专利名称：一种用于耐磨铸件的含钨高锰钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于铸造的合金钢，特别涉及一种用于破碎金属(黑色和有色)非金属(石头、煤炭、水泥熟料等)机械中使用的耐磨铸件的含钨高锰钢。
背景技术：
在欧美等发达国家，废旧汽车回收数量巨大。回收后，通常的做法是，取出电瓶等个别零部件，将汽车压扁，整体送入破碎机器中，用高速旋转的锤头反复敲击，破碎成钢厂用的回炉料。此类机器还广泛用于破碎其它黑色和有色金属，以及非金属(石头，煤，水泥熟料等)。
举例在美国销量较大的四种类型的破碎机，转速分别为RPM720、600、514、450。机器越大，转速越低。此转速是指安装上锤头的多根轴围绕破碎室中心的转速。轴公转时，锤头在轴上自转。
国外专家对高速旋转达的锤头的离心力进行了计算，以90KG小锤头为例，达300多吨。如此大的离心力砸在破碎物上，反作用于锤头，使它承受的是冲击磨损。在破碎机器中，90kg的锤头尚属小的，大的锤头可达900磅重，约合400kg。对锤头用材料提出了较高的要求。
众所周知，高锰钢在大的冲击负荷下，表面产生冷作硬化，形成高耐磨的表面层，而内层奥氏体仍保持着良好的韧性。但从向美国提供此类锤头的国内生产企业处得知，普通高锰钢的韧性尚不足以满足锤头等铸件的要求，必须在高锰钢中加入Mo。美国ASTM A 128/A128M中的E-2化学成分为高锰钢中加1.8-2.1％Mo；在美国企业标准中也有含Mo的高锰钢。因为钼在钢冷凝时能改善奥氏体沿树枝晶发展的倾向，并能提高奥氏体的稳定性，抑制碳化物的析出消除晶界上的网状碳化物而形成块状和粒状碳化物并细化晶粒，还可固溶强化奥氏体，从而明显提高高锰钢的韧性。上述国内企业按美国企业标准生产的含Cr、Mo的铸造高锰钢锤头，在美国产的破碎机上获得成功的使用，并随机器行销世界各地。锤头等含钼的高锰钢铸件已成为该企业的出口支柱产品。
但是钼的价格较贵。特别是近年来我国原材料市场价格逐步与国际接轨，钼的国内价格不再远低于国际市场价，加之国内废钢价上涨，使企业在原材料价格上的优势几乎丧失殆尽。油价猛涨而引起的国内运输和国际海运价格的窜升以及电价的上调，使我国企业的产品在美国等市场上的竞争力显著降低。有的美国客户把订单转向了周边国家。因此寻找钼的替代合金成分，至关重要。
国内外有关高锰钢的书籍和文献中，谈及其化学成分不外乎C、Mn、Si、P、S，以及Cr、Ni、Mo、Ti、V、Nb及稀土元素，偶见对W的论述，也是说它促使碳化物在晶界上分布，对性能不利。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于耐磨铸件的含钨高锰钢，该含钨高锰钢能满足上述要求并且在价格上有竞争力。
钨和钼在元素周期表中，同属VIA族。在结构钢和工具钢中，两元素相互替代的成功范例并不鲜见。
由于钼在高锰钢中有上述诸多良好作用，钨也会存有相应作用的可能性，因此，申请人尝试在铸造高锰钢中以钨取代钼(全部或部分)，试图得到一种价格低并能够与含钼铸造高锰钢效果等同的含钨高锰钢。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是，一种用于耐磨铸件的含钨高锰钢，其特征在于，该高锰钢含有下列重量比的原料C0.95-1.35％，Mn11.5-14％，Si0.3-1.0％，Cr0.2-1.0％，P≤0.07％，余量为Fe。其中W的含量为0.6-2.0％，或W的含量为0.2-0.5％时，再加0.2-0.4％的Mo，以上是针对受冲击磨损的铸件。
在破碎非金属材料时，相当多的情况属非强冲击磨料磨损。为此，申请人又设计了下列的含钨高锰钢，其包含的成分为C0.95-1.35％，Mn11.5-14.0％，Si0.3-1.0％，Cr0.2-1.0％，W3.5-4.2％，P≤0.07％，余量为Fe。与美国ASTM A 128/128M中的E-2钢作对比。
还可以在上述含钨合金钢加入稀土元素Re，其含量为0.02-0.15％。
本发明的用于耐磨铸件的含钨高锰钢，与美国含钼高锰钢和普通高锰钢作对比，经模拟零件冲击弯曲试验、机械性能试验和现场使用试验结果表明，在高锰钢中加入W，能明显提高钢的强度和韧性。W和其它合金元素配合有良好的综合作用。含钨的高锰钢和普通高锰钢相比，性能要高出许多。在W，Mo含量相当(二份W代一份Mo)的两种高锰钢的对比中，机械性能和使用寿命都不相上下，而成本大大降低。
图1是取样部位示意图，其中从A向取圆形作为拉伸试棒，取方形作为冲击试样，取样方法为线切割。
具体实施例方式
申请人按照上述技术方案展开了研究并进行大量的试验，其冶炼、铸造及热处理工艺与现有的工艺大致相同，并从中筛选出最佳的化学成分。之后又将此成分的钢种与美国含Cr、Mo的铸造高锰钢及普通高锰钢进行了对比试验。受冲击磨损的铸件，作机械性能对比试验和现场使用对比试验。受磨料磨损的铸件，则只作现场使用寿命对比试验。各钢种化学成分参见表1，表中的2号、3号4号和11号钢种即为本发明的铸造高锰钢，其中11号用在受磨料磨损的铸件。5号、12号钢种为美国含Mo的高锰钢，其中12号为美国E-2钢，用于磨料磨损的铸件。8号钢种为普通高锰钢。
表1化学成分，余量Fe
其制备方法按传统的高锰钢生产方法进行。
2、试验结果A、模拟零件冲击弯曲试验申请人按目前所生产的锤头进行了统计，大部分厚度为120mm。
模拟铸件尺寸120×120×500(mm)。中间铸有V形缺口，缺口深50mm。上述三种模拟铸件按各自的热处理工艺进行水韧处理。
试验采用重865kgs的铁砣，吊高5米，自由落体砸向铸件。试验结果如表2。
表2
B、机械性能试验取样上述各钢种分别铸成同一型号的锤头。经热处理后取样，取样方案及部位尺寸如附图1所示，从A向取圆形作为拉伸试棒，取方形为冲击试样。取样方法为线切割。
试验结果如表3表3
注拉伸试验按GB 228-2002标准进行，冲击试验按GB 229-1994标准进行。
试验结果表明，含钨和含钼高锰钢比普通Mn13高锰钢性能要高出许多。除含W量较高的一种钢(3号)具更高的机械性能外，其它两种钢(2号和4号)和美国的5号含Mo钢相比，机械性能接近。证明在高锰钢中和在一些结构钢、工具钢中一样，两份W和一份Mo的作用类似。
C、现场使用4号3号和2号钢制成的锤头送美国客户试用，2号钢和4号钢的平均寿命和美国的5号含Mo高锰钢相近，而3号钢(含W1.96％)的寿命要高5-10％。
由11号和12号钢制成受磨料磨损的锤头，送美国客户试用，寿命不分伯仲。
生产成本对比以05年3月14日国内行情为例60％钼铁价为42万元/T，相当于纯钼70万元/T；70％钨铁价为15.6万元/T，相当于纯钨价22.3万元/T。我们采用2份钨代1份钼。2吨钨价为44.6万元/T，比1吨钼价便宜25.4万元。节省原材料成本36％(稀土的价格为1.4万元/T，加入量又很少，在成本中占的比例很小)提高了产品在国内、外市场的竞争力。
权利要求
1.一种用于耐磨铸件的含钨高锰钢，其特征在于，该高锰钢含有下列重量比的原料C0.95-1.35％，Mn11.5-14％，Si0.3-1.0％，Cr0.2-1.0％，W0.2-0.6％，Mo0.2-0.4％，P≤0.07％，余量为铁。
2.一种用于耐磨铸件的含钨高锰钢，其特征在于，该高锰钢含有下列重量比的原料C0.95-1.35％，Mn11.5-14％，Si0.3-1.0％，Cr0.2-1.0％，W0.7-2.0％，P≤0.07％，余量为铁。
3.如权利要求2所述的用于耐磨铸件的含钨高锰钢，其特征在于，所述高锰钢中的W的含量为3.5-4.2％。
4.如权利要求1或2或3所述的用于耐磨铸件的含钨高锰钢，其特征在于，该钢种还含有稀土元素Re，其含量为0.02-0.15％。
全文摘要
本发明公开了一种用于耐磨铸件的含钨高锰钢，其特征在于，该含钨高锰钢含有下列重量比的原料C0.95－1.35％，Mn11.5－14％，Si0.3－1.0％，Cr0.2－1.0％，W0.2－0.6％，Mo0.2－0.4％，P≤0.07％，余量为铁。或其中W的含量为3.5－4.2％或0.7－2.0％，且不含Mo。还可以在上述含钨合金钢加入稀土元素Re，其含量为0.02－0.15％。经模拟零件冲击弯曲试验、机械性能试验和现场使用试验结果表明，在高锰钢中加入W，能明显提高钢的强度和韧性。W和其它合金元素配合有良好的综合作用。含钨的高锰钢和普通高锰钢相比，性能要高出许多。在W，Mo含量相当(二份W代一份Mo)的两种高锰钢的对比中，机械性能和使用寿命都不相上下，而成本大大降低。
文档编号C22C38/38GK1676651SQ20051004199
公开日2005年10月5日 申请日期2005年4月25日 优先权日2005年4月25日
发明者张志仲, 孙毓梁, 杜百平 申请人:张志仲