專利名稱：鍛造處理的鑄態高錳鋼制備方法
技術領域：
本發明涉及一種高沖擊磨損工況下礦料、石料等破碎、碾壓用的錘頭、碾輥、襯板等材料的鑄造技術，具體涉及一種無需水韌處理且具有高韌性和硬度的鍛造處理鑄態高錳鋼制備方法。
背景技術：
高錳鋼是指含錳量在10%以上的合金鋼。高錳鋼的鑄態組織一般來說要主要是由奧氏全、碳化物所組成，有時含有少量的磷共等。經一定溫度的水韌處理后的組織為奧氏體，使其韌性顯著提高。奧氏體組織的高錳鋼到沖擊載荷時，表面發生塑性變形，在變形層內有明顯的加工硬度現象，表層硬度大幅度提高。低沖擊載荷時，硬度可達到HB300-400，高沖擊載荷時，硬度可達到HB500-800。隨沖擊載荷的不同，表層硬化層深度可達到10-20mm。高硬度的硬化層可以抵抗沖擊磨料磨損。在低沖擊工況下使用時，因加工硬化效果不明顯， 不能發揮其特點。高錳鋼在強沖擊磨料磨損條件下，有優異的抗磨性能，故常用于礦山、建材、電力等機械設備中。在水韌處理后的高錳鋼中，由于網狀碳化物發生分解且固溶于奧氏體中，使其韌性顯著提高，鑄態高錳鋼由于奧氏體晶界存在網狀脆性碳化物其韌性較差，在使用過程中極大地增加了安全隱患，因此，鑄態高鑄鋼不會在實際工況中使用。目前，據國內外科技文獻或發明專利報道，對高錳鋼的鍛造處理只是針對水韌處理后的高錳鋼，如專利文獻03111778. 3 (名稱鍛軋制高錳鋼絲的電焊絲)和于曉光在《鍛壓技術》發表的論文“高錳鋼鑄件鍛造工藝的研究”。而對于鑄態高錳鋼的鍛造處理還未見公開報道。
發明內容
本發明的目的在于提供一種鍛造處理且無需水韌處理的鑄態高錳鋼的制備方法，使材料組織中原來網狀碳化物斷裂并彌散分布于奧氏體中，組織致密，韌性明顯提高，且硬度較水韌處理后的高錳鋼高，在使用過程中基本不會影響奧氏體的加工硬化特點，從而可實現鑄態聞猛鋼的工業化生廣。為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的一種鍛造處理的鑄態高錳鋼制備方法，其特征在于包括以下步驟步驟一采用廢鋼、生鐵、錳鐵和硅鐵作為熔煉用原材料，按以下重量百分比的化學組成c 為 O. 7-1. 5%, Mn 為 10-17%, Si 為 O. 3-1. 0%, P < O. 15%, S < O. 06%,其余為 Fe 進行配料；步驟二 將廢鋼、生鐵混合，在電爐中加熱至熔化，待鐵水熔清后，依次加入錳鐵和硅鐵熔清，采用鋁絲脫氧后，將鋼水迅速出爐倒入澆包，進行除渣處理；當鋼水溫度為14200C -1470°C時，將鋼水倒入砂型澆注成形，冷卻后打箱取出鑄態高錳鋼鑄件；步驟三將鑄態高錳鋼鑄件表面清理干凈，放入電爐中緩慢加熱至1150°C 1200°C，保溫，然后迅速出爐放入鍛機上進行鍛造變形處理；步驟四最后在250°C _350°C進行回火保溫處理，最終得到的鍛造鑄態高錳鋼。上述方案中，步驟三所述的鍛造變形處理為十字墩拔2-4次，變形速率在O. l-20s-1，變形比 O. 1-0. 5。
步驟三所述的緩慢加熱，升溫速率為< 200°C /小時。步驟三所述的保溫、步驟四所述的回火保溫，其保溫時間按鑄件厚度每增加20mm，保溫時間延長I小時。本發明的優點是I.采用鍛造處理，無需水韌處理，可節省熱處理用通循環水池等工序；鍛造處理后的鑄態高錳鋼較水韌處理后的高錳鋼硬度提高近I倍，且加工硬化能力基本沒有降低，可實現強沖擊磨損工況下的應用。2.鍛造后鑄件硬度在HB300-400，沖擊韌性較未鍛造前提高3 4倍，較水韌處理后的高錳鋼下降< 5% ;碳化物在奧氏體內部呈彌散分布。3.在后續用來制作鐵礦石破碎機錘頭使用過程中硬化能力基本沒有降低，硬度較使用前提高I倍以上，壽命由原來所使用的水韌處理高錳鋼的4-6天提高到8-9天。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步的詳細說明。實施例I步驟一按化學成分(重量百分比)0. 7%C，10%Mn, O. 3%Si，O. 14%P、0. 05%S,其余為Fe，計算并稱重上述高錳鋼熔煉用原材料廢鋼、生鐵、錳鐵和硅鐵，進行配料；步驟二 將廢鋼、生鐵混合，在堿性中頻感應電爐中加熱至1400°C熔化，待鐵水熔清后，依次加入錳鐵和硅鐵熔清溫度達到1520°C，并采用鋁絲脫氧后，鋼水后靜置I分鐘，在鋼水液面除渣后，將鋼水迅速出爐倒入澆包，進行除渣處理；當鋼水溫度為1470°C時，將鋼水倒入普通砂型澆注成形，澆注完成8小時后，打箱取出即得到鑄態高錳鋼鑄件。步驟三將鑄態鋼錳鋼表面清理干凈后，放入電爐中緩慢升溫(190°C /小時)加熱至1150°C，按鑄件厚度為70mm，確定保溫一定時間為3. 5小時，然后迅速出爐放入鍛機上進行鍛造變形處理。具體的鍛造變形工藝如下所述墩拔方式十字墩拔；墩拔處理2次，變形速率在20s—1，變形比O. 5。步驟四進行回火處理(保溫溫度為250°C，保溫時間同前)進一步消除鑄件內部應力，最終得到的鍛造鑄態聞猛鋼。經測試，本實施例的鍛造鑄態高錳鋼硬度在HB300-345，沖擊韌性較未鍛造前提高4倍，碳化物在奧氏體內部呈彌散分布。用該實施例鍛造鑄態高錳鋼制作的錘頭壽命由原來所使用的水韌處理高錳鋼的4天提高到8天。實施例2本實施例的步驟與實施例I相同，不同之處僅在以下工藝參數方面步驟一按化學成分(重量百分比)1. 5%C，17%Mn，I. 0%Si，0. 10%P、0. 02%S，其余為Fe，計算并稱重廢鋼、生鐵、錳鐵和硅鐵，進行配料；步驟二 當鋼水溫度為1420°C時，將鋼水倒入普通砂型澆注成形。步驟三將鑄態鋼錳鋼表面清理干凈后，放入電爐中緩慢升溫(100°C /小時)加熱至1200°C，按鑄件厚度50mm，保溫2. 5小時。鍛造變形工藝參數十字墩拔4次，變形速率在O. 1S—1，變形比O. I。步驟四350°C回火處理，保溫2. 5小時。經測試，本例得到的鍛造鑄態高錳鋼硬度在HB356-400，沖擊韌性較未鍛造前提高3. I倍，碳化物在奧氏體內部呈彌散分布。用該實施例鍛造鑄態高錳鋼制作的錘頭壽命由原來所使用的水韌處理高錳鋼6天提高到9天。實施例3本實施例的步驟與實施例I相同，不同之處僅在以下工藝參數方面步驟一按化學成分(重量百分比)1. 0%C, 15%Mn，0. 5%Si，0. 10%P、0. 04%S，其余為 Fe，計算并稱重廢鋼、生鐵、錳鐵和硅鐵，進行配料；步驟二 當鋼水溫度為1450°C時，將鋼水倒入普通砂型澆注成形。步驟三將鑄態鋼錳鋼表面清理干凈后，放入電爐中緩慢升溫(150°C /小時)加熱至1180°C，按鑄件厚度60mm，保溫3小時。鍛造變形工藝參數十字墩拔3次，變形速率在O. 8s—1，變形比O. 3。步驟四300°C回火處理，保溫3小時。經測試，本例得到的鍛造鑄態高錳鋼硬度值為HB256 ;沖擊韌性較未鍛造前提高I倍以上。碳化物在奧氏體內部呈彌散分布。用該實施例鍛造鑄態高錳鋼制作的錘頭壽命由原來所使用的水韌處理高錳鋼使用壽命由原來的5天提高到8天。
權利要求
1.一種鍛造處理的鑄態高錳鋼制備方法，其特征在于包括以下步驟 步驟一采用廢鋼、生鐵、錳鐵和硅鐵作為熔煉用原材料，按以下重量百分比的化學組成C 為 O. 7-1. 5%, Mn 為 10-17%, Si 為 O. 3-1. 0%, P < O. 15%, S < O. 06%,其余為 Fe 進行配料； 步驟二 將廢鋼、生鐵混合，在電爐中加熱至熔化，待鐵水熔清后，依次加入錳鐵和硅鐵熔清，采用鋁絲脫氧后，將鋼水迅速出爐倒入澆包，進行除渣處理；當鋼水溫度為14200C -1470°C時，將鋼水倒入砂型澆注成形，冷卻后打箱取出鑄態高錳鋼鑄件； 步驟三將鑄態高錳鋼鑄件表面清理干凈，放入電爐中緩慢加熱至1150°C 1200°C，保溫，然后迅速出爐放入鍛機上進行鍛造變形處理； 步驟四最后在250°C _350°C進行回火保溫處理，最終得到的鍛造鑄態高錳鋼。
2.如權利要求I所述的鍛造處理的鑄態高錳鋼制備方法，其特征在于步驟三所述的鍛造變形處理為十字墩拔2-4次，變形速率在O. 1-20(1，變形比O. 1-0. 5。
3.如權利要求I所述的鍛造處理的鑄態高錳鋼制備方法，其特征在于步驟三所述的緩慢加熱，升溫速率為< 200°C /小時。
4.如權利要求I所述的鍛造處理的鑄態高錳鋼制備方法，其特征在于步驟三所述的保溫、步驟四所述的回火保溫，其保溫時間按鑄件厚度每增加20mm，保溫時間延長I小時。
全文摘要
本發明公開了一種鍛造處理的鑄態高錳鋼制備方法，包括以下步驟采用廢鋼、生鐵、錳鐵和硅鐵作為熔煉用原材料，按以下重量百分比的化學組成C為0.7-1.5%，Mn為10-17%，Si為0.3-1.0%，P＜0.15%，S＜0.06%，其余為Fe進行配料；將原料在電爐中加熱熔化脫氧后，將鋼水迅速出爐倒入澆包，進行除渣處理，1420℃-1470℃時，倒入砂型澆注成形；將所得鑄態高錳鋼鑄件清理后放入電爐中至1150℃～1200℃保溫，然后迅速出爐進行鍛造變形處理；最后在250℃-350℃回火保溫，最終得到的鍛造鑄態高錳鋼。
文檔編號C22C38/04GK102876966SQ201210378468
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月9日 優先權日2012年10月9日
發明者皇志富, 邢建東, 高義民, 馬勝強, 李燁飛 申請人:西安交通大學