[发明专利]中硅抗磨锰钢

说明书

本发明属于新型抗磨材料-中硅锰系抗磨铸钢。

在冶金矿山、机械、建材、电力等领域中，广泛采用高锰钢作为抗磨材料。而在非强烈冲击工况条件下，高锰钢加工硬化不足，抗磨性能低，钢耗量很大。以新型抗磨材料取代高锰钢，从而降低材料磨耗势在必行。

用含大量碳化物奥氏体锰钢代替高锰钢是抗冲击磨损材料的发展方向，而其中碳化物团球化是技术关键。美国研究的Mn12Mo2含团球状碳化物奥氏体铸钢，尽管其韧性和抗磨性有所提高，但因其成本高，影响了材料的实际使用。与本发明最接近的现有技术是中国专利CN1036230A含团球状碳化物锰钢，该发明分别采用钙硅合金、镁稀土合金和钆基重稀土硅铁合金作变质剂，对普通锰系耐磨铸钢（含硅量＜0.8）进行变质处理，不经热处理即可获得团球状弥散分布的碳化物组织，使铸钢的冲击韧性提高，或韧性不提高而硬度显著提高，从而使耐磨性提高。但是其达到一定硬度条件下韧性仍较低，使其应用范围受到很大限制。

本发明的目的在于从一种新型成分的钢种，通过复合变质处理的方法得到奥氏体基体上均匀分布着大量团球状碳化物的铸态组织，使其铸态或通过简单的热处理即可获得在各种冲击磨料磨损工况条件下使用的性能。

本发明的内容;本发明对中硅锰钢进行复合变质处理，中硅抗磨锰钢成分（重量%）为：碳0.9-1.8，锰6-14，硅1.55-5，磷0.2-0.1，硫0.01-0.1，铜0-1.8。余为Fe，本发明以硅钙、硅钡、1＃稀土、钠盐、硅铁、铝的混合合金作为复合变质剂。

经复合变质处理的中硅锰钢的化学成分（重量%）为：碳0.9-1.8，锰6-14，硅1.55-5，铜0-1.8;钙0.05-0.5，钡0.03-0.3，钠0.02-0.3，稀土0.01-0.5，铝0.08-0.8，磷0.02-0.1，硫0.01-0.1，余为Fe。

本发明中硅抗磨锰钢可在850-950℃进行水韧处理，得到较好的韧性与硬度匹配。冲击韧性为20-100J/cm²（无缺口10×10×55mm），硬度HRC31-40。铸态下可得到冲击韧性15-50J/cm²，硬度HRC25-35的优良性能。

中硅抗磨锰钢中硅及复合变质剂的作用;

硅的作用在于强化奥氏体基体，增加碳的活度，使碳化物易于析出。

复合变质剂加入钢液后造成微区成分及温度起伏。在成分过冷区内，复合变质剂中非碳化物形成元素，使碳活度增加，易于析出，而其中碳化物形成元素则与碳形成碳化物质点，并且变质剂中部分非碳化物形成元素偏聚在碳化物周围抑制碳化物异向生长，从而使碳化物生长成团球状。无数的成分过冷区造成大量的团球状碳化物生成，从而使钢得到含团球状碳化物组织。

本发明的优点是：中硅抗磨锰钢组织是由大量团球状碳化物与强韧奥氏体基体组成，具有较高的韧性与硬度，可在高、中、低不同冲击磨料磨损工况条件下使用。抗磨性能在不同工况条件下比高锰钢提高30%-100%，具有生产成本低，处理方法简单，热处理温度低（或不热处理使用）等优点。比“不热处理团球化碳化物耐磨锰钢”团球化组织更好，而且由于硅的含量高，使奥氏体强化，使本发明硬度明显增加，高于上述锰钢而耐磨性大幅度提高，本发明韧性可根据使用条件选择（当选择不同成分、变质的成分和加入量以及热处理温度）可得到不同的韧性。当选择高韧性的条件下比上述发明在高冲击磨料磨损领域有着明显的优越性，从而扩大了这方面的应用。

附图说明：

图1是普通中硅抗磨锰钢铸态金相组织    100倍

组织为：奥氏体+针片状碳化物+屈氏体。

图2是经变质处理中硅抗磨锰钢铸态组织    100倍

组织为：奥氏体+团球状碳化物。

图3是变质处理中硅抗磨锰钢经900℃水韧处理后金相组织100倍。

组织为：奥氏体+团球状碳化物。

实施例：

1.炉料：炼钢生铁、废钢（45＃、A₃钢板角料）、高碳锰铁、紫铜线、75硅铁。

2.变质剂：不同比例的硅钙合金、1＃稀土、硅钡合金、钠盐、铝屑混合。

3.熔炼：采用10公斤碱性中频感应电炉，生铁、废钢熔清后加入锰铁、硅铁。当温度达到1550℃以上加铜插铝出钢，将变质剂放入包底或随流加入，在1400-1450℃进行浇注，在砂型中铸出8公斤Y型试块。

4.试样制备：将Y型试块切割成15×15×60mm后铸态加工或热处理后加工成10×10×55无缺口冲击试样。硬度与金相在冲击试样断头上测试或观察。

按本成分范围、工艺制成的中硅锰钢成分、性能见表1：