專利名稱：含錳鎢鋁亞穩奧氏體耐磨鑄鋼的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種含錳鎢鋁亞穩奧氏體耐磨鑄鋼，它是利用W和Al對 傳統的中錳奧氏體耐磨鑄鋼進行再合金化處理，從而使奧氏體錳鋼的耐磨 性能得到明顯的提高。
背景技術：
經典的奧氏體高錳鋼含 1.1。ZC， 13%Mn，由Steve Hadfield于100 多年前推出，其大不列顛專利號No.200， 1892年開始用于鑄件。由于奧氏 體高錳鋼具有高韌性的同時具有優異的加工硬化能力，使它在受沖擊磨損 工作條件下表現出優異的耐磨性能，因此，它被廣泛的應用于制作冶金、 礦山、建材、煤炭、鐵路、軍工和機械等行業使用的耐磨鑄鋼件。 一百多 年來，人們為了進一步提高它的耐磨性能，對奧氏體高錳鋼進行了大量的 理論研究和生產實踐，從而派生出大量的再合金化奧氏體錳鋼。1998年俄 羅斯學者沃洛寧柯比較全面的總結了作為耐磨材料的奧氏體錳鋼的研究成 果，他把再合金化奧氏體錳鋼分為三元系、無Cr四元系、含Cr四元系、 無Cr五元系、含Cr五元系、無Cr六元系、含Cr六元系、無Cr七元素、 含Cr七元素以及更復雜的合金系等10個系列，共列舉了近70種成分奧氏 體錳鋼研究成果，其中所涉及的再合金化元素是Cr、 V、 Ti、 Nb、 Ni、 N、 Al、 Si、 B、 Zr、 Mo、 Cu和稀土等，可以說使用了所有的常用的合金化元 素。然而使用W再合金化的研究成果報道很少，目前僅發現FeMnCuNiWC 合金(前蘇聯專利A.C1659519 )和含鎢高錳鋼(中國專利ZL 200510041992.3)。2007年11月2日英國《Science》雜志報道了一項最新研究發現大原 子直徑原子是提高材料耐磨性最好的合金化元素。到目前為止鋼鐵材料常 用的合金化元素中，原子直徑最大的合金化原子就是鴇，因此，鴇將是作 為提高材料耐磨性能的最佳合金化元素。另外，研究表明W對鋼的奧氏體 和貝氏體相變都有很大的影響，并且可顯著阻礙奧氏體晶界碳化物的析出， 其作用類似于Mo，從降低鋼的回火脆性和阻礙珠光體轉變角度講，公認的觀點是W的作用相當于Mo的一半。然而世界上Mo資源日趨匱乏，尤其 是近年來，西方發達國家利用含Mo的肥料種植食用牛吃的草，使Mo資源 更加緊張。因此，目前大量的研究集中在利用W代替Mo。我國是世界上 W資源富饒的國家之一，因此研究含W鋼具有實際意義。然而，時至今曰， W作為合金化元素在鋼中使用的相對較少，含W的鋼中也屈指可數，比如， 高速鋼類等。普通奧氏體錳鋼由于從高溫緩慢冷卻過程中會在奧氏體晶界上析出大 量的碳化物，致使其韌性很低，所以鑄造狀態普通高錳鋼根本沒有辦法使 用，必須經過固溶處理后才能使用。如果加入某種合金元素，可有效的改 變碳化物在奧氏體晶界上的分布，使鑄造狀態錳鋼的奧氏體晶界上沒有碳 化物析出，那么將使鑄造狀態奧氏體錳鋼直接使用成為可能。1978年美國 密歇根Mo公司的Amson和Borik首先報道了這方面的研究成果，他們分 別在ZGMn6、 ZGMn8和ZGMnl2中加入1 %的Mo，使鑄態錳鋼中奧氏體 晶界上的碳化物基本消失，從而獲得了鑄態下使用的ZGMn6Mo1、 ZGMn8Mol和ZGMnl2Mol鋼?？s短了鋼的制作周期、降低了鋼的生產成 本、提高了鋼的使用效率。Al和W都是阻礙碳化物形成元素，尤其是A1 能推遲碳化物的形成，所以在奧氏體錳鋼中加入A1和W，同樣可以獲得無 碳化物鑄態組織奧氏體錳鋼。發明內容本發明在系統研究了不同成分W ( 2%)對Mn含量從5X到10%的 奧氏體錳鋼鑄造組織和拉伸、沖擊等常規力學性能以及耐磨性能的影響， 提供一種含錳鎢鋁亞穩奧氏體耐磨鑄鋼，所述耐磨鑄鋼具有優異的加工硬 化能力和良好的耐磨性能，并且其厚度較小的鑄件可以在鑄造狀態下使用。本發明所采用的技術方案是所述含錳鉤鋁亞穩奧氏體耐磨鑄鋼的化 學成分為wt%: C 1.0 1.3%， Mn6.0 10.0%， W0.5 2.0%， Al 0.3 1.0o/o， Si<0.8%， S<0.05%, P<0.05%，其余為Fe;含錳鎢鋁亞穩奧氏體耐磨鑄鋼 的冶煉制造工藝為電爐冶煉，其冶煉出鋼溫度為1550 1650°C，澆注溫 度為1450—1500'C;在冶煉時，合金元素由先到后的加入順序為鴇鐵、 錳鐵、鋁，然后澆注成所需要的產品。鋁在鋼中的作用是阻礙鋼在鑄造凝固過程中碳化物沿奧氏體晶界的析出行為，為厚度尺寸較小的鑄件在鑄造 狀態不經過熱處理直接使用提供保證。對于厚度較小的耐磨鑄鋼件，可以 鑄造后不經過熱處理直接使用；對于厚度較大的耐磨鑄鋼件，需經熱處理 后使用，其熱處理工藝是1000 110(TC保溫后水淬。這種耐磨鑄鋼具有優 異的加工硬化能力，在使用過程中，鑄件表層發生應變誘發馬氏體相變， 使其表層硬度達到HRC50 65，因此它具有優異的耐磨性能，通常使用條 件下其耐磨性能比普通ZGMnl3鋼提高0.5 2倍。本發明的有益效果是本發明利用W和Al對奧氏體錳鋼進行再合金 化處理，提高了奧氏體錳鋼的強度和加工硬化能力，而且較大幅度的提高 了奧氏體錳鋼的耐磨性能。同時縮短了鋼的生產周期，避免了厚度小的鑄 件由固溶處理造成的鑄件的變形，從而降低了鋼的生產成本。
具體實施方式
實施例1利用本發明技術生產港口輸送煤炭系統的耐磨襯板，該襯板的具體化 學成分(wt。/o)是C 1.32， Mn 6.8， W 1.6， Al 0.65， Si 0.51， S 0.032， P 0.025， 其余為Fe。由于這類襯板的厚度僅僅為15mm，高溫淬火(固溶處理)很 容易產生翹曲變形，因此，這些襯板都是鑄態直接使用。該鋼的常規力學 性能為抗拉強度530MPa，沖擊性能23J/cm2。它具有良好的耐磨性能， 實際過煤量為2.5億噸以上，比ZGMnl3鋼襯板耐磨性提高1倍左右。實施例2利用本發明技術生產建材行業使用的耐磨襯板，該襯板的具體化學成 分(wt%)是:C1.12, Mn8.8， W 1.5， Al 0.34， Si0.62， S 0.033， P 0.018，其余為Fe。由于這類襯板的厚度為40mm，將襯板加熱到108(TC保溫4小 時，然后水淬。該鋼的常規力學性能為抗拉強度793MPa，沖擊性能 108J/cm2。它具有良好的耐磨性能，比ZGMnl3鋼襯板耐磨性提高1.3倍。 含錳鎢鋁亞穩奧氏體耐磨鑄鋼適合于制作冶金、礦山、建材和煤炭等 行業的耐磨零部件，如襯板、齒板和錘頭等。
權利要求
1. 一種含錳鎢鋁亞穩奧氏體耐磨鑄鋼，其特征是所述耐磨鑄鋼的化學成分為wt％C 1.0～1.3％，Mn 6.0～10.0％，W 0.5～2.0％，Al 0.3～1.0％，Si＜0.8％，S＜0.05％，P＜0.05％，其余為Fe；所述耐磨鑄鋼具有優異的加工硬化能力，使用過程中，鑄件表層發生應變誘發馬氏體相變，使其表層硬度達到HRC50～65，在通常使用條件下其耐磨性能比普通ZGMn13鋼提高0.5～2倍。
全文摘要
本發明公開一種含錳鎢鋁亞穩奧氏體耐磨鑄鋼，其化學成分為wt％C1.0～1.3％，Mn 6.0～10.0％，W 0.5～2.0％，Al 0.3～1.0％，Si＜0.8％，S＜0.05％，P＜0.05％，其余為Fe。所述耐磨鑄鋼的冶煉工藝為電爐冶煉，其冶煉出鋼溫度為1550～1650℃，澆注溫度為1450-1500℃；冶煉時，合金元素由先到后的加入順序為鎢鐵、錳鐵、鋁，然后澆注成所需要的產品。這種耐磨鑄鋼具有優異的加工硬化能力，在使用中，鑄件表層發生應變誘發馬氏體相變，使其表層硬度達到HRC50～65，在通常使用條件下其耐磨性能比普通ZGMn13鋼提高0.5～2倍。它適合于制造冶金、礦山、建材和煤炭等行業的耐磨零部件，如襯板、齒板和錘頭等。
文檔編號C21C5/52GK101270458SQ200810054918
公開日2008年9月24日 申請日期2008年4月30日 優先權日2008年4月30日
發明者博 呂, 明 張, 張福成, 王天生 申請人:燕山大學