專利名稱：含鎢高錳鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于磨損的合金鋼領(lǐng)域，具體涉及一種晶粒細(xì)化、屈 服強度高、沖擊韌性好、加工硬化程度高，具有綜合力學(xué)性能的含鎢 高錳鋼。
背景技術(shù)：
目前在冶金、電力、建材、建筑、煤炭、化工、鐵路、機械等工 業(yè)的較大沖擊載荷磨損工況，常用的耐磨材料是高錳鋼。
高錳鋼按照國家標(biāo)準(zhǔn)分為5個牌號，主要區(qū)別是碳的含量，其范 圍是0.75% 1.45%。受沖擊大，碳含量低。錳含量在11.0% 14.0 %之間。
高錳鋼較典型的是GB/T5680 — 1998所規(guī)定的ZGMnl3—2高錳 鋼即普通高錳鋼，其缺點是鋼的屈服強度較低，工業(yè)應(yīng)用中有時易變 形；GB/T5680—1998所規(guī)定的ZGMnl3—4高錳鋼即含鉻高錳鋼， 其缺點是鋼的沖擊韌性較低，工業(yè)應(yīng)用中有時易斷裂；較典型的還有 IS013521: 1999所規(guī)定的GX120Mn17和GX120MnCrl7-2高錳鋼， 這兩種鋼晶粒還待細(xì)化，強度還有待提高。
超高錳鋼是在原高錳鋼的化學(xué)成分上提高錳的含量，超高錳鋼的 錳含量可達(dá)到16% 19%。超高錳鋼與高錳鋼比較，超高錳鋼的初始 硬度比高錳鋼高，兩種鋼的沖擊韌性相同，但是超高錳鋼鑄件不會出 ^L早期斷裂現(xiàn)象，此外，從經(jīng)濟效益角度分析，超高錳鋼比高錳鋼性 價比高，超高錳鋼的使用壽命是高錳鋼的1.3 2倍，而鑄件生產(chǎn)成本只有高錳鋼的1.1 13倍。
對超高錳鋼增加鉻、鎢、稀土元素RE等合金元素，可使鑄件達(dá) 到韌性好，初始硬度高，提高鑄件抗磨壽命，加工硬化程度也比高錳 鋼高，其耐磨性能比高錳鋼更好，目前對于含格、鎢、稀土元素RE 的超高錳鋼的研究尚未見有報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種含鎢高錳鋼。
本發(fā)明的含鎢高錳鋼，含有下列質(zhì)量百分比的化學(xué)成分
C: 1.05% 1.35%， Si: 0.3% 0.9%， Mn: 11% 19%， W: 0.5% 1.5%， P《0.070%， S《0.045%，余量為Fe。
上述含鎢高錳鋼還可以含有稀土元素RE，其含量為0.01% 0.3%。
上述含鎢高錳鋼還可以含有Cr，其含量為1.2% 2.5%。
本發(fā)明的含鎢高錳鋼，當(dāng)該高錳鋼中Mn的含量為16% 19%時， 可稱為含鎢超高錳鋼，含有下列質(zhì)量百分比的化學(xué)成分
C: 1.05% 1.35%， Si: 0.3% 0.9%， Mn: 16% 19%， W: 0.5% 1.5%， P《0.070%， S《0.045免，余量為Fe。
上述含鎢超高錳鋼還可以含有稀土元素RE，其含量為0.01% 0.3%。
上述含鎢超高錳鋼還可以含有Cr，其含量為1.2% 2.5%。 本發(fā)明的含鎢高錳鋼，在高錳鋼中加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)0.5% 1.5% 的鎢元素(W)， W固溶強化基體，穩(wěn)定奧氏體組織，提高淬透性， 抑制碳化物析出，同時C-W協(xié)同作用細(xì)化鋼的晶粒，提高鋼的屈服 強度，提高沖擊韌性，提高加工硬化率即鋼的硬度。本發(fā)明的含鎢高錳鋼，Cr以1.2% 2.5%的含量作為合金化元素 加入高錳鋼中，可提高鋼的屈服強度。此外，由于鉻原子易偏聚阻礙 位錯運動，使鋼受外力時滑移阻力增強，從而提高了加工硬化能力和 硬化效果，強化了鋼的抗磨性。
本發(fā)明的含鎢高錳鋼，在高錳鎢鋼中加入稀土元素RE，細(xì)化鋼 的晶粒，凈化鋼液。特別是C-W-RE元素協(xié)同作用，進(jìn)一步細(xì)化鋼的 晶粒，提高鋼的屈服強度和韌性，提高加工硬化率。使不含Cr的高 錳鋼屈服強度提高，沖擊韌性不降低而提高；使含Cr的高錳鋼屈服 強度進(jìn)一步提高，特別是沖擊韌性提高。含鎢高錳鋼屈服強度提高則 可有效解決普通高錳鋼使用中易塑性變形的問題，含鎢高錳鋼具有高 的韌性則可保證使用中不斷裂、解決安全問題，含鴇高錳鋼具有高的 加工硬化率則提高了抗沖擊磨損性能、解決普通高錳鋼使用中耐磨性 不足的問題。特別是針對超高錳鋼(含Mnl6X 19X)晶粒易大和 易柱狀晶的問題，C-W或C-W-RE合金交互作用細(xì)化鋼的晶粒，提 高鋼的屈服強度和韌性，提高加工硬化率效果更加明顯。
本發(fā)明的含鎢高錳鋼的制備方法，包括如下步驟將生鐵、廢鋼 和各種鐵合金加入電爐冶煉，澆鑄成型(鑄后也可再鍛軋熱加工)后， 將鑄造(或鍛軋等熱加工后)的零部件經(jīng)水韌熱處理，即是將零部件 加熱至104(TC 115(TC保溫，保溫后將零部件在水中淬火冷卻，即 得含鎢高錳鋼。
上述制備方法中用到的生鐵、廢鋼和各種鐵合金是現(xiàn)有的，可在 市場上購買獲得。
本發(fā)明的含鎢高錳鋼強韌性良好，加工硬化率較高，綜合力學(xué)性 能突出，耐磨性提高，擴大了高錳鋼的應(yīng)用范圍，適于制備磨損特別 是沖擊磨損工況用的零部件。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果
1. 本發(fā)明的含鎢高錳鋼，因為在高錳鋼中加入了鎢元素，從而 提高了鋼的屈服強度，抗變形效果顯著，同時提高了鋼的韌性。
2. 本發(fā)明的含鎢高錳鋼，特別是當(dāng)鋼中Mn的含量為16% 19% 時，鎢元素、稀土元素RE和鉻元素(Cr)的加入，使得整個高錳鋼 比起現(xiàn)有的鋼種具有更多的優(yōu)勢韌性好，屈服強度高，初始硬度高， 加工硬化程度高，抗磨性能更好。
3. 本發(fā)明的含鎢高錳鋼，可加入鉻元素，且加入的絡(luò)含量>1.2%， 從而能明顯提高鋼的綜合力學(xué)性能，提高鋼的屈服強度、抗拉強度及 抗磨性。
具體實施例方式
實施例l含鉤高錳鋼
本實施例的含鎢高錳鋼，含有下列質(zhì)量百分比的化學(xué)成分
C: 1.05%， Si: 0.9%， Mn: 16%， P: 0.07%， S: 0.04%， W: 0.5%，余量為Fe，經(jīng)104CTC水韌熱處理，屈服強度》400MPa， U型 缺口沖擊韌度》150J/cm2。
當(dāng)本實施例的高錳鋼不含有鎢元素時，經(jīng)104(TC水韌熱處理， 屈服強度》380MPa， U型缺口沖擊韌度》147J/cm2。
當(dāng)本實施例的高錳鋼含有稀土元素RE0.2呢時，經(jīng)104(TC水韌熱 處理，屈服強度》420MPa， U型缺口沖擊韌度^153J/cm^
當(dāng)本實施例的高錳鋼含有鉤元素1.5%時，經(jīng)IIO(TC水韌熱處理， 屈服強度》423MPa， U型缺口沖擊韌度》153J/cm2。
實施例2含鉤高錳鋼
本實施例的含鎢高錳鋼，含有下列質(zhì)量百分比的化學(xué)成分
C: 1.18%， Si: 0.6%， Mn: 11.5%， P: 0.06%， S: 0.04%， W:0.56%，其余為Fe，經(jīng)IIOCTC水韌熱處理，屈服強度^400MPa， U 型缺口沖擊韌度》150J/cm2 。當(dāng)本實施例的高錳鋼不含有鎢元素時，經(jīng)IIO(TC水韌熱處理， 屈服強度^380MPa， U型缺口沖擊韌度》147J/cm2。當(dāng)本實施例的高錳鋼含有鉤元素0.5%和稀土元素虹0.25%時， 經(jīng)1100。C水韌熱處理，屈服強度》410MPa， U型缺口沖擊韌度》 153J/cm2。當(dāng)本實施例的高錳鋼含有鉤元素1.5%時，經(jīng)113(TC水韌熱處理， 屈服強度^420MPa， U型缺口沖擊韌度^150J/cm2。實施例3含鎢高錳鋼本實施例的含鎢高錳鋼，含有下列質(zhì)量百分比的化學(xué)成分C: 1.21%, Sh 0.52%， Mn: 12.8%， W: 0.96%， P: 0.056%， S: 0.038%， Cr: 1.87%，其余為Fe，經(jīng)IIO(TC水韌熱處理，屈服強 度》410MPa， U型缺口沖擊韌度》135J/cm2。當(dāng)本實施例的高錳鋼不含有鉤元素時，經(jīng)IIO(TC水韌熱處理， 屈服強度》400MPa， U型缺口沖擊韌度^110J/cm2。當(dāng)本實施例的高錳鋼含有稀土元素RE 0.01%時，經(jīng)ll(XTC水韌 熱處理，屈服強度》410MPa， U型缺口沖擊韌度》140J/cm2。實施例4含鎢高錳鋼本實施例的含鎢高錳鋼，含有下列質(zhì)量百分比的化學(xué)成分C: 1.35%， Si: 0.3%， Mn: 14%， W: 0.52%, P: 0.051%， S:0.045%， Cr: 1.2%，其余為Fe，經(jīng)115(TC水韌熱處理，屈服強度》400MPa， U型缺口沖擊韌度》135J/cm2。當(dāng)本實施例的高錳鋼不含有轉(zhuǎn)元素時，屈服強度》390MPa， U型缺口沖擊韌度》130J/cm2。當(dāng)本實施例的高錳鋼含有稀土元素RE 0.15%時，經(jīng)115(TC水韌 熱處理，屈服強度^420MPa， U型缺口沖擊韌度》140J/cm2。實施例5含鉤高錳鋼本實施例的含鎢高錳鋼，含有下列質(zhì)量百分比的化學(xué)成分C: 1.33%, Si: 0.45%， Mn: 17.7%， W: 0.55%， P: 0.051%, S: 0.035%，其余為Fe，經(jīng)115(TC水韌熱處理，屈服強度》400MPa， U型缺口沖擊韌度》147J/cm2。當(dāng)本實施例的高錳鋼含有稀土元素RE0.3呢時，經(jīng)115(TC水韌熱 處理，屈服強度》420MPa， U型缺口沖擊韌度》150J/cm2。當(dāng)本實施例的高錳鋼含有Cr2.2呢時，經(jīng)1150。C水韌熱處理，屈 服強度》420MPa， U型缺口沖擊韌度》120J/cm2。當(dāng)本實施例的高錳鋼含有Cr 2.2%和稀土元素RE 0.3%時，經(jīng) 115(TC水韌熱處理，屈服強度^430MPa， U型缺口沖擊韌度^ 125J/cm2。實施例6含鎢高錳鋼本實施例的含鎢高錳鋼，含有下列質(zhì)量百分比的化學(xué)成分C: 1.30%， Si: 0.48%， Mn: 18.5%， W: 0.58%， P: 0.04%, S: 0.034%， Cr: 2.5%,其余為Fe，經(jīng)1070。C水韌熱處理，屈服強度^ 420MPa， U型缺口沖擊韌度》120J/cm2。當(dāng)本實施例的高錳鋼含有鎢元素1.15%時，經(jīng)107(TC水韌熱處 理，屈服強度》430MPa， U型缺口沖擊韌度》125J/cm2。實施例7含鎢高錳鋼本實施例的含鎢高錳鋼，含有下列質(zhì)量百分比的化學(xué)成分C: 1.23%, Si: 0.60%， Mn: 19%， W: 0.53%, P: 0.038% ， S: 0.045%,其余為Fe，經(jīng)1080。C水韌熱處理，屈服強度^390MPa， U 型缺口沖擊韌度》150J/cm2。當(dāng)本實施例的高錳鋼含有鎢元素1.06%時，經(jīng)1080。C水韌熱處 理，屈服強度》400MPa， U型缺口沖擊韌度^153J/cm2。當(dāng)本實施例的高錳鋼含有Cr2.0呢時，經(jīng)108(TC水韌熱處理，屈 服強度》410MPa， U型缺口沖擊韌度^120J/cm2。當(dāng)本實施例的高錳鋼含有稀土元素RE0.015免時，經(jīng)1080。C水韌 熱處理，屈服強度》400MPa， U型缺口沖擊韌度》153J/cm2。
權(quán)利要求
1. 一種含鎢高錳鋼，其特征在于含有下列質(zhì)量百分比的化學(xué)成分C1.05％～1.35％，Si0.3％～0.9％，Mn11％～19％，W0.5％～1.5％，P≤0.070％，S≤0.045％，余量為Fe。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高錳鋼，其特征在于，所述高錳鋼中 Mn的含量為16% 19%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的高錳鋼，其特征在于，該高錳鋼 還含有稀土元素RE，其含量為0.01% 0.3%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高錳鋼，其特征在于，該高錳鋼 還含有Cr，其含量為1.2% 2.5%。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高錳鋼，其特征在于，該高錳鋼還含 有Cr，其含量為1.2% 2.5%。
全文摘要
本發(fā)明公開一種含鎢高錳鋼，該高錳鋼含有下列質(zhì)量百分比的化學(xué)成分C1.05％～1.35％，Si0.3％～0.9％，Mn11％～19％，W0.5％～1.5％，P≤0.070％，S≤0.045％，余量為Fe。此外該高錳鋼還可以含有稀土元素RE，其含量為0.01％～0.3％。還可以含有Cr，其含量為1.2％～2.5％。本發(fā)明的含鎢高錳鋼，特別是當(dāng)Mn的含量為16％～19％時，鎢元素、稀土元素RE和鉻元素的加入，使得整個高錳鋼比起現(xiàn)有的鋼種具有韌性好，屈服強度高，加工硬化程度高，耐磨性能更好等優(yōu)勢，從而擴大了高錳鋼的應(yīng)用范圍。本發(fā)明的高錳鋼適于制備磨損特別是沖擊磨損工況用的零部件。
文檔編號C22C38/38GK101250675SQ20081002712
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月1日
發(fā)明者英 劉, 衛(wèi) 李 申請人:暨南大學(xué)