[发明专利]一种高锰钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高锰钢及其制备方法。

背景技术

高锰钢已有一百多年的发展历史，因其具有高的韧性、塑性，从而具有高的使用安全性，已形成Mn13、Mn18、Mn25等常用高锰钢材料系列，广泛应用于锤头、板锤、衬板鄂板和圆锤等构件。由于高锰钢本身特性，熔炼过程中含氧量高易产生氧化物夹杂；同时晶粒粗大，韧性低，屈服强度低，初始硬度低。在强冲击磨料磨损工况中，与物料冲击的瞬间温度超过1000℃要求其具有强韧性及高硬度。

CN103789656A公开了一种含钨-铬-钒高锰耐磨钢及其制备方法以废钢、高锰废料、增碳剂、锰铁、氮化锰铁、钨铁、铬铁、钒铁和金属铝为原料，熔炼钢水，将含稀土、钛、铌、硼、钾、镁等微合金元素的合金线插入钢包内的钢水中，将处理后的钢水浇入铸型，即可得到所述高锰耐磨钢。本耐磨钢中的钒主要以固溶形式存在，对细化高锰钢有限。钨形成WC呈多角形态，降低高锰钢韧性，对耐磨性不利。

CN102605268A公开了一种超高锰钢及其制备方法。其成分与质量百分比C：1.0~1.1%、Mn：16~20%、Si：0.4~1.2%、Cr：1.0~3.0%、Mo：0.2~1.0%、B：0.003~0.005%、Ti：0.1~0.2%、P≤0.04%、S≤0.04%，余量为Fe。对三次热处理保温，铸件表面经水韧处理后，表面会出现龟裂纹，在使用过程中，表面龟裂纹向铸件内部扩展而强韧性低。

CN102888564A公开了一种超高锰钢及其制备方法。该专利铸件水韧处理后再进行250~350℃时效处理，在时效处理时会出现Cr的碳化物增大脆性，在冲击工况下易剥落而耐磨性低。

CN102978529A公开了一种高锰钢，成分及质量百分比C：0.7~1.1%、

Si：0.2~0.5%、Mn：12~16%、Cr：1.2~2.5%、P≤0.03%、S≤0.03%，余量为Fe。该高锰钢Si下限在0.2%，硅含量低，会造成钢水中氧含量高而出现大量夹杂物，强韧性、耐磨性低。

发明内容

本发明的目的是提出一种强韧性和耐磨性好的高锰钢。

本发明的另一个目的是提出一种所述高锰钢的制备方法。

本发明所述高锰钢的成分及质量百分含量为C：0.9~1.6%、Mn：12~26%、Cr：1.5~2.5%、Ti：2.0~2.5%、W：4.0~5.0%、P≤0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质。

优选的高锰钢的质量百分含量为Mn：12~14%。

优选的高锰钢的质量百分含量为Mn：16~18%。

优选的高锰钢的质量百分含量为Mn：20~23%。

高锰钢制备方法由以下步骤组成：

1）根据成分要求，将碳粉、电解锰粉、高碳锰铁粉和高碳铬铁粉均匀混合成含钨-钛高锰钢合金粉，用冷等静压法，在压力120~180MPa下保温20~40分钟制备高锰钢胚体；

2）高锰钢胚体在1300~1400℃，真空度1~10Pa下烧结，冷却获得所述高锰钢。

本发明加入Ti在高锰钢凝固过程中优先形成TiC作为高锰钢结晶核心而细化晶粒。TiC还可作为W的碳化物结晶核心形成(Ti、W)C，消除W的碳化物多角状形态，TiC、(Ti、W)C作为硬质点弥散分布高锰钢基体中，提高耐磨性。高锰钢在强冲击磨料磨损工况中与物料的冲击磨损瞬间温度超过1000℃而出现耐磨性大幅降低，加W固溶于基体中，可提高高锰钢高温强度，弥补由于高锰钢在使用过程中瞬间温度高而引起的耐磨性下降。

热处理温度1080~1100℃，并采用适宜的保温时间，有利于成分均匀，并消除铸态Cr和Mn的碳化物。在10%的NaOH溶液中淬火，且溶液温度不高于40℃，防止高锰钢水韧处理过程中二次碳化物析出，有利于提高高锰钢韧性。

通过采取细晶化、均匀化、熔体洁净化处理，及基体中获得高硬度硬质点碳化物，高锰钢强韧耐磨性大幅提高。

具体实施方式

实施例1

高锰钢的成分及质量百分含量：C：1.3%、Mn：13.5%、Cr：1.8%、Si：0.65%、Ti：2.2%、W：4.4%、Al：0.035%、P≤0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质。

根据成分要求，将碳粉、电解锰粉、高碳锰铁粉和高碳铬铁粉均匀混制高锰钢合金粉，用冷等静压法制备高锰钢胚体，压力130MPa下保持20~40分钟，胚体在真空烧结炉烧结，烧结温度1350℃，真空度9Pa，冷却后即获得本发明的高锰钢。