专利名称：不热处理团球状碳化物耐磨锰钢的制作方法
技术领域：
本发明属于新型强韧耐磨材料-锰系耐磨铸钢。
锰系耐磨铸钢是冶金、机械、建材和电力等部门在冲击磨粒磨损工况下广泛使用的一种材料，但常规的锰系耐磨铸钢在铸态时，其碳化物呈针、网状，故韧性较低，即使经过热处理消除或减少了针、网状碳化物，在低、中应力冲击磨粒磨损工况下的耐磨性也不高。
中国、西德、土耳其等国的锰钢中加入少量的钛、钒、硼、铜、钠、钾等元素，进行变质处理，仅使网状碳化物断了网，个别的成为孤立块状，效果并不令人十分满意，只好配合较复杂热处理工艺使碳化物进一步断网和成孤立块状，此法工艺复杂，成本高，尤其是高碳中锰钢在热处理时常出现裂纹，更限制了它的使用范围。
美国发明的Mn6Mo1钢是向中锰钢中加入1%以上的钼来抑制碳化物在铸态下析出，尽管耐磨性和韧性有所提高，但其基体组织还是单一的奥氏体，故耐磨性提高并不显著。苏联向锰钢中加入2%以上的钒，也起到了抑制碳化物析出，或使碳化物团球化的作用。尽管加钼和加钒后的新材料不需经热处理就可铸态下使用，但由于钼和钒均价格昂贵，故影响了新材料的推广应用。
本发明的目的在于分别采用钙硅合金、镁稀土硅铁合金和钇基重稀土硅铁合金作变质剂，对普通锰系耐磨铸钢进行变质处理，不需经热处理即可获得团球状碳化物的锰系铸钢。
本发明分别采用钙硅合金、镁稀土硅铁合金和钇基重稀土硅铁合金作变质剂，对普通锰系耐磨铸钢(化学成分(%)为碳1.0-2.0、锰5.0-15.0、硅0.4-0.8、磷0.02-0.1、硫0.01-0.1)进行变质处理，在不经热处理的情况下，即可使针、网状碳化物转变为团球状，且弥散地分布，使铸钢的冲击韧性提高，或硬度显著提高而韧性不下降，耐磨性明显提高。
当用钙硅合金变质剂对普通锰系耐磨铸钢进行变质处理后，铸钢的化学成分(%)为碳1.0-2.0、锰5.0-15.0、硅0.4-1.5、磷0.02-0.1、硫0.01-0.1、钙0.07-0.3、铜0-1.5、钛0-0.2。
当用镁稀土硅铁合金变质剂对普通锰系耐磨铸钢进行变质处理后，铸钢的化学成分(%)为碳1.0-2.0、锰5.0-15.0、硅0.4-1.5、磷0.02-0.1、硫0.01-0.1、镁0.003-0.09、稀土(不含钇)0-0.04、铜0-1.5、钛0-0.2。
当用钇基重稀土硅铁合金变质剂对普通锰系耐磨铸钢进行变质处理后，铸钢的化学成分(%)为碳1.0-2.0、锰5.0-15.0、硅0.4-1.5、磷0.02-0.1、硫0.01-0.1、钇基重稀土0.07-0.6、铜0-1.5、钛0-0.2。
添加的变质剂和合金元素所起的作用分述如下钙可使钢中的针、网状碳化物成团球状，钙硅合金可提高钙的回收率，给加入钙提供了方便，简化了操作工艺。硅可降低奥氏体的溶碳量，使碳化物大量成团球状弥散析出。镁可使钢中针、网状碳化物成团球状，稀土可脱硫脱氧，有利于提高镁的回收率和碳化物的团球化。钇基重稀土可使钢中针、网状碳化物成团球状。铜可提高碳、锰的分配系数，减少碳、锰的偏析，尤其是在晶界处的偏析，使碳化物进一步成团球状，且弥散地分布于奥氏体晶内。加钛铁进行孕育处理，可明显地细化奥氏体晶粒，可进一步减少碳、锰的偏析，尤其是晶界处的偏析，使碳化物更好地团球化、弥散地分布在奥氏体晶内。
本发明的积极效果在于分别采用钙硅合金、镁稀土硅铁合金和钇基重稀土硅铁合金作变质剂对普通锰系耐磨铸钢进行变质处理后，可使铸钢中的针、网状碳化物不经过热处理，在铸态下就能成团球状，且弥散地分布于奥氏体晶粒中，使冲击韧性提高或硬度显著提高而韧性不下降、耐磨性明显提高(其力学性能见表一)，成本低，成品率提高，生产工艺简化，同时不经过热处理，在铸态下使用的范围扩大，可广泛地用于制造低、中应力冲击与挤压的磨粒磨损工况下的易损件(如球磨机衬板、破碎机鄂板、锤头、板锤、轧
壁、挖掘机铲齿、挖金斗和磨球等)。
图1是普通高碳中锰钢金相组织，100倍。
成分碳1.42%，锰6.55%，硅0.42%，碳0.031%，硫0.025%。
图2是钙系变质剂变质处理后高碳中锰钢金相组织，100倍。
成分碳1.49%，锰6.82%，硅0.97%，磷0.033%，硫0.022%，钙0.098%，钛0.165%。
图3是镁系变质剂变质处理后中锰钢金相组织，100倍。
成分碳1.21%，锰6.32%，硅0.89%，磷0.028%，硫0.025%，∑RE(无钇)0.028%，镁0.0126%，钛0.057%。
图4是钇基重稀土系变质剂变质处理后中锰钢金相组织，100倍。
成分碳1.33%，锰6.81%，硅1.055%，磷0.032%，硫0.027%，钇基重稀土0.335%，钛0.161%。
图5是普通高碳中锰钢金相组织，100倍。
成分碳1.84%，锰6.89%，硅0.55%，磷0.033%，硫0.025%，图6是钙系变质剂变质处理后高碳中锰钢金相组织，100倍。
成分碳1.79%，锰6.78%，硅0.93%，磷0.033%，硫0.022%，钙0.112%，钛0.165%。
图7是镁系变质剂变质处理后高碳中锰钢金相组织，100倍。
成分碳1.79%，锰6.52%，硅1.15%，磷0.020%，硫0.025%，镁0.016%，∑RE(无钇)0.028%，钛0.057%。
图8是钇基重稀土系变质剂变质处理后的高碳中锰钢金相组织，100倍。
成分碳1.72%，锰6.73%，硅1.07%，磷0.032%，硫0.027%，钇基重稀土0.248%，钛0.161%。
图9是钇基重稀土系变质剂变质处理后的加铜高碳中锰钢金相组织，100倍。
成分碳1.72%，锰6.73%，硅1.07%，磷0.032%，硫0.027%，钇基重稀土0.248%，铜0.72%。
图1和图5中的针状与晶界网状相为(Fe.Mn)3C，基体(白色相)为奥氏体;
图2、图3、图4、图6、图7、图8、图9中的团球状相与晶界网状相为(Fe.Mn)3C，基体(白色相)为奥氏体。
实施例1.炉料炼钢生铁(p08生铁)、废钢(45＃锻钢边角料)。
2.铁合金锰铁(锰81%，碳0.7%，硅0.84%，磷0.18%，硫＜0.03%)、钛铁(钛28%，其余为铁)、铜(紫铜板)。
3.变质剂钙硅合金(钙24-30%、硅50%，其余为铁)，镁稀土硅铁合金(镁7-9%，稀土(无钇)7-8%，硅40%，其余为铁);钇基重稀土硅铁合金(钇基重稀土15-20%、硅40%，其余为铁);
4.熔炼采用5公斤中频感应电炉，不氧化法炼钢工艺。生铁、废钢熔清后，加入锰铁，造还原渣(CaO、CaF2、铝粉)，当温度达到1600℃时，加铜、插铝出钢，将变质剂与钛铁加入包底或加在出钢槽中，采用冲水法进行处理(也可采用其它类似的变质处理方法)，搅拌，加保温材料，在1430°-1450℃进行浇注(浇注温度可根据铸件复杂程度进行调整)。在砂型中铸出12×12×60mm的试样12根。
5.试样制备将12×12×60mm试样磨成10×10×55mm无缺口冲击试样，进行硬度与冲击韧性的检测与金相组织观察。
6.小型生产试验采用与3号试样成分相近的成分铸出了12块220×110×20mm的小型鄂式破碎机鄂板，检测结果不热处理的无缺口冲击试样的冲击韧性(αk值)为40J/cm2，硬度(HRC)为25.0与3号试样结果相吻合。
勘误表
权利要求
1.一种含碳1.0-2.0%、锰5.0-15.0%、磷0.02-0.1%、硫0.01-0.1%的耐磨锰钢，其特征在于变质剂为钙硅合金、镁稀土硅铁合金和钇基重稀土硅铁合金。
2.按权利要求1所述的耐磨锰钢，其特征在于以钙硅合金作变质剂时，化学成分(%)为钙0.07-0.3、铜0-1.5、钛0-0.2、硅0.4-1.5。
3.按权利要求1所述的耐磨锰钢，其特征在于以镁稀土硅铁合金作变质剂时，化学成分(%)为镁0.003-0.09、稀土(无钇)0-0.04、铜0-1.5、钛0-0.2、硅0.4-1.5。
4.按权利要求1所述的耐磨锰钢，其特征在于以钇基重稀土硅铁合金作变质剂时，化学成分(%)为钇基重稀土0.07-0.6、铜0-1.5、钛0-0.2、硅0.4-1.5。
全文摘要
本发明属于新型强韧耐磨材料，分别以钙硅合金、镁稀土硅铁合金和钇基重稀土硅铁合金作变质剂，对普通锰系耐磨铸钢进行变质处理，不需经热处理即可获得团球状碳化物的锰系铸钢，其冲击韧性高，或硬度显著提高而韧性不下降、耐磨性明显提高，成本低、成品率高、生产工艺简化，可不经热处理，在铸态下广泛用于制造在低、中应力冲击磨粒磨损工况下使用的易损件。
文档编号C22C38/14GK1036230SQ8910067
公开日1989年10月11日 申请日期1989年2月1日 优先权日1989年2月1日
发明者姜启川, 何镇明, 崔东焕, 阎久林, 王守实 申请人:吉林工业大学