專利名稱：不熱處理團(tuán)球狀碳化物耐磨錳鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新型強(qiáng)韌耐磨材料-錳系耐磨鑄鋼。
錳系耐磨鑄鋼是冶金、機(jī)械、建材和電力等部門在沖擊磨粒磨損工況下廣泛使用的一種材料，但常規(guī)的錳系耐磨鑄鋼在鑄態(tài)時(shí)，其碳化物呈針、網(wǎng)狀，故韌性較低，即使經(jīng)過(guò)熱處理消除或減少了針、網(wǎng)狀碳化物，在低、中應(yīng)力沖擊磨粒磨損工況下的耐磨性也不高。
中國(guó)、西德、土耳其等國(guó)的錳鋼中加入少量的鈦、釩、硼、銅、鈉、鉀等元素，進(jìn)行變質(zhì)處理，僅使網(wǎng)狀碳化物斷了網(wǎng)，個(gè)別的成為孤立塊狀，效果并不令人十分滿意，只好配合較復(fù)雜熱處理工藝使碳化物進(jìn)一步斷網(wǎng)和成孤立塊狀，此法工藝復(fù)雜，成本高，尤其是高碳中錳鋼在熱處理時(shí)常出現(xiàn)裂紋，更限制了它的使用范圍。
美國(guó)發(fā)明的Mn6Mo1鋼是向中錳鋼中加入1%以上的鉬來(lái)抑制碳化物在鑄態(tài)下析出，盡管耐磨性和韌性有所提高，但其基體組織還是單一的奧氏體，故耐磨性提高并不顯著。蘇聯(lián)向錳鋼中加入2%以上的釩，也起到了抑制碳化物析出，或使碳化物團(tuán)球化的作用。盡管加鉬和加釩后的新材料不需經(jīng)熱處理就可鑄態(tài)下使用，但由于鉬和釩均價(jià)格昂貴，故影響了新材料的推廣應(yīng)用。
本發(fā)明的目的在于分別采用鈣硅合金、鎂稀土硅鐵合金和釔基重稀土硅鐵合金作變質(zhì)劑，對(duì)普通錳系耐磨鑄鋼進(jìn)行變質(zhì)處理，不需經(jīng)熱處理即可獲得團(tuán)球狀碳化物的錳系鑄鋼。
本發(fā)明分別采用鈣硅合金、鎂稀土硅鐵合金和釔基重稀土硅鐵合金作變質(zhì)劑，對(duì)普通錳系耐磨鑄鋼(化學(xué)成分(%)為碳1.0-2.0、錳5.0-15.0、硅0.4-0.8、磷0.02-0.1、硫0.01-0.1)進(jìn)行變質(zhì)處理，在不經(jīng)熱處理的情況下，即可使針、網(wǎng)狀碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)閳F(tuán)球狀，且彌散地分布，使鑄鋼的沖擊韌性提高，或硬度顯著提高而韌性不下降，耐磨性明顯提高。
當(dāng)用鈣硅合金變質(zhì)劑對(duì)普通錳系耐磨鑄鋼進(jìn)行變質(zhì)處理后，鑄鋼的化學(xué)成分(%)為碳1.0-2.0、錳5.0-15.0、硅0.4-1.5、磷0.02-0.1、硫0.01-0.1、鈣0.07-0.3、銅0-1.5、鈦0-0.2。
當(dāng)用鎂稀土硅鐵合金變質(zhì)劑對(duì)普通錳系耐磨鑄鋼進(jìn)行變質(zhì)處理后，鑄鋼的化學(xué)成分(%)為碳1.0-2.0、錳5.0-15.0、硅0.4-1.5、磷0.02-0.1、硫0.01-0.1、鎂0.003-0.09、稀土(不含釔)0-0.04、銅0-1.5、鈦0-0.2。
當(dāng)用釔基重稀土硅鐵合金變質(zhì)劑對(duì)普通錳系耐磨鑄鋼進(jìn)行變質(zhì)處理后，鑄鋼的化學(xué)成分(%)為碳1.0-2.0、錳5.0-15.0、硅0.4-1.5、磷0.02-0.1、硫0.01-0.1、釔基重稀土0.07-0.6、銅0-1.5、鈦0-0.2。
添加的變質(zhì)劑和合金元素所起的作用分述如下鈣可使鋼中的針、網(wǎng)狀碳化物成團(tuán)球狀，鈣硅合金可提高鈣的回收率，給加入鈣提供了方便，簡(jiǎn)化了操作工藝。硅可降低奧氏體的溶碳量，使碳化物大量成團(tuán)球狀彌散析出。鎂可使鋼中針、網(wǎng)狀碳化物成團(tuán)球狀，稀土可脫硫脫氧，有利于提高鎂的回收率和碳化物的團(tuán)球化。釔基重稀土可使鋼中針、網(wǎng)狀碳化物成團(tuán)球狀。銅可提高碳、錳的分配系數(shù)，減少碳、錳的偏析，尤其是在晶界處的偏析，使碳化物進(jìn)一步成團(tuán)球狀，且彌散地分布于奧氏體晶內(nèi)。加鈦鐵進(jìn)行孕育處理，可明顯地細(xì)化奧氏體晶粒，可進(jìn)一步減少碳、錳的偏析，尤其是晶界處的偏析，使碳化物更好地團(tuán)球化、彌散地分布在奧氏體晶內(nèi)。
本發(fā)明的積極效果在于分別采用鈣硅合金、鎂稀土硅鐵合金和釔基重稀土硅鐵合金作變質(zhì)劑對(duì)普通錳系耐磨鑄鋼進(jìn)行變質(zhì)處理后，可使鑄鋼中的針、網(wǎng)狀碳化物不經(jīng)過(guò)熱處理，在鑄態(tài)下就能成團(tuán)球狀，且彌散地分布于奧氏體晶粒中，使沖擊韌性提高或硬度顯著提高而韌性不下降、耐磨性明顯提高(其力學(xué)性能見表一)，成本低，成品率提高，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化，同時(shí)不經(jīng)過(guò)熱處理，在鑄態(tài)下使用的范圍擴(kuò)大，可廣泛地用于制造低、中應(yīng)力沖擊與擠壓的磨粒磨損工況下的易損件(如球磨機(jī)襯板、破碎機(jī)鄂板、錘頭、板錘、軋
壁、挖掘機(jī)鏟齒、挖金斗和磨球等)。


圖1是普通高碳中錳鋼金相組織，100倍。
成分碳1.42%，錳6.55%，硅0.42%，碳0.031%，硫0.025%。
圖2是鈣系變質(zhì)劑變質(zhì)處理后高碳中錳鋼金相組織，100倍。
成分碳1.49%，錳6.82%，硅0.97%，磷0.033%，硫0.022%，鈣0.098%，鈦0.165%。
圖3是鎂系變質(zhì)劑變質(zhì)處理后中錳鋼金相組織，100倍。
成分碳1.21%，錳6.32%，硅0.89%，磷0.028%，硫0.025%，∑RE(無(wú)釔)0.028%，鎂0.0126%，鈦0.057%。
圖4是釔基重稀土系變質(zhì)劑變質(zhì)處理后中錳鋼金相組織，100倍。
成分碳1.33%，錳6.81%，硅1.055%，磷0.032%，硫0.027%，釔基重稀土0.335%，鈦0.161%。
圖5是普通高碳中錳鋼金相組織，100倍。
成分碳1.84%，錳6.89%，硅0.55%，磷0.033%，硫0.025%，圖6是鈣系變質(zhì)劑變質(zhì)處理后高碳中錳鋼金相組織，100倍。
成分碳1.79%，錳6.78%，硅0.93%，磷0.033%，硫0.022%，鈣0.112%，鈦0.165%。
圖7是鎂系變質(zhì)劑變質(zhì)處理后高碳中錳鋼金相組織，100倍。
成分碳1.79%，錳6.52%，硅1.15%，磷0.020%，硫0.025%，鎂0.016%，∑RE(無(wú)釔)0.028%，鈦0.057%。
圖8是釔基重稀土系變質(zhì)劑變質(zhì)處理后的高碳中錳鋼金相組織，100倍。
成分碳1.72%，錳6.73%，硅1.07%，磷0.032%，硫0.027%，釔基重稀土0.248%，鈦0.161%。
圖9是釔基重稀土系變質(zhì)劑變質(zhì)處理后的加銅高碳中錳鋼金相組織，100倍。
成分碳1.72%，錳6.73%，硅1.07%，磷0.032%，硫0.027%，釔基重稀土0.248%，銅0.72%。
圖1和圖5中的針狀與晶界網(wǎng)狀相為(Fe.Mn)3C，基體(白色相)為奧氏體;
圖2、圖3、圖4、圖6、圖7、圖8、圖9中的團(tuán)球狀相與晶界網(wǎng)狀相為(Fe.Mn)3C，基體(白色相)為奧氏體。
實(shí)施例1.爐料煉鋼生鐵(p08生鐵)、廢鋼(45＃鍛鋼邊角料)。
2.鐵合金錳鐵(錳81%，碳0.7%，硅0.84%，磷0.18%，硫＜0.03%)、鈦鐵(鈦28%，其余為鐵)、銅(紫銅板)。
3.變質(zhì)劑鈣硅合金(鈣24-30%、硅50%，其余為鐵)，鎂稀土硅鐵合金(鎂7-9%，稀土(無(wú)釔)7-8%，硅40%，其余為鐵);釔基重稀土硅鐵合金(釔基重稀土15-20%、硅40%，其余為鐵);
4.熔煉采用5公斤中頻感應(yīng)電爐，不氧化法煉鋼工藝。生鐵、廢鋼熔清后，加入錳鐵，造還原渣(CaO、CaF2、鋁粉)，當(dāng)溫度達(dá)到1600℃時(shí)，加銅、插鋁出鋼，將變質(zhì)劑與鈦鐵加入包底或加在出鋼槽中，采用沖水法進(jìn)行處理(也可采用其它類似的變質(zhì)處理方法)，攪拌，加保溫材料，在1430°-1450℃進(jìn)行澆注(澆注溫度可根據(jù)鑄件復(fù)雜程度進(jìn)行調(diào)整)。在砂型中鑄出12×12×60mm的試樣12根。
5.試樣制備將12×12×60mm試樣磨成10×10×55mm無(wú)缺口沖擊試樣，進(jìn)行硬度與沖擊韌性的檢測(cè)與金相組織觀察。
6.小型生產(chǎn)試驗(yàn)采用與3號(hào)試樣成分相近的成分鑄出了12塊220×110×20mm的小型鄂式破碎機(jī)鄂板，檢測(cè)結(jié)果不熱處理的無(wú)缺口沖擊試樣的沖擊韌性(αk值)為40J/cm2，硬度(HRC)為25.0與3號(hào)試樣結(jié)果相吻合。
勘誤表

權(quán)利要求
1.一種含碳1.0-2.0%、錳5.0-15.0%、磷0.02-0.1%、硫0.01-0.1%的耐磨錳鋼，其特征在于變質(zhì)劑為鈣硅合金、鎂稀土硅鐵合金和釔基重稀土硅鐵合金。
2.按權(quán)利要求1所述的耐磨錳鋼，其特征在于以鈣硅合金作變質(zhì)劑時(shí)，化學(xué)成分(%)為鈣0.07-0.3、銅0-1.5、鈦0-0.2、硅0.4-1.5。
3.按權(quán)利要求1所述的耐磨錳鋼，其特征在于以鎂稀土硅鐵合金作變質(zhì)劑時(shí)，化學(xué)成分(%)為鎂0.003-0.09、稀土(無(wú)釔)0-0.04、銅0-1.5、鈦0-0.2、硅0.4-1.5。
4.按權(quán)利要求1所述的耐磨錳鋼，其特征在于以釔基重稀土硅鐵合金作變質(zhì)劑時(shí)，化學(xué)成分(%)為釔基重稀土0.07-0.6、銅0-1.5、鈦0-0.2、硅0.4-1.5。
全文摘要
本發(fā)明屬于新型強(qiáng)韌耐磨材料，分別以鈣硅合金、鎂稀土硅鐵合金和釔基重稀土硅鐵合金作變質(zhì)劑，對(duì)普通錳系耐磨鑄鋼進(jìn)行變質(zhì)處理，不需經(jīng)熱處理即可獲得團(tuán)球狀碳化物的錳系鑄鋼，其沖擊韌性高，或硬度顯著提高而韌性不下降、耐磨性明顯提高，成本低、成品率高、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化，可不經(jīng)熱處理，在鑄態(tài)下廣泛用于制造在低、中應(yīng)力沖擊磨粒磨損工況下使用的易損件。
文檔編號(hào)C22C38/14GK1036230SQ8910067
公開日1989年10月11日 申請(qǐng)日期1989年2月1日 優(yōu)先權(quán)日1989年2月1日
發(fā)明者姜啟川, 何鎮(zhèn)明, 崔東煥, 閻久林, 王守實(shí) 申請(qǐng)人:吉林工業(yè)大學(xué)