状碳化物组织的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将水韧处理后的耐磨高锰钢进行超高压热处理，所述超高压热处理的压力为4～6GPa，加热温度为550～650℃，保温保压时间为30～60min；然后停止加热，继续保压自然冷却至室温；所述耐磨高锰钢包括以下质量百分含量的成分：
C 0.90～1.30％，Mn 11.00～13.00％，Cr 1.50～2.00％，Si 0.30～0.60％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；
(2)将经过步骤(1)处理的耐磨高锰钢进行常压热处理，所述常压热处理的加热温度为650～750℃，保温时间为120～150min；然后空冷至室温，获得组织内弥散分布粒状和细短棒状碳化物的耐磨高锰钢。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中超高压热处理的压力为4.5～5.5GPa。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中超高压热处理的加热温度为580～620℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中超高压热处理的保温保压时间为35～50min。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)的超高压热处理在六面顶压机上进行。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中常压热处理的加热温度为680～720℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中常压热处理的保温时间为135～145min。
8.根据权利要求1、6或7所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)的常压热处理在箱式电阻炉内进行。
9.权利要求1～8任意一项所述方法得到的组织内弥散分布粒状和细短棒状碳化物的耐磨高锰钢，其特征在于，所述耐磨高锰钢组织中粒状碳化物的平均粒径为0.50～0.51μm，细短棒状碳化物的长度为0.45～2.57μm、宽度为0.31～0.45μm、宽度与长度之比为0.18～0.69。
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