[发明专利]基于TWIP效应和纳米析出强化的耐磨高锰钢、制备方法及用途

说明书

本发明公开了基于TWIP效应和纳米析出强化的耐磨高锰钢，所述耐磨高锰钢中含有的化学元素成分及质量百分比如下：C：1.2％～1.6％；Mn：18％～26％，Mo：1.0％～2.0％，V：0.3％～1.2％，Nb：0.04％～0.08％，Si：0.3％～0.5％，P：≤0.003％，S：≤0.005％，其余为Fe和其它不可避免的杂质,耐磨高锰钢的微观组织为奥氏体。本发明通过将层错能控制在20～40mJ/m²的范围内来使衬板在生产使用过程中发生TWIP效应，产生孪晶，提高耐磨性能，能避免TRIP效应的产生，不会产生形变马氏体，由此避免衬板表面变形报废，达到延长使用寿命，降低矿山生产成本的目的。

技术领域

本发明属于高锰钢制备技术领域，具体涉及基于TWIP效应和纳米析出强化的耐磨高锰钢及其制备方法。

背景技术

奥氏体锰钢在耐磨配件中占主导地位，其原因是奥氏体锰钢具有优异的冲击韧性和优良的加工硬化性能，在不导致断裂失效的前提下，表面受冲击而产生加工硬化，获得表面硬而心部韧的性能特点，因此大型粉碎设备一般多采用超高锰钢，作为抗冲击磨损的耐磨配件。

然而传统高锰钢由于原始硬度较低，其依赖于马氏体转变提高高锰钢的表面硬度，提高耐磨性，将存在以下问题：(1)屈服强度一般在340MPa左右，无法满足工程构件在高应力下的性能要求，将发生严重的塑性变形，在服役过程前期导致失效，影响使用寿命；(2)材料表面撞击后会发生TRIP效应，在耐磨件工作面产生形变马氏体，使工作面上产生体积膨胀，在工件不同区域产生应力差，使工件因应力产生变形；3)高锰钢在水韧处理后为奥氏体组织，初始硬度较低(HB180～220)，抵抗磨料磨损的能力不强，在高硬度磨料和冲击应力较小的工况下使用时，无法充分发挥其磨料磨损的耐磨性。

发明内容

本发明的目的是提供一种不发生马氏体转变的基于TWIP效应和纳米析出强化的耐磨高锰钢，以克服上述技术问题。

基于TWIP效应和纳米析出强化的耐磨高锰钢，按重量％计，包含碳(C)：1.2～1.6％，锰(Mn)：16～26％，铌(Nb)：0.04～0.08％，硅(Si)：0.3％～0.5％，磷(P)：0.003％以下且不包含0％，硫(S)：0.005％以下且不包含0％，剩余量的Fe和其它不可避免的杂质，耐磨高锰钢的微观组织为奥氏体，由下述关系式表示的层错能为25-40mJ/m²，

关系式：

SFE(mJ/m²)＝4.356+0.075*Mn²-2.090*Mn-5.532*c²+48.976*c-40.111*Si，其中Mn、C、Si是指各成分含量的重量百分比。

进一步地，按重量％计，包含碳(C)：1.4～1.5％，锰(Mn)：16～18％，铌(Nb)：0.04～0.06％，硅(Si)：0.4％～0.5％，磷(P)：0.0025％以下且不包含0％，硫(S)：0.004％以下且不包含0％，剩余量的Fe和其它不可避免的杂质，耐磨高锰钢的微观组织为奥氏体，由下述关系式表示的层错能为31-33mJ/m²，

关系式：

SFE(mJ/m²)＝4.356+0.075*Mn²-2.090*Mn-5.532*c²+48.976*c-40.111*Si，其中Mn、C、Si是指各成分含量的重量百分比。

进一步地，按重量％计，包含碳(C)：1.5％，锰(Mn)：18％，铌(Nb)：0.04％，硅(Si)：0.5％，磷(P)：0.0025％以下且不包含0％，硫(S)：0.004％以下且不包含0％，剩余量的Fe和其它不可避免的杂质，耐磨高锰钢的微观组织为奥氏体，由下述关系式表示的层错能为32mJ/m²，

关系式：