[發明專利]一種提高含V合金化高錳鋼鑄件耐磨性能的方法

在審

• 申請號: 202310066132.3
• 申請日: 2023-02-06
• 公開（公告）號: CN115976303A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 山泉;王睿;李祖來;陳欣;伏豪
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C21D1/18
• 分類號: C21D1/18;C21D6/02;C22C38/58;C22C38/02;C22C38/50;C22C38/46;C22C38/48;C22C38/42;C22C38/44;C22C33/06
• 代理公司: 昆明隆合知識產權代理事務所(普通合伙) 53220
• 代理人: 龍燕

本發明公開一種提高含V合金化高錳鋼鑄件耐磨性能的方法，屬于高錳鋼鑄件熱處理工藝技術領域。本發明所述方法將合金化高錳鋼鑄件加熱至1150±50℃并保溫，水冷；隨后重新加熱至450±50℃保溫，空冷至室溫；再加熱至700~850℃短時間保溫后，水冷；最終再加熱至450±50℃保溫，空冷至室溫；獲得穩定奧氏體組織，同時析出由納米至微米級的多尺度析出相，改善了V易在微米級先析出相異質形核消耗導致周圍含V納米至亞微米級析出相減少的情況，進一步提升亞微米級析出相的含量并使其彌散分布；本發明所述方法為：最終獲得的高錳鋼鑄件擁有較好的綜合力學性能及各沖擊功載荷下均表現優異的耐磨性能。

技術領域

本發明涉及一種提高含V合金化高錳鋼鑄件耐磨性能的方法，屬于高錳鋼鑄件熱處理工藝領域。

背景技術

高錳鋼擁有良好的加工硬化能力，在承受劇烈沖擊時易形成表面硬化，芯部仍具極強韌性的特點，因此常用于礦山機械，如球磨機、破碎機襯板等。實踐中發現高錳鋼的抗沖擊磨損能力只有在高應力載荷條件下才能凸顯，并且因初始屈服強度較低，使用初期往往變形較嚴重，提前失效。隨著現代技術發展，為滿足高效、安全的生產工況，很多學者在高錳鋼的合金化、熱處理工藝、變質處理、預硬化處理等方面做了大量的研究工作，旨在進一步提升高錳鋼的初始屈服強度及耐磨性，改善低應力載荷下加工硬化不足及高應力載荷下使用初期變形嚴重等問題。

合金化是一種提高高錳鋼綜合力學性能及耐磨性能的常用手段。近年來，Ti、V、Nb作為強碳、氮化物形成元素而被廣泛運用于鋼鐵材料第二相強化研究中。微量添加Ti、V、Nb配合恰當的熱處理工藝能使高錳鋼在保持奧氏體基體的同時獲得納米至微米級的多尺度析出相。V的固溶度積相當大，時效過程中能以納米至亞微米級碳氮化物大量析出，理論上能大大增加第二相強化增量。但實際熱處理過程中，由于存在Ti、Nb在高溫時的先析出相，V往往容易偏聚在尺寸較大的先析出相的邊緣以異質形核的方式成為大尺寸復雜析出相的一部分，導致周圍含V納米至亞微米級析出相體積分數的減少。另一方面，V是一種非常昂貴的合金元素，價格約為Fe的一千倍，Ti的25倍，Nb的4倍。雖然在Ti-V-Nb合金化高錳鋼中，V的質量分數占比通常只有0.3%左右，但卻占原料成本的50%以上。

發明內容

為解決以上所提到的問題，本發明提供一種提高含V合金化高錳鋼鑄件耐磨性能的方法，利用預時效-回溶-再時效的熱處理工藝，達到減輕V在時效過程中易偏聚并依附于先析出相形核，成為微米級復雜析出相的一部分而大量消耗的情況；添加N元素使其在再時效過程中更多的以納米至亞微米級含V碳氮化物析出，增加第二相的體積分數從而提高合金化高錳鋼鑄件的綜合力學性能及耐磨性能，具體包括以下步驟：

（1）水韌處理：將高錳鋼鑄件加熱至1150±50℃，保溫2h后水淬。

（2）預時效處理：將步驟（1）處理后的高錳鋼鑄件加熱至450±50℃并保溫1h，隨后空冷至室溫。

（3）回溶處理：將爐溫預熱到700~850℃后，將步驟（2）處理后的高錳鋼鑄件放入爐內保溫并保溫15min，隨后水淬。

（4）再時效處理：將步驟（3）處理后的高錳鋼鑄件加熱至450±50℃并保溫1h，隨后空冷至室溫。

所述合金化高錳鋼的成分質量百分比為：C:0.9%~1.1%、N:0.08%~0.10%、Mn:16.5%~18.5%、Cr:1.8%~2.0%、Si:0.7~0.9%、Ti:0.08%~0.10%、V:0.40%~0.55%、Nb:0.15%~0.25%、Cu:0.45%~0.55%、Ni:0.2%~0.3%、Mo:0.45%~0.60%、P0.02%、S0.02%，其余為Fe。

本發明所述高錳鋼鑄件通過常規方法制備得到，優選的，所述高錳鋼鑄件的制備方法為：按合金成分質量百分比準備原料，先將純鐵與石墨電極加入坩堝中加熱至1450℃以上，依次加入鉻鐵、硅鐵和錳鐵，繼續升溫至熔化，然后加入剩余的合金材料進行熔煉，接著將電爐中的鋼水經出鋼口倒入鋼包內，加蓋，底吹氮氣使鋼液攪拌均勻，最后進行澆鑄。