[发明专利]一种提高合金化高锰钢铸件性能的方法

说明书

本发明公开一种提高合金化高锰钢铸件性能的方法，属于高锰钢铸件热处理工艺技术领域。本发明所述方法为采用Ti‑V‑Nb合金化并结合新的热处理工艺，使高锰钢中析出纳米级和微米级的双尺度沉淀相；所述热处理工艺包括分段加热保温：将合金化超高锰铸件加热至450±20℃，进行保温，然后加热至650±20℃，进行保温，随后升温至850±20℃，进行保温；淬火：将分段加热保温处理之后的高锰钢加热至1070±10℃，保温结束后进行水淬；本发明通过合理的成分设计，结合新的热处理工艺，来调控钢中的微观组织和双尺度沉淀相的析出，最终获得的高锰钢工件具有较高的屈服强度和表面硬度，同时保证了足够的冲击韧性。

技术领域

本发明涉及一种提高合金化高锰钢铸件性能的方法，属于高锰钢铸件热处理工艺技术领域。

背景技术

半自磨机是目前广泛应用于采矿行业的大型研磨设备。而其中磨机的衬板在磨矿过程由于受到高冲击磨损的作用导致其成为了磨损最快的部件。近年来，磨机衬板材料大多使用ZGMn13Cr2制造，因为在受到剧烈冲击时具有良好的韧性和较强的加工硬化能力。但是，随着半自磨机产量的增加，传统的高锰钢衬板已无法满足恶劣工况的要求。颚式破碎机广泛应用于多种行业中矿石与大块物料的破碎，而在使用过程中颚碎机的颚板直接与物料接触，承受巨大的破碎力和高冲击磨损作用，是颚碎机中比较容易损坏的配件。因此，破碎板的使用寿命直接关系到鄂式破碎机的工作效率和生产成本。目前颚碎机颚板多采用锰钢进行制造由于其优异的加工硬化能力。然而随着矿山设备的大型化，对破碎机也提出了更高的要求，传统锰钢颚板已无法满足高效率的破碎生产工作。轧臼壁是圆锥破碎机的重要配件，主要采用高锰钢材料制造，轧臼壁耐受高冲击能力的强弱直接决定了圆锥破碎机的生产效率，因此想要提高圆锥破碎机的生产效率就必须改进高锰钢轧臼壁的综合力学性能。目前中国每年由于磨损失效而损耗的耐磨材料超过300万吨，针对高冲击工况下的锰钢系耐磨材料具有很大的市场需求。因此为满足生产需求，高锰钢系耐磨材料需要更高的屈服强度和表面硬度，同时为防止开裂需要保证足够的冲击韧性。初始硬度和屈服强度不足会导致高锰钢材料在使用初期未产生足够加工硬化之前发生严重变形，导致耐磨性下降，增加材料损耗。

为了改善超高锰钢铸件性能，中国发明专利CN102230054公开了一种超高锰钢热处理工艺，其特征在于，具体步骤包括：采用常温入炉，升温速度小于等于100℃/h，加热至650℃保温2小时，然后升至1180℃保温，保温结束后立即水淬40分钟后出水。该铸钢中整体性能较为稳定，改善了铸件的韧性，但铸件的晶粒尺寸较为粗大，且未进行合金化处理，钢中不含合金元素的碳氮化物，屈服强度和硬度提升有限。中国发明专利CN103725856公开了一种铸造合金高锰钢材料热处理工艺，其特征在于，具体步骤包括：采用二段固溶水韧处理，其中：使工件从室温升温至1050℃，保温40~45分钟，继续升温，在1100℃保温40~45分钟，然后快速水冷，最终获得的组织具有较高的耐磨性和心部强韧性。但由于获得的组织中基本不含合金元素沉淀物，因此其表面硬度和初始屈服强度提升有限，在未产生足够加工硬化前，硬度和强度有所不足。中国发明专利CN106282744公开了一种球磨机高锰钢衬板的水韧处理工艺，其特征在于，具体步骤包括：将高锰钢铸件随炉一起加热至1040℃~1110℃下保温3~4小时后，快速出炉入水淬火，获得的高锰钢组织中基本消除了大尺寸的碳化物，韧性塑性良好，但奥氏体晶粒尺寸粗大，屈服强度和硬度提升不足。

因此，针对现有高锰钢热处理技术的不足，需要设计配套的合金化高锰钢热处理工艺，生产综合性能优异的高锰钢耐磨材料，以满足大型研磨和破碎设备日益恶劣的生产工况。

发明内容

为了提高高锰钢材料的耐磨性，降低材料损耗，本发明的目的在于提供一种提高合金化高锰钢铸件性能的方法，采用Ti-V-Nb合金化并结合新的热处理工艺，使高锰钢中析出纳米级和微米级的双尺度沉淀相；所述热处理工艺包括以下步骤：