专利名称：一种中锰奥氏体耐磨铸钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于物料研磨破碎设备的耐磨材料，尤其是适于生产抗冲击磨损件的中锰奥氏体耐磨铸钢。
长期以来，人们把高锰奥氏体铸钢作为主要的耐磨材料，由于高锰钢在非强烈冲击工况下的加工硬化性能和耐磨性欠佳，从而使其应用范围不断缩小，已逐步被其它耐磨材料所代替。
本发明的目的就是要提供一种适于生产抗冲击磨损件的中锰奥氏体耐磨铸钢，它成本低，耐磨性能好。
本发明所述的这种中锰奥氏体耐磨铸钢，其化学成份如下(重量百分比)C0.75～1.0Mn7～8.5Si0.4～0.7Cr1.2～1.5Re0.02～0.04P≤0.06S≤0.04Mo0.9～1.2其余为Fe1.碳[C]碳是奥氏体锰钢的主要元素之一。碳能稳定合金中的奥氏体，在快速冷却时使奥氏体保留到室温，而呈单相奥氏体组织。随着碳含量的增加，碳的固溶强化作用增加，提高了奥氏体锰钢的强度、硬度和耐磨性。对于非强冲击磨料磨损工况下，少量残余碳化物对抵抗磨损有利。因此，本发明将碳控制在0.75～1.0％。
2.锰[Mn]锰是奥氏体锰钢的主要成分，它扩大合金的相区稳定奥氏体组织，并降低Ms点，使奥氏体组织能保持到室温，锰除固溶于奥氏体外，另一部分存在于(Fe、Mn)3C型碳化物中，提高强度和冲击韧性，这和锰增加晶间结合力有关。
高锰钢水韧处理后获得稳定的奥氏体组织，其Ms、Md点温度均在-196℃以下，即使冷到-196℃或在-196℃下形变，均无d马氏体产生，其硬化方式是依靠堆垛层错和固溶元素的交互作用，硬化程度有限，耐磨性欠佳。
本发明将锰含量控制在7-8.5％，使Ms点接近室温，而Md点高于室温。经水韧处理后得到不稳定的奥氏体，在压缩形变或多冲磨损后诱发产生大量马氏体。实际表明，科学地进行中锰钢的锰碳含量配比，是发挥中锰钢耐磨性潜力的关键。
3.硅[Si]硅主要是作为脱氧剂带入，它有强化固溶体的作用，使屈服强度提高，但它封闭7相区，并促进石墨化当硅≥0.6％时，不仅易使奥氏体锰钢产生粗晶，而且降低碳在奥氏体中的溶解度，促使碳化物沿晶界析出，降低钢的韧性及耐磨性，增加钢的热裂倾向，因此硅往往被控制在0.3～0.6％，但要求钢水有较好的流动性时，硅量可稍许有增加，同时使晶界状况改善。因此，本发明将Si控制在0.4～0.7％。
4.铬[Cr]铬在奥氏体钢水韧处理后大部分都流入奥氏体中使其稳定性提高，同时又促使碳化物在冷却时加快析出，因而铬不仅可使钢的屈服强度提高，也可使延伸率和冲击韧性下降。因此，本发明将铬控制在1.2～1.5％。
5.稀土元素[Re]它有净化钢水作用，使夹杂物数量减少，尺寸减少一半。它还减少奥氏体锰钢铸态组织中碳化物数量，使晶界碳化物成为不连续的团块状，并使针状碳化物明显减少。它的碳化物溶点高可使铸态组织细化和减少柱状晶。
稀土元素还改善中锰钢工艺性能，提高钢水流动性，减少钢件热裂和冷裂倾向，提高钢的加工硬化能力。但稀上用量必须控制，否则会造成相反效果。因此，本发明将稀上控制在0.02～0.04％。
6.硫[S]奥氏体锰钢中由于有锰的存在，可生成MnS，并进入溶渣，因此生产中S一般能达到小于0.02％，完全可以达到标准。本发明将硫控制在≤0.04％。
7.磷[P]磷在奥氏体中溶解度很小，主要是与铁、锰形成共晶磷化物，并在晶界析出，它易引起铸件热裂，降低机械性能，损害耐磨性，严重时可在工件中断裂。
磷还能促进碳、锰元素的偏析，因而必须尽量降低含量。本发明将磷控制在P≤0.06％。
8.钼[Mo]钼和铁结合力较强，钼原子直径较大，扩散速度小，因此在加钼铸态中锰钢中，碳化物析出量减少，奥氏体晶界上不再呈网状，钼使钢中针状碳化物析出减慢，析出温度下移，这些有利作用提高了中锰钢铸态的强度与塑性，也恰好弥补了铬元素的不足之处。
水韧处理后，钼固溶于奥氏体中，推迟奥氏体分解，还可以用沉淀强化处理方法，在奥氏体中析出弥散的碳化物，能提高中锰钢的耐磨性。
本发明所述的一种中锰奥氏体耐磨铸钢，通过降低锰、碳含量，经水韧处理后是单相不稳定的奥氏体组织，在压缩或冲击磨损条件下塑性变形诱发大量形变α马氏体，从而迅速加工硬化，由于形变α马氏体强化远高于高锰钢的层错强化，所以中锰钢的耐磨性远高于高锰钢。另外在高锰钢基础上，约减少50％锰，添加少量合金元素，即构成中锰钢，降低了成本，且冶炼铸造和热处理等生产条件与高锰钢基本相同，不需要添置新的生产设备，因此用中锰钢代替高锰钢生产抗冲击磨损件是较为经济的。
本发明所述的中锰奥氏体耐磨铸钢经水韧处理后，得到奥氏体+少量碳化物组织，其机械性能为HB230～258，αk＝30～40J/cm2，σb＝60kgf/mm2，δ＝8％，σs＝45kgf/mm2。
虽然本发明所述的中锰钢强度，塑性和韧性均低于高锰钢，但高锰钢韧性有余耐磨性不足。特别是在多冲磨损作用下，中锰钢表面层始终维持1～1.5mm层厚的形变α马氏体(显微硬度≥Hm800)，相当于高碳马氏体钢，心部仍是韧性的奥氏体钢。可见奥氏体中锰钢是具有足够韧性，高耐磨性的较理想耐磨材料。
实施例1Φ2.4×13湿式球磨机衬板要求采用电弧炉冶炼。
化学成分按下列配比(重量百分比)加入钢水中C0.8％Mn7.5％Si0.55％Cr1.28％
Re0.03％P≤0.06％S≤O.04％扒氧化渣条件C≥0.20％，P≤0.015％，溶池钢水温度≥1550℃分批加人Fe-Mn，加强搅拌氧化期脱碳量≥0.15％C初期氧化碳的速度≥0.6％C/小时纯沸腾时间≥5分钟加铝量1.0kg/吨钢水ZGMn7Cr2Re出钢温度1470～1500℃浇注温度1440℃热处理规范250℃入炉保温2小时后，加热到650℃(控制升温速度10O℃/小时)，650℃保温4小时，加热到1050℃(控制升温速度100℃/小时)，1050℃保温5小时，出炉淬水至室温。要求水循环，铸件重量∶冷却水量＝1∶10。
金相组织A＋Kc机械陸能HB250，αk＝40J/cm2，σb＝58kgf/mm2，δ＝7.5％，σs＝46kgf/mm2。
实际使用寿命为高锰钢的1倍。
实施例2某铝厂Φ3.2米湿式球磨机衬板，碾磨对象经过熔烧的铝 土(M＝8-9)，PH＞7，材质选择ZGMnδMoRe应为单相组织化学成分按下列配比(重量百分比)加入钢水中，C0.91％Mn8.3％Si0.75％Mo1.1％Re0.05％ P、S≤0.06％ T熔＝1435℃熔炼采用与实例1相同的方法。
浇注温度1330℃～1360℃热处理规范如下250℃入炉保温2小时后，升温速度保持100℃/小时，至650℃保温2小时，以100℃/小时升温速度，升至980℃(±10℃)保温3小时，淬水至室温。要求铸件重量冷却水量＝1∶10。
机械性能HB230，αk＝41J/cm2，σ0.2＝33kgf/mm2δ5＝11.5，σb＝43kg/mm2。
金相组织为单一奥氏体。
其实际使用寿命达到高锰钢的1.5倍。
权利要求
1.一种中锰奥氏体耐磨铸钢，其特征在于其材质化学成份及含量如下(重量百分比％)C0.75～1.0Mn7～8.5Si0.4～0.7Cr1.2～1.5Re0.02～0.04P≤0.06S≤0.04Mo0.9～1.2其余为Fe。
2.一种中锰奥氏体耐磨铸钢的制备方法，其特征在于(1)采用电弧炉冶炼，脱碳量为0.15％，扒氧化渣条件C≥020％P≤0.015％(2)出钢温度1470～1500℃。
全文摘要
本发明涉及一种适于生产抗冲击磨损件的中锰奥氏体耐磨铸钢，其化学成分及其含量如下C0.75～1.0，Mn7～8.5，Si0.4～0.7；Cr1.2～1.5，Re0.02～0.04，P≤0.06，S≤0.04，Mo0.9～1.2，Fe在多冲磨损作用下，钢表面层维持1～1.5mm厚的形变α马氏体，心部仍是韧性的奥氏体钢，具有足够的韧性和耐磨性，与高锰钢相比，在冶炼、铸造和热处理等生产条件不变的情况下，性能好，成本低。
文档编号C22C38/38GK1150980SQ95118510
公开日1997年6月4日 申请日期1995年11月17日 优先权日1995年11月17日
发明者王宇辉 申请人:王宇辉