一种奥氏体轻质耐磨钢及其制备方法和应用

本发明涉及轻质耐磨钢，尤其涉及一种奥氏体轻质耐磨钢及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着冶金、矿山等行业的发展，传统高锰钢(zgmn13)产品的自重较大、耐磨性不足、成本较高，很难满足现如今工矿企业低能耗、轻量化发展的需求。随着对传统高锰钢性能改善研究不断进行，添加al元素的高锰钢研究与日俱增，通过向钢中加入轻量化元素al从而降低钢的密度，再加入mn、c等稳定奥氏体的元素，从而可以获得fe-mn-al-c奥氏体轻质钢，fe-mn-al-c奥氏体轻质钢能提高低温下材料的屈服强度，还使材料具有较好的冲击韧性，同时随着al含量增加还降低了材料的密度，在低冲击功下，其产生的加工硬化使fe-mn-al-c系轻质钢具有更好的耐磨性。

2、然而，fe-mn-al-c奥氏体轻质钢在耐磨领域的应用实例仍然较少，现有轻质耐磨钢多为应用于球磨机衬板或破碎机锤头的高锰钢，需通过爆炸硬化、喷丸等复杂工艺来提高轻质钢的硬度、强度和耐磨性，同时，复杂的生产工艺会增加制造成本，此外还存在轻量化元素添加不足，密度过高的问题。

3、因此，提供一种低密度、高强度、高塑韧、高耐磨性和低成本的奥氏体轻质耐磨钢成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种奥氏体轻质耐磨钢及其制备方法和应用。本发明提供的奥氏体轻质耐磨钢具有低密度、高强度、高塑韧、高耐磨性和低成本。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种奥氏体轻质耐磨钢，按质量百分比计，包括：mn24～27％、al6.50～8.10％、c 0.85～1.12％、si 0.10～0.30％、cr 0.70～1.40％、mo 0.40～0.80％、ni 0.40～0.65％、ce 0.04～0.07％、p≤0.03％、s≤0.01％以及余量的fe。

4、优选地，所述奥氏体轻质耐磨钢中，按各元素的质量含量计，0.64≤(0.1mn+3c)/al≤0.89。

5、本发明提供了上述技术方案所述奥氏体轻质耐磨钢的制备方法，包括以下步骤：

6、(a)将合金原料进行熔炼后浇铸，得到铸坯；

7、(b)将所述步骤(a)得到的铸坯进行固溶处理，得到固溶态锭坯；

8、(c)将所述步骤(b)得到的固溶态锭坯进行时效处理，得到奥氏体轻质耐磨钢。

9、优选地，所述步骤(a)中浇铸的温度为1400～1430℃，浇铸的时间为≤10min。

10、优选地，所述步骤(b)中固溶处理的温度为1090～1110℃，固溶处理的保温时间为1～2h。

11、优选地，所述步骤(b)中固溶处理的升温方式为分段升温；

12、所述分段升温包括依次进行的第一升温、第一保温、第二升温、第二保温和第三升温；

13、所述第一升温的升温速率为55～60℃/h；

14、所述第二升温的升温速率为40～45℃/h；

15、所述第三升温的升温速率为35～40℃/h。

16、优选地，所述第一保温的温度为480～500℃，所述第一保温的时间为0.5～1.5h；

17、所述第二保温的温度为650～670℃，所述第二保温的时间为0.5～1.5h。

18、优选地，步骤(b)中固溶处理的冷却方式为水冷。

19、优选地，所述步骤(c)中时效处理的温度为480～520℃，时效处理的时间为4～6℃h，升温至所述时效处理温度的升温速率为40～45℃/h。

20、本发明提供了上述技术方案所述奥氏体轻质耐磨钢或上述技术方案所述制备方法制备得到的奥氏体轻质耐磨钢在挖掘机履带板中的应用。

21、本发明提供了一种奥氏体轻质耐磨钢，按质量百分比计，包括：mn24～27％、al6.50～8.10％、c 0.85～1.12％、si 0.10～0.30％、cr 0.70～1.40％、mo 0.40～0.80％、ni 0.40～0.65％、ce 0.04～0.07％、p≤0.03％、s≤0.01％以及余量的fe。本发明提供的奥氏体轻质耐磨钢通过添加mo、ni、ce、mn和cr元素调节κ碳化物的析出行为，mn和cr元素抑制κ脆性相，提高钢的塑韧性与耐蚀性，cr的加入可以形成铬合金渗碳体(fe,cr)3c，使高韧性的奥氏体基体中分布着弥散碳化物硬质点，从而提高耐磨性；cr、mo复合添加可形成弥散分布在奥氏体基体上的小颗粒状复合型碳化物，这些碳化物是硬质点抗磨相，提高钢的耐磨性能；通过控制al、c、si与mn轻量化元素以及cr元素含量，有效降低了钢的密度，改变碳化物的形态，同时保证钢材具有较高强度、塑韧性、高耐磨性和良好的综合力学性能；通过调整轻质耐磨钢中的成分及含量，可以不使用爆炸硬化及喷丸等复杂表面硬化工艺来达到该硬度和高耐磨性，降低了轻质耐磨钢的成本。实施例结果表明，本发明提供的奥氏体轻质耐磨钢密度ρ＜6.99g/cm3、屈服强度rel≥588mpa，抗拉强度rm≥910mpa，延伸率a5≥52.6％，-40℃kv2冲击功≥95j，高冲击功耐磨性提升30％以上，具有低密度、高强度、高塑韧、高耐磨性和低成本。

技术特征：

1.一种奥氏体轻质耐磨钢，按质量百分比计，包括：mn 24～27％、al6.50～8.10％、c0.85～1.12％、si 0.10～0.30％、cr 0.70～1.40％、mo 0.40～0.80％、ni 0.40～0.65％、ce 0.04～0.07％、p≤0.03％、s≤0.01％以及余量的fe。

2.根据权利要求1所述的奥氏体轻质耐磨钢，其特征在于，所述奥氏体轻质耐磨钢中，按各元素的质量含量计，0.64≤(0.1mn+3c)/al≤0.89。

3.权利要求1或2所述奥氏体轻质耐磨钢的制备方法，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(a)中浇铸的温度为1400～1430℃，浇铸的时间为≤10min。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(b)中固溶处理的温度为1090～1110℃，固溶处理的保温时间为1～2h。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(b)中固溶处理的升温方式为分段升温；

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一保温的温度为480～500℃，所述第一保温的时间为0.5～1.5h；

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(b)中固溶处理的冷却方式为水冷。

9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(c)中时效处理的温度为480～520℃，时效处理的时间为4～6h，升温至所述时效处理温度的升温速率为40～45℃/h。

10.权利要求1或2所述奥氏体轻质耐磨钢或权利要求3～9任意一项所述制备方法制备得到的奥氏体轻质耐磨钢在挖掘机履带板中的应用。

技术总结
本发明提供了一种奥氏体轻质耐磨钢及其制备方法和应用，属于轻质耐磨钢技术领域。本发明提供的奥氏体轻质耐磨钢，按质量百分比计，包括：Mn 24～27％、Al 6.50～8.10％、C 0.85～1.12％、Si 0.10～0.30％、Cr 0.70～1.40％、Mo 0.40～0.80％、Ni 0.40～0.65％、Ce 0.04～0.07％、P≤0.03％、S≤0.01％以及余量的Fe。实施例结果表明，本发明提供的奥氏体轻质耐磨钢密度＜6.99g/cm<supgt;3</supgt;、屈服强度≥588MPa，抗拉强度≥910MPa，延伸率≥52.6％，‑40℃KV<subgt;2</subgt;冲击功≥95J，高冲击功耐磨性提升30％以上。

技术研发人员：王青峰,刘日平,张新宇,毛忆瑄,梁力文,程奔,张春祥,王锁涛,李英梅
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25