[发明专利]一种高碳中锰耐磨钢及其制备方法

说明书

本发明的一种高碳中锰耐磨钢及其制备方法，属于材料热发明及制备领域。包括组分及质量百分含量为Mn：8.00～8.90％，Cr：1.00～1.80％，V:0.10～0.30％，C：0.8～1.2％，Si：0.1～0.3％，Mo：0.10～0.30％，Nb：0.02～0.10％，余量为Fe。制备步骤如下：按配比进行冶炼并浇注成锭；经过锻造、轧制及轧后淬火，得到完全奥氏体组织的热轧板；并根据冲击载荷程序需要，选择性的将热轧板在450～600℃保温15～30min后空冷，获得高碳中锰耐磨钢。采取本发明方法制备的高碳中锰耐磨钢，在低、中等冲击载荷工况下，其耐磨性能达到传统高锰钢的3.6～10.7倍。

技术领域

本发明属于材料发明及制备领域，特别涉及一种高碳中锰耐磨钢及其制备方法。

背景技术

传统高锰钢(Mn13)具有优异的加工硬化能力与高冲击韧性等优点，高锰钢铸件受到冲击载荷时，金属表面发生塑性变形，表面变形层(硬化层)内发生明显的加工硬化，硬化层的硬度可以提高2-4倍。但高锰钢的表面加工硬化行为更多地发生于高冲击载荷条件下，在中低冲击载荷下仍然存在耐磨性较差的问题。

为了弥补该缺点，可以通过降低高锰钢中Mn的含量，即降低高锰钢中奥氏体组织的稳定性，使奥氏体组织在中等冲击载荷条件下即可发生形变诱导相变效应，从而增加钢的表层(磨损层)硬度和耐磨性能。然而，从现有的研究及其应用来看，通过降低Mn含量得到的高碳中锰耐磨钢其综合力学性能较低且耐磨性能未有大幅度提高。因此，针对高碳中锰耐磨钢的改性研究备受关注，最为广泛使用的手段是合金化及热处理，即Cr、V和Ti等强碳化物形成元素被加入到高碳中锰耐磨钢中，然后通过热处理，使高碳中锰钢中过饱和碳元素与这些强碳化物形成元素形成弥散分布的碳化物，以提高其性能。目前高碳中锰耐磨钢的常规热处理工艺主要为水韧处理，有时也会在500～800℃进行回火处理。然而，在500～600℃回火时，组织内部会出现一定量的珠光体或Fe₃C，在某种程度上能适当提高其耐磨性能，但会降低其综合力学性能；当回火温度为600～800℃时，组织内部会析出弥散分布的碳化物，可以较好地提高其综合力学性能与耐磨性能，但其工业成本显著增加。因此，研发合适的高碳中锰耐磨钢热处理工艺是实现高碳中锰耐磨钢耐磨性能大幅度提高的关键点之一。

发明内容

针对传统高锰耐磨钢的缺点，本发明提供一种高碳中锰耐磨钢及其制备办法。采用本发明所提供的高碳中锰耐磨钢热处理工艺，在中低冲击载荷工况下，高碳中锰耐磨钢的耐磨性能可达到传统高锰钢的3.6～10.7倍。

一种高碳中锰耐磨钢，包括组分及质量百分含量为Mn：8.00～8.90％，Cr：1.00～1.80％，V:0.10～0.30％，C：0.8～1.2％，Si：0.1～0.3％，Mo：0.10～0.30％，Nb：0.02～0.10％，余量为Fe，所述的高碳中锰耐磨钢的平均晶粒尺寸为10～20μm。在0.5J/cm²冲击载荷条件下，其耐磨性为：17.7～45g^-1。

一种高碳中锰耐磨钢，包括组分及质量百分含量为Mn：8.00～8.90％，Cr：1.00～1.80％，V:0.10～0.30％，C：0.8～1.2％，Si：0.1～0.3％，Mo：0.10～0.30％，Nb：0.02～0.10％，余量为Fe，所述的高碳中锰耐磨钢在1J/cm²冲击载荷条件下，其耐磨性为：15.58～23.9g^-1；在2J/cm²冲击载荷条件下，其耐磨性为：27.4～36.24g^-1。

所述的高碳中锰耐磨钢的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：按高碳中锰耐磨钢成分，进行冶炼并浇注成锭，将铸锭在1050～1080℃锻造为20～30mm的锻坯；

步骤2：将锻坯在1100～1200℃保温1～2h后，进行热轧，终轧温度＞850℃，热轧压下量为50～80％，热轧后直接淬火，获得高碳中锰耐磨钢。