[发明专利]奥氏体锰钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐磨奥氏体锰钢的铸造工艺技术领域，适用于生产在高冲击-磨料磨损条件下使用的耐磨铸件，具体涉及一种奥氏体锰钢及其制备方法。

背景技术

奥氏体锰钢的铸态组织为奥氏体+碳化物，水韧处理后为单一奥氏体组织，具有优良的力学性能。在高冲击-磨料磨损条件下，锰钢表面迅速生成10～20mm硬化层，表面硬度由HBS200急剧增加至HBS500～800，耐磨性能显著提高，而铸件内部未受到加工硬化，仍保持原有的高塑性和高韧性，在表层硬化层被磨耗的同时外部冲击载荷又使硬化层连续不断地向锰钢的内部发展，这种铸件具有高硬度和内部具有高韧性相结合的特性是其它耐磨钢铁材料无法比拟的，已广泛应用于在高冲击-磨料磨损条件下使用的耐磨件，如圆锥破碎机、大型锤式破碎机、大型球磨机、大型挖掘机、铁道转撤器和坦克等设备的耐磨件。

但是高锰钢材质具有以下特点：（1）高锰钢线收缩值为2.4%～3.5%,是碳钢线收缩值的2倍以上，铸件在凝固收缩过程中收缩受阻时就会产生很大的内应力；（2）高锰钢的导热系数小，为碳钢的1/4～1/6。铸件在冷却或加热过程中，不同部位温差很大，会在铸件内部产生热应力；(3)在结晶的过程中，高锰钢容易形成粗粒晶及柱状晶，在晶界上存在的脆性碳化物及非金属夹杂物使铸件变脆。以上特点致使高锰钢铸件在生产过程中经常出现裂纹缺陷，造成铸件报废。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种生产过程不易出现裂纹缺陷，铸件报废率低，可应用在高冲击-磨料磨损条件下的耐磨铸件上，具有高强度，同时又具有高韧性的奥氏体锰钢。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种奥氏体锰钢，该奥氏体锰钢化学成分及重量百分比为：碳0.9～1.5%，硅0.3～0.8%，锰16～19%，磷≤0.05%，硫≤0.04%，铬0.40～0.80%，铌0.05～0.10%，钛0.05～0.10%，钒0.05～0.10%，Re 0.04～0.10%，余量为铁和其它总和≤0.20%的不可避免的杂质。

作为优选，上述的奥氏体锰钢，该奥氏体锰钢化学成分及重量百分比为：碳1.05～1.35%，硅0.3～0.6%，锰16～19%，磷≤0.05%，硫≤0.03%，铬0.40～0.80%，铌0.05～0.10%，钛0.05～0.10%，钒0.05～0.10%，Re 0.04～0.10%，余量为铁和其它总和≤0.20%的不可避免的杂质。

本发明还提供一种上述奥氏体锰钢的制备方法，制备步骤包括：

（1）采用碱性中频感应电炉熔炼，按照如下成分：碳1.05～1.35%，硅0.3～0.8%，锰16～19%，磷≤0.05%，硫≤0.04%，铬0.40～0.80%，铌0.05～0.10%，钛0.05～0.10%，钒0.05～0.10%，Re 0.04～0.10%，余量为铁和其它总和≤0.20%的不可避免的杂质，将作为原料的废钢和其他合金配料成分称量好；先将废钢进行熔化、增碳；

（2）将步骤（1）废钢熔化后所得的废钢钢液采用在钢水中加入纯铝进行初脱氧，纯铝加入量为钢液总重量的（所谓钢液总重量是指所要炼制的所有原料得到的钢液的总重量）0.04-0.05%；然后再加入其它合金配料与废钢钢液进行混合熔炼，在出钢前加入纯铝进行终脱氧，终脱氧的纯铝加入量为钢液总重量的0.10%；此外在废钢熔化后直至浇注结束的整个过程中，采用除渣剂和硅钙粉混合的形式对钢水进行扩散脱氧，以提高钢水的精炼程度；

（3）采用冲入法对步骤（2）熔炼所得的钢水进行球化变质处理，变质剂为0.2～0.4%的稀土硅钙球化变质剂和0.2～0.5%的硅钙粉；

（4）钢水出钢温度为1540～1560℃，浇注温度控制在1380～1450℃，待铸件在砂型中自然冷却到200℃以下后从砂型清出；

（5）将步骤（4）从砂型清出的铸件进行水韧处理，具体处理过程为：（1）铸件以75-80℃/h的升温速率从室温升到600-650℃并保温1.5-2小时；（2）铸件以90-100℃/h的升温速率升到1000-1050℃并保温1.5-2小时；（3）铸件5-10分钟升到950-1080℃并保温1.5-2小时；（4）然后将铸件置于有水的水槽中进行淬火处理，保证淬火过程中所用水槽中的水温≤40℃；即得到奥氏体锰钢。