[发明专利]一种高强度高锰钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料领域，尤其涉及一种高强度高锰钢及其制备方法。

背景技术

随着现代工业的发展，大型设备如采矿设备、破碎设备和挖掘设备等在冶金和矿山等行业应用愈加广泛，其抗磨配件重达几吨到几十吨，有效厚度均在100mm以上。高锰钢广泛应用于大型设备的抗磨配件，但是随着工业的发展，传统高锰钢已经难以满足工业需求。

目前，破碎齿主要采用改性高锰钢，该钢种由于韧性高和耐磨性好被广泛应用于破碎齿等煤炭机械关键耐磨零部件，但是此种改性高锰钢的使用寿命仍然较短。

随着高强耐磨材料的发展，研究者在对高锰钢中增加锰含量，加入微量元素等方面做了大量工作，以寻求进一步提高高锰钢的力学性能、加工硬化性能及耐磨性。

公开号为101250675A的中国专利公开了一种含钨超高锰钢的化学配方和热处理工艺，其化学配方是在高锰钢的基础上提高锰含量，添加了W、Cr和Re三种合金元素，此种高锰钢经过热处理后，在应用过程中强度、冲击韧性和耐磨性仍然偏低。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种高强度高锰钢及其制备方法，本发明提供的高锰钢具有较高的强度、冲击韧性和耐磨性。

有鉴于此，本发明公开了一种高强度高锰钢，包括：

1.0wt％～1.8wt％的C；

10wt％～18wt％的Mn；

0.4wt％～1.5wt％的Si；

1.0wt％～2.5wt％的Cr；

0.2wt％～1.0wt％的Mo；

0.4wt％～0.8wt％的Ti；

0～0.004wt％的S；

0～0.004wt％的P；

余量的Fe。

优选的，所述C的含量为1.2wt％～1.6wt％。

优选的，所述Mn的含量为12wt％～15wt％。

优选的，所述Si的含量为0.5wt％～1.0wt％。

优选的，所述Mo的含量为0.5wt％～0.8wt％。

优选的，所述Ti的含量为0.5wt％～0.6wt％。

本申请还提供了一种高强度高锰钢的制备方法，包括以下步骤：

a)、将如下成分的原料铸造，得到高锰钢铸锭：

1.0wt％～1.8wt％的C，10wt％～18wt％的Mn，0.4wt％～1.5wt％的Si，1.0wt％～2.5wt％的Cr，0.2wt％～1.0wt％的Mo，0.4wt％～0.8wt％的Ti，0～0.004wt％的S，0～0.004wt％的P和余量的Fe；

b)、将所述高锰钢铸锭进行热处理，具体为：

b01)、将所述高锰钢铸锭加热至500℃～700℃进行第一次保温处理和第一次冷却；

b02)、将步骤b01)得到的高锰钢铸锭加热至1000℃～1100℃进行第二次保温处理后水淬，得到高强度高锰钢。

优选的，所述第一次保温处理的时间为1h～3h，所述第一次冷却为空冷。

优选的，所述第二次保温处理的时间为30min～60min。

本发明提供的高锰钢在传统高锰钢的基础上提高锰的含量，锰元素在钢的基体中形成(Fe、Mn)₃C、Mn₇C等碳化物，极大地提高了钢的强度和冲击韧性，同时添加了Cr、Mo和Ti等合金元素，能够有效地细化晶粒，改善碳化物的大小和形态，提高基体的强度和硬度。

本发明在制备高锰钢的过程中，经过铸造工序和热处理工序后得到了高强度高锰钢。在热处理过程中，将经过铸造的高锰钢铸锭加热至500℃～700℃进行第一次保温处理和第一次冷却，使高锰钢铸锭奥氏体化，并析出碳化物，形成共析组织，同时细化晶粒为下一步水韧处理做准备；然后将第一次冷却处理后的高锰钢铸锭加热至1000℃～1100℃进行第二次保温处理和水淬冷却，此阶段的水韧处理使基体中的碳化物溶于奥氏体中，形成单一的奥氏体组织，能够有效地提高高锰钢的强度和冲击韧性。

综上所述，本发明通过设计合理的高锰钢的配方和热处理工艺，不仅提高了高锰钢的强度和冲击韧性，并且还提高了高锰钢的耐磨性，从而获得了强度、冲击韧性和耐磨性能都较高的综合机械性能良好的新材料。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例公开了一种高锰钢，包括：