专利名称：高锰钢及其制备方法
高锰钢及其制备方法技术领域：
本发明涉及锰钢及其制备方法，具体地说是涉及一种高锰钢及其制备方法。背景技术：
锰钢是一种高强度的抗锰钢，主要用于需要承受冲击、挤压、物料磨损等恶劣工况条件，破坏形式以磨损消耗为主，部分断裂、变形。磨损分为三种金属构件表面间相互接触并运动的摩擦磨损；其它金属或非金属物料打击金属表面的磨料磨损和流动气体或液体与金属接触导致的冲蚀磨损。耐磨钢的耐磨性能取决于材料本身，而抗磨钢则在不同的工况条件下表现出不同的耐磨性，材料本身和工况条件两者才能决定其耐磨性能。铸造耐磨钢和抗磨钢以奥氏体锰钢为主，在一定的条件下经适当热处理的低合金钢也有很好的效果， 石墨钢则用于润滑摩擦的工况条件。
耐磨高锰钢特别适用于冲击磨料磨损和高应力碾碎磨料磨损工况，常用于制造球磨机衬板，锤式破碎机锤头，颚式破碎机颚板，圆锥破碎机轧白壁、破碎壁，挖掘机斗齿、斗壁，铁道道岔，拖拉机和坦克的履带板等抗冲击、抗磨损的铸件。高锰钢还用于防弹钢板， 保险箱钢板等。高锰钢是典型的抗磨钢，铸态组织为奥氏体加碳化物。经1000°c左右水淬处理后组织转变为单一的奥氏体或奥氏体加少量碳化物，韧性反而提高，因此称水韧处理。
水韧处理是一项技术性高、工艺及参数要求非常精确的工艺，水韧处理中的最高加热温度与高锰钢中的合金元素之间的比例息息相关。
由于现有高锰钢及合金钢抗冲击及耐磨性能不理想，导致其在使用过程中损耗较高，为了进一步提高高锰钢抗冲击及耐磨性，寻求适用于不同工矿下的新钢种，近年来各国的研究人员在高锰钢的合金元素的组成及配比上做出了一系列的研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一在于提供一种抗冲击及耐磨性好的高锰钢。
本发明所要解决的技术问题之二在于上述高锰钢的制备方法。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题之一的一种高锰钢，由以下组分按重量百分比组成碳(C) :0.9 1.2% ；锰(Mn) 11 14% ；硅(Si) :0.3 0.6% ；铬 (Cr) 1. 5 2. 5% ；磷(P)小于等于0. 04 ；硫(S)小于等于0. 04 ；其余为铁。
优选碳(C):1. 0 1. M (Mn) 12 13% ；硅(Si) :0· 4 0. 5% ；铬(Cr) 1. 8 2. 2% ；磷⑵小于等于0. 01 ；硫⑶小于等于0. 01 ；其余为铁。
最佳配比为碳(C)1. 05% ；锰(Mn) 12. 5% ；硅(Si) 0. 45% ；铬(Cr) 2% ；磷 (P) 0. 005 ；硫(S) 0. 005 ；其余为铁。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题之二的一种高锰钢的制备方法， 包括以下步骤
步骤1 首先选择较好的废旧锰钢和废钢作为原料；
步骤2 冶炼，将上述废旧锰钢和废钢通过电炉镕成锰钢水，并加入合金元素进行成份调整，保证成份合格后才出水，出水温度控制在1650°C进行浇注，其成份控制在
碳(C)0. 9 1. 2% ；锰(Mn) 11 14% ；硅(Si) :0. 3 0. 6% ；铬(Cr) 1. 5 2. 5% ；磷⑵小于等于0. 04 ；硫⑶小于等于0. 04 ；其余为铁；
步骤3 造型，选择优质碱性材料砂作为造型砂，型造好后进行上涂料，再进行合箱、浇注，浇注温度为1450°C ；热处理保温温度为1050°C，保温时间为3小时；
步骤4 清砂，浇注完成后，根据铸件大小来控制清砂时间；
步骤5 清理铸件毛刺，打磨检验；
步骤6 热处理，把清好砂的铸件堆放到高温热处理炉内放好，封好炉门，进行升温，温度升到1100°c后进行保温，保温4小时快速出炉入水淬火；
步骤7 淬火，快速将铸件出炉，出炉温度控制在1000°C，铸件控制在950°C浸入处于常温状态的水介质中对铸件进行整体淬火1小时，淬火过程中水介质温度控制在80°c 以下；
步骤8 再次清理表面以及产品进行验收、进库、堆放、分类入库。
所述步骤2中，最佳成份配比为碳(C) :1. 05%;锰(Mn) :12. 5%;硅(Si) :0.45%; 铬(Cr) 2% ；磷(P) 0. 005 ；硫(S) 0. 005 ；其余为铁。
所述步骤4中，40-60mm厚度在6小时开箱，80mm厚度以上8小时再开箱清砂。
所述步骤7中，淬火期间小铸件的水介质温度温度偏高控制在80°C以下，大铸件的水介质温度偏低控制在70°C以下。
本发明的优点是
1、该高锰钢中的各合金元素比例合理，特别是关键合金元素锰、碳的比例合理，保证了高锰钢的抗冲击性及耐磨性；该锰钢屈服强度能达到430 435MPa，抗拉强度能达到 900 985MPa，延伸率能达到45 56%，收缩率能达到42 50%，冲击韧度能达到243 275J，铸态硬度至少能达到228HB，加工强度能达到500 550HB。
2、该锰钢的各项性能能够用于用于结构较为复杂、要求以韧性为主的高冲击铸件，如履带板等，达到该类钢材材质要求。
3、完善了水韧处理工艺，特别是经过反复试验，给出了最佳的最高加热温度，该最高加热温度与各合金元素的比例之间的关系息息相关。
4、调整成份时的出水温度也是反复论证，得出的临界点温度。
5、本高锰钢的合金元素中，不含贵重金属合金，并且在得到与现有的高锰钢相同或相近的抗冲击及耐磨性的前提下，该生产工艺更简单、生产成本低，因此具有良好的市场前景。具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明高锰钢是由以下组分按重量百分比组成碳(C) :0. 9 1.2% ；锰(Mn) 11 14% ；硅(Si) 0. 3 0. 6% ；铬(Cr) 1. 5 2. 5% ；磷(P)小于等于 0. 04 ；硫(S) 小于等于0. 04;其余为铁。
优选碳(C):1. 0 1. ；锰(Mn) 12 13% ；硅(Si) :0· 4 0. 5% ；铬(Cr)1.8 2. 2% ；磷⑵小于等于0. 01 ；硫⑶小于等于0. 01 ；其余为铁。最佳配比为碳(C):1. 05% ；锰(Mn) :12. 5% ；硅(Si) :0· 45% ；铬(Cr) 2% ；磷 (P) :0. 005 ；硫(S) 0. 005 ；其余为铁。上述的高锰钢的制备方法包括以下步骤步骤1 首先选择较好的废旧锰钢和废钢作为原料；步骤2 冶炼，将上述废旧锰钢和废钢通过电炉镕成锰钢水，并加入合金元素进行成份调整，保证成份合格后才出水，出水温度控制在1650°C进行浇注，其成份控制在碳(C)0. 9 1. 2% ；锰(Mn) 11 14% ；硅(Si) 0. 3 0. 6% ；铬(Cr) 1. 5
2.5% ；磷⑵小于等于0. 04 ；硫⑶小于等于0. 04 ；其余为铁；优选碳(C):1. 0 1. ；锰(Mn) :12 13% ；硅(Si) :0· 4 0. 5% ；铬(Cr) 1. 8 2. 2% ；磷⑵小于等于0. 01 ；硫⑶小于等于0. 01 ；其余为铁；最佳成份配比为碳(C):1.05%;锰(Mn) :12.5%;硅(Si) :0.45%;铬(Cr) 2%； 磷(P) 0. 005 ；硫(S) :0. 005 ；其余为铁；步骤3 造型，选择优质碱性材料砂作为造型砂，型造好后进行上涂料，再进行合箱、浇注，浇注温度为1450°C ；热处理保温温度为1050°C，保温时间为3小时；步骤4 清砂，浇注完成后，根据铸件大小来控制清砂时间；步骤5 清理铸件毛刺，打磨检验；步骤6 热处理，把清好砂的铸件堆放到高温热处理炉内放好，封好炉门，进行升温，温度升到1100°c后进行保温，保温4小时快速出炉入水淬火；步骤7 淬火，快速将铸件出炉，出炉温度控制在1000°C，铸件控制在950°C浸入处于常温状态的水介质中对铸件进行整体淬火1小吋，淬火过程中水介质温度控制在80°C以下；其中，淬火期间小铸件的水介质温度温度偏高控制在80°C以下，大铸件的水介质温度偏低控制在70°C以下。步骤8 再次清理表面以及产品进行验收、进库、堆放、分类入库。上述步骤中，冶炼、造型、清砂、清理、热处理等生产过程与现有高锰钢生产类似， 关键点是控制エ艺的时间和温度。本发明的高锰钢与目前传统配方及生产エ艺生产的高锰钢相比，具有优异的综合
力学性能和使用性能，具体情况见下表所示
权利要求
1.一种高锰钢，其特征在于由以下组分按重量百分比组成碳(C) :0.9 1.2%;锰 (Mn) 11 14% ；硅(Si) :0. 3 0. 6% ；铬(Cr):l. 5 2. 5% ；磷(P):小于等于 0. 04 ；硫(S): 小于等于0. 04;其余为铁。
2.如权利要求1所述的高锰钢，其特征在于优选碳(C):l.0 1. 1% ；锰(Mn) 12 13%;硅(Si) :0.4 0. 5%;铬(Cr) 1. 8 2. 2%;磷(P)小于等于 0. 01 ；硫(S):小于等于0.01；其余为铁。
3.如权利要求1所述的高锰钢，其特征在于最佳配比为碳(C):l.05%;锰(Mn) 12. 5% ；硅(Si) :0. 45% ；铬(Cr) :2% ；磷(P) :0. 005 ；硫(S) 0. 005 ；其余为铁。
4.一种高锰钢的制备方法，其特征在于包括以下步骤 步骤1 首先选择较好的废旧锰钢和废钢作为原料；步骤2:冶炼，将上述废旧锰钢和废钢通过电炉镕成锰钢水，并加入合金元素进行成份调整，保证成份合格后才出水，出水温度控制在1650°C进行浇注，其成份控制在碳(C):0. 9 1. 2% ；锰(Mn) 11 14% ；硅(Si) :0. 3 0. 6% ；铬(Cr):l. 5 2. 5% ；磷 (P)小于等于0.04 ；硫(S):小于等于0.04;其余为铁;步骤3 造型，选择优质碱性材料砂作为造型砂，型造好后进行上涂料，再进行合箱、浇注，浇注温度为1450°C ；热处理保温温度为1050°C，保温时间为3小时； 步骤4 清砂，浇注完成后，根据铸件大小来控制清砂时间； 步骤5 清理铸件毛刺，打磨检验；步骤6 热处理，把清好砂的铸件堆放到高温热处理炉内放好，封好炉门，进行升温，温度升到1100°C后进行保温，保温4小时快速出炉入水淬火；步骤7:淬火，快速将铸件出炉，出炉温度控制在1000° C，铸件控制在950° C浸入处于常温状态的水介质中对铸件进行整体淬火1小时，淬火过程中水介质温度控制在80° C 以下；步骤8 再次清理表面以及产品进行验收、进库、堆放、分类入库。
5.如权利要求4所述的高锰钢的制备方法，其特征在于所述步骤2中，优选碳(C)1.0 1. 1% ；锰(Mn) 12 13% ；硅(Si) :0. 4 0. 5% ；铬(Cr) 1. 8 2. 2% ；磷(P)小于等于0. 01 ；硫(S)小于等于0. 01 ；其余为铁。
6.如权利要求4所述的高锰钢的制备方法，其特征在于所述步骤2中，最佳成份配比为碳(C) 1. 05% ；锰(Mn) 12. 5% ；硅(Si) :0. 45% ；铬(Cr) :2% ；磷(P) :0. 005 ；硫(S) 0. 005 ；其余为铁。
7.如权利要求4所述的高锰钢的制备方法，其特征在于所述步骤4中，40-60mm厚度在6小时开箱，80mm厚度以上8小时再开箱清砂。
8.如权利要求4所述的中锰钢的制备方法，其特征在于淬火期间小铸件的水介质温度温度偏高控制在80°C以下，大铸件的水介质温度偏低控制在70°C以下。
全文摘要
本发明公开了一种高锰钢，由以下组分按重量百分比组成碳(C)0.9～1.2%；锰(Mn)11～14%；硅(Si):0.3～0.6%；铬(Cr):1.5～2.5%；磷(P):小于等于0.04；硫(S)小于等于0.04；其余为铁。其制备方法包括首先选择原料；冶炼，保证成份合格后才出水，出水温度控制在1650oC进行浇注；造型，型造好后进行上涂料，再进行合箱、浇注；清砂清理铸件毛刺，打磨检验；热处理，把清好砂的铸件堆放到高温热处理炉内放好，封好炉门，进行升温，温度升到1100oC后进行保温，保温4小时快速出炉入水淬火；再次清理表面以及产品进行验收、进库、堆放、分类入库。本发明的优点是保证了高锰钢的抗击性及耐磨性好，生产工艺更简单、生产成本低，具有良好的市场前景。
文档编号C21D1/60GK102534405SQ20111040265
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者张秋莲, 徐平, 徐志勇, 梅宝, 梅百荣, 沈同贵, 陈玮 申请人:铜陵安东铸钢有限责任公司