[發明專利]一種Cr?Al?Nb?V合金化的高耐磨高錳鑄鋼

有效

• 申請號: 201610990364.8
• 申請日: 2016-11-10
• 公開（公告）號: CN106282804B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 李昭東;劉寧;王鑫;雍岐龍;陳穎;王慧敏;楊忠民
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院;中聯先進鋼鐵材料技術有限責任公司
• 主分類號: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04;C22C38/02;C22C38/18;C22C38/06;C22C38/12;C21D6/00
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙)11386
• 代理人: 王濤,張春

技術領域

本發明屬于耐磨鑄鋼領域，具體涉及一種Cr-Al-Nb-V合金化的高耐磨高錳鑄鋼。

背景技術

耐磨高錳鋼Mn13自發明已經有一百多年的歷史，使用狀態組織為奧氏體，在較大的沖擊載荷或接觸應力的使用狀態下，表面迅速硬化，具有優異的耐沖擊磨損性能。高錳奧氏體鋼也因此難以變形和機加工，常以鑄鋼形式使用。隨著實際工況對高錳奧氏體鑄鋼的耐磨性要求越來越高，各種改進型高錳鋼的開發受到重視。如成功應用的改進型高錳鋼ZG120Mn13Cr2、ZG120Mn17Cr2，由于加入了約2％(質量百分數)的Cr，提高了初始硬度和加工硬化能力，較Mn13高錳鋼較大的提高了耐磨性；但過高的Cr含量顯著降低沖擊韌性。利用Mo代替Cr也可以提高耐磨性，但由于Mo元素昂貴，以Mo代Cr的高錳鋼很少得到應用。此外，還有一些研究或專利CN105803322A、CN105779889A如添加Ti、W等強碳化物以形成大量的粗大硬質相如TiC、WC等以提高硬度，但同時也顯著的降低了沖擊韌性，反而不利于其沖擊磨損性能的提高。本發明發現并利用了Cr-Al-Nb-V對高錳奧氏體的協同調控作用，開發了一種新型高耐磨高錳鋼及其水韌處理工藝，顯著提高高錳鋼的耐沖擊磨損性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種Cr-Al-Nb-V合金化的高耐磨高錳鑄鋼。在化學成分上，通過Al合金化的思路，突破了以往的Cr含量限制，同時采用Nb-V復合微合金化，細化奧氏體晶粒尺寸，共同、顯著提高了高錳鋼的耐沖擊磨損性。為了達到上述技術目標，本發明的技術方案具體如下：

一種Cr-Al-Nb-V合金化的高耐磨高錳鑄鋼，化學成分C：1.20～1.60wt.％、Si：0.25～0.75wt.％、Mn：16.0～20.0wt.％、Cr：3.00～5.00wt.％、Al：1.00～2.00wt.％、Nb：0.04～0.10wt.％、V：0.10～0.20wt.％、P<0.03wt.％、S<0.015wt.％，余量為Fe和不可避免的雜質，均為重量百分數。

優選地，化學成分C：1.20～1.35wt.％、Si：0.25～0.35wt.％、Mn：16.0～18.0wt.％、Cr：3.00～3.50wt.％、Al：1.00～1.30wt.％、Nb：0.04～0.07wt.％、V：0.10～0.13wt.％、P<0.01wt.％、S<0.010wt.％，余量為Fe和不可避免的雜質，均為重量百分數。

優選地，化學成分C：1.50～1.60wt.％、Si：0.50～0.75wt.％、Mn：18.5～20.0wt.％、Cr：4.00～5.00wt.％、Al：1.60～2.00wt.％、Nb：0.08～0.10wt.％、V：0.15～0.20wt.％、P<0.03wt.％、S<0.015wt.％，余量為Fe和不可避免的雜質，均為重量百分數。

優選地，Nb、V總量不高于0.30wt.％。

優選地，Mn/C質量比控制不低于10。

優選地，Al/Cr質量比不低于1:5。

優選地，Nb/C質量比應控制為1:30～1:15，V/C質量比控制為1:12～1:8，V/Nb質量比控制為大于2。

優選地，鋼中Cr的碳化物尺寸在5微米以下，奧氏體晶粒在50～100微米。

進一步地，提供一種上述Cr-Al-Nb-V合金化的高耐磨高錳鑄鋼的制備方法，其特征在于：按高錳鋼成分和質量百分含量將原材料混合放入真空感應加熱爐內，充分熔化后再保溫8～10分鐘制成高錳鋼水，出爐后澆鑄形成鑄件，采用分段加熱的熱處理方式，首先將鑄件以100-150℃/h的速度升溫至750℃-850℃保溫1～2小時，隨后隨爐加熱繼續將鑄件升溫至1000℃～1200℃保溫1～4小時，最后出爐水冷到室溫。

本發明各元素的作用及配比依據如下：

碳：較高的C含量是高錳鋼耐磨性的重要保障，奧氏體中固溶的C可以保證高錳奧氏體的加工硬化能力，析出的C則增加高錳鋼的硬度。本發明采用較高錳含量和Nb、V復合微合金的設計原則，奧氏體中固溶的C含量不低于1.10wt.％，總C含量隨Nb、V總量同步增加。過高的C含量和Nb、V總量不利于沖擊韌性的保證。因此，在Nb、V總量不高于0.30wt.％的前提下，本發明控制C含量為1.20～1.60wt.％。

硅：鋼中脫氧元素之一，具有固溶強化效果。本發明主要利用其脫氧作用，控制Si含量為0.25～0.75wt.％。