一种高锰钢及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及冶金领域，具体而言，涉及一种高锰钢及其制备方法。该高锰钢，按质量百分含量计，所述高锰钢包括以下成分：1.55-1.85％的C、17.0-21.0％的Mn、0.1-1.0％的Si、0.01-0.05％的P、0.01-0.05％的S、0.01-1.0％的Cr、0.01-1.0％的Mo、0.1-3.0％的Al、微量元素0.26～0.4％、余量为Fe。本发明提供的高锰钢同时具有更高的强度、更好的韧性以及更强硬度；本发明通过优化高锰钢的制备方法，提高了高锰钢的理化性能；易于操作，易于大规模工业化生产。
【专利说明】一种高锰钢及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及冶金领域，具体而言，涉及一种高锰钢及其制备方法。
【背景技术】
[0002]超高强韧锰钢工艺的特征是:提高磨面的加工快速硬化能力并提高硬度，增强磨面抵抗磨料切削和凿抗变形磨损的能力，超高强韧硬锰钢水韧处理以后的基本组织为奥氏体，碳化均为粒状，弥散分布均匀，所以基体只有较高的韧性，磨面硬化的同时也保持了一定的韧度，超高强韧锰钢加工硬化速度快，所以在使用过程磨损少能提高使用寿命。现有技术中的高锰钢其硬度、强度和韧性扔不能同时满足人们更高的需要。
[0003]有鉴于此，特提出本发明。
【发明内容】
[0004]本发明的 目的在于提供一种高锰钢，所述高锰钢同时具有更好的韧性，更高的强度和更高的硬度。
[0005]为了实现本发明的目的，特采用以下技术方案:
[0006]一种高锰钢，按质量百分含量计，所述高锰钢包括以下成分:1.55-1.85%的C、17.0-21.0%的 Μη、0.1-1.0%的 Si,0.01-0.05%的 Ρ、0.01-0.05%的 S、0.01-1.0%的 Cr、0.01-1.0%的 Mo,0.1-3.0%的 Al、微量元素 0.26 ~0.4%、余量为 Fe。
[0007]本发明通过调整高锰钢中C、Mn、Fe的含量，通过改善高锰钢中的化学组分，最终得到了一种与现有技术相比强度更高、韧性更好、硬度更高的高锰钢。
[0008]本发明提供的高锰钢的抗拉强度高于850Mpa、屈服强度高于550Ppa、冲击韧性高于120J、延伸率大于45%、初始硬度大于230HB、冲击后硬度大于580HB、耐磨性小于0.0055J,具有极其优良的机械性能、硬度和耐磨性。
[0009]优选的，所述的微量元素包括:Re、Ti和V。不同的化学微量元素对高锰钢的性能有着或积极或消极的影响，例如，增加高锰钢中某些金属元素的含量能提高其的硬度和强度，但其韧性会急剧下降，但发明人通过大量的研究发现，当高锰钢的化学组分中含有微量的Re、Ti和V时，得到的高锰钢的硬度、耐磨性和韧性都能同时得到提升，具有非常优异的综合性能。
[0010]优选的，所述高锰钢包括以下成分:1.60-1.80 %的C、18.0-20.0 %的Mn、
0.5-1.0 % 的 Si,0.03-0.05 % 的 Ρ、0.03-0.05 % 的 S、0.5-1.0 % 的 Cr,0.5-1.0 % 的 Mo、
1.0-3.0% 的 A1、0.03-0.05% 的 Re，0.08-0.15% 的 T1、0.15-0.2% 的 V、余量为 Fe。发明人
通过进一步优化高锰钢中的化学组分和含量，特别是经过反复的试验，确定在高锰钢中同时含有上述比例的Re、V以及Ti时，可以使制备的高锰钢在硬度、强度以及韧性方面同时得到提升。得到的高锰钢的抗拉强度高于860Mpa、屈服强度高于562Ppa、冲击韧性高于131J、延伸率大于48%、初始硬度大于237HB、冲击后硬度大于590HB、耐磨性小于0.0050J。
[0011]由于本发明提供的高锰钢具有非常优异的硬度、耐磨性和韧性，该高锰钢可用于矿山破碎设备，大型锥体产品，齿板产品；可使用于水泥行业，球磨机设备衬板，钢球产品，破碎设备锤头产品；可使用于金属破碎设备，锤头产品，衬板产品；可使用于大型矿山履带板广品、斗齿广品等。
[0012]本发明还提供了一种所述的高锰钢的制备方法，包括以下步骤:
[0013](I)使用中频感应电炉熔炼高锰钢合金原料，在炉底装一层石灰，所述石灰的厚度为30-50mm，所述钢液表面覆盖造渣剂，所述造渣剂的厚度为30_50mm ；
[0014](2)添加莹石调节炉渣粘度；
[0015](3)待炉内合金原料全部化清后，将金属液面的造渣剂全部扒掉，快速加入为合金原料重量的2.0-3.0%的纯铝，同时迅速加入造渣剂，造渣剂的厚度为30-50mm ； [0016](4)将炉温升到1500°C -1520°C，停电静置3_6分钟后，出钢，浇注，保温。
[0017]本发明的制备方法中，通过在炉底和钢液表面铺装造渣剂，随着熔化的进行，炉渣自始至终覆盖着钢液表面，防止钢液吸气、过分氧化，并能收集夹杂物，保温节能，提高高锰钢的理化性能，。
[0018]优选的，所述造渣剂为Al2O315本发明采用Al2O3为造渣剂覆盖在钢液的表面，Al2O3具有熔点低、碱度高、成分均匀、粒度小，并且在高温下易碎裂，成渣速度快等特点，因而减轻了转炉造渣的负担。
[0019]所述萤石的用量为合金原料质量的0.2-0.3%。本发明中，由于在钢液的表面以及炉底铺装氧化铝，通过添加萤石，既可以保证炉渣的碱性的同时还能调节炉渣的流动性，并且减少了萤石的用量。
[0020]所述步骤⑷中，出钢时，在浇包内预先放入为合金原料重量的0.1-0.3%的稀土硅，出钢完成以后迅速盖好造渣剂，钢液镇静4-6分钟以后进行浇注。
[0021]按质量百分含量计，所述合金原料包括70-75 %的碳素钢、23-28 %的锰铁和
1.0-2.0 %的铬铁。
[0022]所述碳素钢的型号为GB699，所述锰铁的型号选自GB3795、FeMn75C6.8和FeMn80C0.4，所述铬铁的型号选自GB5683和FeCr69Cl.0。
[0023]所述步骤(3)中，所述纯铝的型号为GB1196。
[0024]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0025](I)本发明提供的高锰钢同时具有更高的强度、更好的韧性以及更强硬度；
[0026](2)本发明通过优化高锰钢的制备方法，提高了高锰钢的理化性能；
[0027](3)本发明提供的高锰钢的制备方法易于操作，易于大规模工业化生产。
【具体实施方式】
[0028]下面通过具体实施例对本发明的
【发明内容】
做进一步说明，但并不因此而限定本发明的内容。
[0029]实施例一
[0030]在中频感应电炉的炉底装一层石灰，所述石灰层的厚度为30_，炉内装入高锰钢合金原料，进行熔炼。按质量百分含量计，所述的高锰钢合金原料为:70%的碳素钢GB699、28 % 的锰铁 GB3795 和 2.0 % 铬铁 GB5683。
[0031]在所述钢液表面覆盖Al2O3粉末造渣剂，所述Al2O3的厚度为50mm ;在熔炼的过程中，视炉渣粘度，适时添加一些莹石，调节炉渣流动性。萤石的添加量为合金质量的0.2%。待炉内合金全部化清后，将金属液面的造渣剂全部扒掉，快速加入为合金原料重量的2.0%的纯铝GBl 196，同时迅速加入Al2O3粉末，Al2O3的厚度为30mm。
[0032]将炉温升到1500°C，停电静置3分钟后，出钢，出钢时，在浇包内预先放入为合金重量的0.3%的稀土硅，出钢时做到深口大流，出钢完成以后迅速盖好覆盖剂，钢液镇静4分钟以后进行浇注，保温。
[0033]按质量百分含量计，所述高锰钢包括以下成分:1.55的(:、21.0%的胞、1.0%的
51.0.01%的 P、0.01%的 S、1.0%的 Cr、1.0%的 Mo、0.1%的 A1、0.26%的微量元素 Re、Ti和V、余量为Fe。
[0034]实施例二
[0035]在中频感应电炉的炉底装一层石灰，所述石灰层的厚度为50_，炉内装入高锰钢合金原料，进行熔炼。按质量百分含量计，所述的高锰钢合金原料为:75%的碳素钢GB699、23% 的锰铁 FeMn75C6.8 和 2.0%铬铁 FeCr69Cl.0。
[0036]在所述钢液表面覆盖Al2O3粉末造渣剂，所述造渣剂的厚度为30_ ;在熔炼的过程中，视炉渣粘度，适时添加一些莹石，调节炉渣流动性。萤石的添加量为合金质量的0.3%。待炉内合金全部化清后，将金属液面的造渣剂全部扒掉，快速加入为合金原料重量的3.0%的纯铝GBl 196，同时迅速加入Al2O3粉末，Al2O3的厚度为50mm.[0037]将炉温升到1520°C，停电静置6分钟后，出钢，出钢时，在浇包内预先放入为合金重量的0.1%的稀土硅，出钢时做到深口大流，出钢完成以后迅速盖好覆盖剂，钢液镇静6分钟以后进行浇注，保温。
[0038]按质量百分含量计，所述高锰钢包括以下成分:1.85%的(:、17.0%的胞、0.1%的
51.0.05% 的 Ρ、0.05% 的 S、0.01% 的 Cr、0.01% 的 Mo、3.0% 的 Al、微量元素 0.4%、余量为Fe。
[0039]实施例三
[0040]在中频感应电炉的炉底装一层石灰，所述石灰层的厚度为40mm，炉内装入高锰钢合金原料，进行熔炼。按质量百分含量计，所述的高锰钢合金原料为:72.6%的碳素钢GB699、26% 的锰铁 FeMn80C0.4 和 1.4%铬铁 GB5683。
[0041]在所述钢液表面覆盖Al2O3粉末造渣剂，所述Al2O3粉末的厚度为40mm;在熔炼的过程中，视炉渣粘度，适时添加一些莹石，调节炉渣流动性。萤石的添加量为合金质量的
0.25%。待炉内合金全部化清后，将金属液面的造渣剂全部扒掉，快速加入为合金原料重量的2.5%的纯铝GBl 196，同时迅速加入Al2O3粉末，Al2O3的厚度为40mm.[0042]将炉温升到1510°C，停电静置5分钟后，出钢，出钢时，在浇包内预先放入为合金重量的0.2%的稀土硅，出钢时做到深口大流，出钢完成以后迅速盖好覆盖剂，钢液镇静5分钟以后进行浇注，保温。
[0043]按质量百分含量计，所述高锰钢包括以下成分:1.60%的C、20.0%的Μη、0.5%的
51.0.03% 的 P、0.05% 的 S、0.5% 的 Cr、0.5% 的 Mo、1.0% 的 A1、0.05% 的 Re，0.15% 的 T1、
0.15%的V、余量为Fe。
[0044]实施例四
[0045]在中频感应电炉的炉底装一层石灰，所述石灰层的厚度为40mm，炉内装入高锰钢合金原料，进行熔炼。按质量百分含量计，所述的高锰钢合金原料为:73%的碳素钢GB699、26% 的锰铁 FeMn75C6.8 和 1.0%铬铁 GB5683。
[0046]在所述钢液表面覆盖Al2O3粉末造渣剂，所述Al2O3粉末的厚度为40mm ;在熔炼的过程中，视炉渣粘度，适时添加一些莹石，调节炉渣流动性。萤石的添加量为合金质量的
0.24%。待炉内合金全部化清后，将金属液面的造渣剂全部扒掉，快速加入为合金原料重量的2.0%的纯铝GBl 196，同时迅速加入Al2O3粉末，Al2O3的厚度为40mm.[0047]将炉温升到1510°C，停电静置5分钟后，出钢，出钢时，在浇包内预先放入为合金重量的0.15%的稀土硅，出钢时做到深口大流，出钢完成以后迅速盖好覆盖剂，钢液镇静5分钟以后进行浇注，保温。
[0048]按质量百分含量计,所述高猛钢包括以下成分:1.80%的C、18.0%的Mn、1.0%的
Si,0.05% 的 P、0.03% 的 S、l.0% 的 Cr、l.0% 的Mo、3.0% 的 A1、0.03% 的 Re，0.08% 的 T1、0.2%的V、余量为Fe。
[0049]比较例I
[0050]本比较例对比了本发明制备的高锰钢与现有技术中的高锰钢的理化性能。对比结果见表1。
[0051]对比样品为Mnl3Cr2高锰钢板，厂商为上海利佳特殊钢有限公司。
[0052]表1
[0053]
【权利要求】
1.一种高锰钢，其特征在于，按质量百分含量计，所述高锰钢包括以下成分:1.55-1.85%的 C、17.0-21.0%的 Μη、0.1-1.0%的 Si,0.01-0.05%的 Ρ、0.01-0.05%的 S、0.01-1.0%的 Cr,0.01-1.0%的 Μο、0.1-3.0%的 Al、微量元素 0.26 ~0.4%、余量为 Fe。
2.根据权利要求1所述的高锰钢，其特征在于，所述的微量元素包括:Re、Ti和V。
3.根据权利要求2所述的的高锰钢，其特征在于，所述高锰钢包括以下成分:1.60-1.80%的 C、18.0-20.0%的 Μη、0.5-1.0%的 Si,0.03-0.05%的 Ρ、0.03-0.05%的 S、0.5-1.0 % 的 Cr,0.5-1.0 % 的 Mo、1.0-3.0 % 的 Α1、0.03-0.05 % 的 Re, 0.08-0.15 % 的 T1、0.15-0.2%的 V、余量为 Fe。
4.一种权利要求1-3任一项所述的高锰钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)使用中频感应电炉熔炼高锰钢合金原料，在炉底装一层石灰，所述石灰的厚度为30-50mm，所述钢液表面覆盖造渣剂，所述造渣剂的厚度为30_50mm ； (2)添加莹石调节炉渣粘度； (3)待炉内合金原料全部化清后，将金属液面的造渣剂全部扒掉，快速加入为合金原料重量的2.0-3.0%的纯铝，同时迅速加入造渣剂，造渣剂的厚度为30-50mm ； (4)将炉温升到1500°C-1520°C，停电静置3_6分钟后，出钢，浇注，保温。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述造渣剂为A1A。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述萤石的用量为合金原料质量的0.2-0.3%。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，出钢时，在浇包内预先放入为合金原料重量的0.1-0.3%的稀土硅，出钢完成以后迅速盖好造渣剂，钢液镇静4-6分钟以后进行浇注。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，按质量百分含量计，所述合金原料包括70-75%的碳素钢、23-28%的锰铁和1.0-2.0 %的铬铁。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述碳素钢的型号为GB699，所述锰铁的型号选自GB3795、FeMn75C6.8和FeMn80C0.4，所述铬铁的型号选自GB5683和FeCr69Cl.0。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述纯铝的型号为GB1196。
【文档编号】C22C38/38GK103924166SQ201410173932
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】李来龙 申请人:李来龙