[發明專利]哈德菲爾德高錳鋼及其獲得方法

有效

• 申請號: 201110418325.8
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN102534361A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 帕特里西亞·卡巴萊羅歐吉扎
• 申請（專利權）人: TECNALIA研究與創新基金
• 主分類號: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04;C21D11/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;蔡勝有

技術領域

本發明屬于冶金工業領域，更具體而言本發明涉及哈德菲爾德(Hadfield)高錳鋼。

背景技術

所謂的哈德菲爾德高錳鋼或錳鋼于1882年得名于其英國發明人Robert?Hadfield爵士，基本特征在于包含量通常高于11wt％的錳，并且碳和錳之比也被調節為使得錳的重量比通常為碳重量的約11倍。這些鋼的基本組成通常包含0.8-1.25wt％的碳和11-15wt％的錳。

哈德菲爾德高錳鋼具有高的沖擊強度和耐磨性。

在約12wt％的錳值下哈德菲爾德高錳鋼達到其最大硬度和延性性能。

這些鋼是無磁性的，具有低的熱導率，并且具有尤其是它們的沖擊性能隨冷加工而改善的特性。在這個意義上，這些鋼的硬度在沖擊下加工之后增加至高達初始硬度的三倍，這賦予它們用于確定的應用如制造鐵路道口、采石部件或水泥制造廠用部件以及第一產業如采礦范圍內的多種應用的特殊效用。

稱為哈德菲爾德高錳鋼的錳鋼具有元素化學組成，其根據其制造商所通常遵循的標準，美國ASTM?A?128標準(其也見于歐洲prEN-15689-2007-ING標準)的推薦具有以下基本化學組成：

-碳：0.90至1.35％

-錳：11.00至14.00％

-硅：最大0.8％

-磷：最大0.07％

-硫：最大0.05％

在1050℃下進行突然和極端淬火處理之后，該材料的起始硬度為190至220HB，根據prEN-15689-2007-ING標準，獲得700至800MPa的較大抗拉強度、10至35％的伸長率、320至400MPa的屈服應力和50至160J的彈性。

作為一般規則，錳含量通常不小于(且不應遠大于)11.00％，因為在這些情況下耐磨性改善但是延性嚴重受損。另外，如果超過該比例，則所制造的材料的價格增加但不會顯著改善其機械性能。公認組成為C為1.20％且Mn為12.50％獲得合適的性能。

為了改善哈德菲爾德高錳鋼的一些性能而引入合金元素如V、Cr、Mo、Ti、Nb、N或Ce的哈德菲爾德高錳鋼的存在是目前已知的。然而，一些性能得到改善而另一些性能卻受損。另外，這些合金化哈德菲爾德高錳鋼具有比常規哈德菲爾德高錳鋼大的殘余應力，這是因為添加導致鋼的晶體結構發生變化。

如表1所見的，添加合金元素通常使一些機械性能得到改善。

表1-根據prEN-15689-2007-ING標準測試的不同哈德菲爾德高錳鋼的機械性能。

微結構并且特別是晶粒尺寸與機械性能相關。較小且較均勻的晶粒尺寸是改善的機械特性的標志。

ASTM?A128A級哈德菲爾德高錳鋼的基礎微結構根據“金屬手冊”第9版，第9卷，金相學和微結構，第240和241頁確定。

關于基礎微結構，圖1中示出的基礎微結構顯示晶粒尺寸減小，尤其是在先冷卻區域中更是如此。然而，在部件的整體微結構中并未見到這種晶粒尺寸減小。

晶粒尺寸的均勻性與機械性能的改善有關。因此，期望的是如下哈德菲爾德高錳鋼：其所有的機械性能均得以優化，其微結構為奧氏體，并且晶粒尺寸盡可能均勻。

在該意義上，材料在這個方面的改善將擴大哈德菲爾德高錳鋼的應用范圍，由此減少其局限性。

因此，要求改善哈德菲爾德高錳鋼材料，原因是隨著它們需要在之前未使用或要求的工業應用中具有更好的部件性能，目前的要求更為苛刻。

類似地，日本專利JP-57-203748-A是已知的，其描述了一種與哈德菲爾德高錳鋼對應的、但在其組成中以高百分比(合成物的0.1至2.5wt％)引入Hf的合成物，通過施加聚焦熱源(激光、電子源、紫外線)其使得能夠在材料中獲得磁化區域，即它與改善哈德菲爾德高錳鋼的機械性能無關。

發明內容

本發明的目的是獲得比基礎哈德菲爾德高錳鋼具有更好的機械性能的改善的哈德菲爾德高錳鋼，而不損害其任何機械性能，由此獲得例如運輸行業范圍內或電磁應用中的新應用。

為此，本發明的第一方面涉及一種基于添加作為合金元素的鉿的哈德菲爾德高錳鋼，賦予所得材料均勻的晶粒尺寸分布以及因此改善的機械性能。

本發明的哈德菲爾德高錳鋼具有如下化學組成：

0.90至1.35wt％的C，

11.00至14.00wt％的Mn，

最大0.80wt％的Si，

最大0.07wt％的P，

最大0.05wt％的S和