耐磨鋼制造技術

本發明專利技術公開了一種新的耐磨鋼，其化學成分為Ｃ１. ００～１. ２０％，Ｍｎ７. ００～８. ００％，Ｃｒ２. ００～３. ００％，Ｓｉ０. ５０～１. ００％，Ｎ０. １０～０. １５％，Ｐ≤０. ０９％，Ｓ≤０. ０５％。用這種鋼制成的工件具有良好的強度、塑性和沖擊韌性，在中、低沖擊負荷的工況條件下，具有良好的加工硬化性能，耐磨性能超過用傳統的Ｍｎ１３制作的工件。這種鋼的冶煉、鑄造和熱處理工藝簡單，而且合金元素含量低，成本也較低，有很好的工業應用前景和經濟價值。（*該技術在2013年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種耐磨鋼，尤其是含氮的錳系耐磨鋼。冶金礦山、建材、火電等許多工業生產部門中有大量原材料需經球磨機進行粉磨。球磨機襯板是消耗量很大的易損件，每年消耗幾十萬噸。通常球磨機襯板采用Mn13鋼制造。Mn13鋼是一個傳統的應用廣泛的耐磨鋼，這種鋼的錳含量高，其化學成分為C0.90～1.50%，Mn11.0～14.0%，Si0.30～1.0%，P≤0.09%，S≤0.05%。此種鋼鑄造以后經水韌處理后使用，要求其組織為單一奧氏體。在強沖擊載荷作用下，Mn13鋼工件表面發生冷態下塑性變形，鋼中位錯密度大量增加，出現位錯塞積和纏結，并有形變孿晶出現。由于這些原因造成材料的加工硬化。奧氏體的初始硬度為HB190～230，加工硬化層硬度可達到HB500～800，硬化層厚度可達幾毫米到十幾毫米。這些特性使Mn13鋼工件在破碎機、挖掘機和粉磨硬物料的大型球磨機上是很適用的。但是在中、低沖擊的工況條件下，由于沖擊載荷小，工件表面材料的加工硬化程度低，表面硬度常低于HB300～350，硬化層也很淺，耐磨性顯得嚴重不足。而且Mn13鋼由于鋼中錳、碳含量高，奧氏體穩定性高，形變時很難出現ε’馬氏體(即形變誘發的密排六方馬氏體)，更難或根本不出現α’馬氏體(即形變誘發的體心正方馬氏體)，即馬氏體的形成在加工硬化過程中只占有很小的比重，這大大降低了加工硬化的速度，硬度提高的程度也低。為此工業界針對中小沖擊負荷條件進行了提高耐磨性，開發新材料的研究。實驗證明，降低奧氏體錳鋼中的錳、碳含量，降低奧氏體的穩定性，形變時可以促進馬氏體的轉變，增加鋼的強化能力，使鋼除了由于位錯和形變孿晶的作用之外，由于相變的結果提高了加工硬化速度和明顯提高硬度。因此出現了一些較低錳碳含量的鋼種，如美國的Mn8Mo、低碳Mn13Mo等鋼種。但是含鉬的鋼種成本很高，而且耐磨性并沒有大幅度的提高，不能大量推廣使用。蘇聯專利SU1650756公開了一種耐磨鋼，其主要成分為C0.6～0.8%，Mn0.7～1.7%，Cr1.3～1.6%，V1.1～1.5%，Nb0.6～0.9%，Co0.3～0.7%，在鋼中使用了較鉬更貴的釩、鈮、鈷等合金元素且含量較高，成本很高，且非奧氏體組織，不能保證工件的沖擊韌性。中國專利87100948公開了一種用于制造研磨、破碎設備易磨損件的低錳耐磨鋼，其主要化學成分為C0.37～0.52%，Mn0.9～2.0%，Si0.17～0.37%。這類中碳低合金鋼是馬氏體型鋼，韌性差，抗沖擊載荷能力低，且熱處理工藝復雜，容易出現裂紋。本專利技術目的就是要提供一種加工硬化性能好，既耐磨又有較高的沖擊韌性和強度，而且生產工藝簡單成本低的新鋼種。為了實現上述目的，提出了一種耐磨鋼的專利技術，這種鋼的主要特征是含C1.00～1.20%，Mn7.00～8.00%，Cr2.00～3.00%，Si0.50～1.00%，N0.10～0.15%，P≤0.09%，S≤0.05%。根據對Mn13鋼襯板的失效分析結果，要求新材料必須是奧氏體鋼，應有好的塑性、韌性及較高的強度、較高的初始硬度及好的加工硬化能力，而且生產成本不應增加。所以本專利技術采用中等含量的錳，用鉻和氮作為強化和提高加工硬化能力和耐磨性的合金元素。各成分含量的確定是基于以下考慮。碳在錳鋼中是促進奧氏體組織形成的元素，碳的固溶強化作用使鋼的強度和初始硬度提高，從而提高鋼的耐磨性。但碳含量超過1.20%以后會降低鋼的韌性，另一方面高含量的碳使奧氏體穩定性增加并且提高奧氏體的層錯能，對鋼的加工硬化性能不利。高的碳含量也使水韌處理時得到單相奧氏體組織變得困難，高碳含量使ε’馬氏體難以形成，α’馬氏體更難形成。這些均不利于提高耐磨性。因此碳含量不能太高，以1.00～1.20%為宜。錳是穩定奧氏體的元素，降低錳含量有利于α’馬氏體的形成，對加工硬化，提高硬度和耐磨性均有利。但錳不可降得過低，否則鋼的強度和塑、韌性降低過多。由于氮在錳中溶解度較在鐵中高，為充分利用氮的作用，錳含量也不可過低。綜合考慮各種因素的影響，確定錳含量為7.00～8.00%。本專利技術中氮是合金元素，其含量雖少但作用很重要。氮的主要作用是細化晶粒、固溶強化、提高強度和沖擊韌性。氮有利于層錯、形變孿晶、α’馬氏體和ε’馬氏體的形成，從而提高加工硬化能力和耐磨性。根據實驗，氮的含量在0.10～0.15%范圍內是合適的。鉻是奧氏體錳鋼中最常用的合金元素，鉻經過固溶處理后固溶于奧氏體中，增加鋼的強度。鋼中加入少量鉻可以彌補由于錳含量降低引起的強度性能的下降，使鋼的強度保持在較高的水平。此外鉻降低層錯能，有利于層錯、形變孿晶、α’馬氏體和ε’馬氏體的形成，有利于提高加工硬化能力和耐磨性。本專利技術中鉻含量為2.00～3.00%。本專利技術中其它成分均控制在常規范圍內。如硅為0.50～1.00%，有害成分P≤0.09%、S≤0.05%。本專利技術耐磨鋼的冶煉、澆注與常規的Mn13相同，但由于本專利技術中鋼的錳含量較Mn13明顯降低且含有鉻，鑄態下組織中容易形成較多的碳化物。因此固溶處理(即水韌處理)的溫度要適當提高，其下限溫度不低于1100℃，以1100～1130℃為宜，較Mn13鋼的處理溫度提高20～30℃。由于本專利技術耐磨鋼的冶煉、鑄造、熱處理工藝簡單，且本專利技術耐磨鋼的合金元素含量低，因此成本低(原材料中的鉻鐵為高碳鉻鐵，其價格和錳鐵基本一樣)，可以廣泛地應用于中低沖擊磨損負荷工況條件的易耗件的生產，有良好的工業應用前景和高的經濟價值。根據試驗結果，本專利技術耐磨鋼的最佳成分范圍為C1.10～1.20%、Mn7.50～8.00%、Cr2.00～2.50%、Si0.50～0.70%、N0.10～0.12%、P≤0.08%、S≤0.04%。生產上述成分的耐磨鋼可在最常用的堿性電弧爐或感應電爐中冶煉。鋼水用鋁進行終脫氧，鋁的加入量為鋼水重量的0.10～0.15%。鑄件經水韌處理后使用。經測試，本專利技術耐磨鋼的機械性能如下σ0.2(MPa) σb(MPa) δ(%) ak(J/cm2)450～460 600～700 13～16 100～110可見新材料的σ0.2超過Mn13的水平(300MPa)，σb相當于Mn13的水平(650MPa)，沖擊韌性和塑性指標也都很高，能滿足工業應用的需要。特別是新材料在中、低沖擊磨料磨損工況條件下加工硬化性能很好，加工硬化速度快、硬化程度高，工作表面硬度可達到HV1070，大大超過相同條件下Mn13的耐磨性，在模擬球磨機的沖擊磨料磨損條件下，其磨損失重為0.38395g，而Mn13的磨損失重為0.67266g，耐磨性提高了75%。權利要求1.一種耐磨鋼，其特征于含有C 1.00～1.20%，Mn 7.00～8.00%，Cr 2.00～3.00%，Si 0.50～1.00%，N 0.10～0.15%，P≤0.09%， S≤0.50。2.如權利要求1所述的耐磨鋼。其特征在于各組分的最佳范圍為C1.10～1.20%，Mn7.50～8.00%，Cr2.00～2.50%，Si0.50～0.70%，N0.10～0.12%，P≤0.08%，S≤0.04%。全文摘要本專利技術公開了一種新的耐磨鋼，其化學成分為C1.00～1.20％，Mn7.00本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種耐磨鋼，其特征于含有Ｃ １. ００～１. ２０％，Ｍｎ ７. ００～８. ００％，Ｃｒ ２. ００～３. ００％，Ｓｉ ０. ５０～１. ００％，Ｎ ０. １０～０. １５％，Ｐ≤０. ０９％， Ｓ≤０. ５０。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳希杰，張釗，陳韶春，
申請(專利權)人：武漢鋼鐵集團公司，北京科技大學，
類型：發明
國別省市：83[中國|武漢]