一种高硅高铬新型高锰钢及制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114717484A(43)申请公布日2022.07.08(21)申请号202110013739.6(22)申请日2021.01.06(71)申请人四川大学地址610065四川省成都市武候区一环路南一段24号(72)发明人黄维刚郎东黄雪飞(51)Int.Cl.C22C38/22(2006.01)C22C38/34(2006.01)C22C38/38(2006.01)C22C33/04(2006.01)C21D6/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种高硅高铬新型高锰钢及制备方法(57)摘要本发明公开了一种新型高铬高硅高锰钢及其制备方法，所述高锰钢的化学成分的重量百分比为：C:0.4～1.1%，Mn:13～20%，Cr:3～7%，Si:2～4%，S≤0.04%,P≤0.03%，Mo:0.5‑0.9%,根据需要可再添加V:0.1‑0.2%，Ti:0.08‑0.15%，Cu:0.2‑0.6%，其余为Fe。本发明的新型高锰钢在冶炼后的浇注过程中加入Si‑Ca合金:0.25‑0.4%。铸件的热处理工艺为：固溶处理温度为1080‑1180℃，工件完成保温后出炉，待工件表面温度为1020‑1050℃时立刻进行水冷至铸件温度为室温‑120℃出水，再将工件放入200‑230℃的电阻炉内保温3‑5小时。高锰钢热处理后具有单相奥氏体，密排六方马氏体(ε‑马氏体)和奥氏体复相组织,也可存在少量的体心立方马氏体(α’‑马氏体)。力学性能达到：屈服强度460‑600MPa,抗拉强度980‑1100MPa，U型缺口冲击韧性为162‑320J/cm2。CN114717484ACN114717484A权利要求书1/1页1.一种高硅高铬高锰钢，其特征在于所述高锰钢中的合金元素的重量百分含量为：C:0.4～1.1%，Mn:13～20%，Cr:3～7%，Si:2～4%，Mo:0.5‑0.9%，S≤0.04%,P≤0.03%，根据不同的需要可选择加入V:0.1‑0.2%，Ti:0.08‑0.15%，Cu:0.2‑0.6%，其余为铁和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的高锰钢，其特征在于合金中的化学成分为同时含有Cr:3～7%和Si:2～4%。3.根据权利要求1所述高锰钢的制备方法包括合金熔炼和热处理：（1）合金熔炼可采用中频炉或电弧炉进行，除了常规的熔炼过程，即原料熔化，脱氧，成分调整，其特征在于将钢水温度升高到1550‑1620℃后，将钢水注入盛钢桶，出钢1/3时，将称量的Si‑Ca:0.25‑0.4%合金放入盛钢桶中，静置2‑4分钟，浇注温度为1395‑1430℃；（2）所制备的铸态高锰钢工件，需进行热处理，其特征在于钢的固溶处理温度为1080‑1180℃，保温时间根据高锰钢的尺寸确定，完成保温后工件出炉，待工件表面温度为1020‑1050℃时，即刻入水进行冷却至铸件温度为室温‑120℃，然后出水，最后将合金工件放入电阻炉内200‑230℃保温3‑5小时。4.根据权利要求3所述的热处理工艺，特征在于淬火的出水温度可在室温至120℃之间，然后在200‑230℃回火，回火后空冷到室温。5.权利要求1所述的高锰钢热处理后具有单相奥氏体组织，密排六方马氏体(ε‑马氏体)和奥氏体复相组织，也可允许存在少量的体心立方相马氏体(α’‑马氏体)。6.权利要求1所述的高锰钢及制备方法适用于耐磨铸件和通过热轧和热锻加工后的耐磨制品。2CN114717484A说明书1/3页一种高硅高铬新型高锰钢及制备方法技术领域[0001]本发明属于金属材料领域，具体涉及一种具有高屈服强度和高韧性的高铬高硅高锰钢材料及其制备方法。背景技术[0002]磨损是机械零部件失效的一种常见类型，由于零部件失效后不能再次使用，否则可能会有危险事故。据统计，大约80%左右的机械零件是由于磨损而失效或报废。自1882年Hadfield发明含锰量为13%的高锰钢以来，简称Mn13,高锰钢因为具有显著的加工硬化能力和优异的冲击韧性，其被广泛地应用在矿山、冶金、铁路、电力、建材以及机械等领域的耐磨件。但由于高锰钢为奥氏体基体，导致其屈服强度低，使用中易发生塑性变形。为克服低屈服强度的问题，在Mn13钢中加入Cr，Mo来提高屈服强度，一般Cr的含量为2%。但屈服强度提高也不明显。高锰钢存在的另一个问题是只有在高应力工况下才产生高的加工硬化速率和良好的耐磨性能，在中低应力下不能充分发挥良好的加工硬化能力，因而限制了高锰钢的实际应用范围。为提高奥氏体的稳定性和低温韧性发明了高锰含量的Mn18超高锰钢。[0003]研究发现降低高锰钢的层错能可提高高锰钢在中低应力条件下的加工硬化能力，因为层错能越低，越容易发生马氏体相变，提高加工