利用异步轧制提高耐磨高锰钢耐磨性的方法

摘要

一种利用异步轧制提高耐磨高锰钢耐磨性的方法，包括铸造高锰钢，还包括下述步骤：铸造高锰钢的化学成分为C：1.1～1.3、Mn：11～14、Si：0.3～0.8、S：＜0.013、P：＜0.027；铸件经水韧处理后，其力学性能为σb＞700MPa，ε＞15％，ak＞180J/cm2，HB＜250；在异步轧机上，对板状铸件进行异步轧制，其力学性能为σb＞900MPa，ε＞12％，ak＞120J/cm2，HB＜350；用焊接和机加工的方式，得到合格产品。本发明不但提高了高锰钢的初始使用硬度，初期磨损降低，而且使高锰钢可以在较小的轧制力下加工，使塑性加工比常规轧制变得容易，并且保留高锰钢具有高冲击韧性值的特点。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种耐磨高锰钢的生产方法，具体地说是一种利用异步轧制提高耐磨高锰钢耐磨性的方法。

背景技术：

耐磨钢是广泛用于各种磨损工况的一类耐磨材料，自1882年Hadfield(英国)发明了耐磨高锰钢开始，100多年来，新的耐磨钢钢种层出不穷，其冶炼、铸造、热处理和机加工工艺不断改进，耐磨钢的综合力学性能、耐磨性能和使用寿命都在逐步提高，其应用领域日渐扩大，广泛地应用于冶金、矿山、建材、电力、铁路和军事等各个部门中，如挖掘机斗齿、球磨机衬板、破碎机颚板、破碎壁、轧臼壁、拖拉机履带板、风扇磨冲击板和铁路道岔等等。

目前，国内外在冲击磨料磨损工况中所使用的金属耐磨材料主要有三大类，即奥氏体锰钢、低合金高强度耐磨钢和高铬铸铁(钢)及白口铸铁。虽然高铬铸铁耐磨性高，但脆性大，只适用于低冲击工况；低、中合金高强度耐磨钢硬度较高，其韧性却远低于高锰钢，只适用于中、低冲击工况，且工艺复杂，价格相对较高。奥氏体耐磨锰钢的两个重要特性是优异的加工硬化能力和高的冲击韧性，经强烈冲击变形后，其表层硬度可从HB170～230提高到HB500～800，而硬化层内侧仍保持为高韧性的奥氏体组织。因而不仅具有良好的安全可靠性，而且具有较高的抗冲击磨料磨损能力。

然而，高锰钢的耐磨性是有条件的，只有在冲击大、应力高、磨料硬的情况下，高锰钢才耐磨，而且其初始屈服强度低、易于变形。在不同磨损条件下，耐磨钢的耐磨性主要决定于硬度。而高锰钢以奥氏体为基体，起始硬度不高(约200HB左右)，屈服强度也低，容易变形。因此要扩大其应用范围，必须进行改进性研究，进一步提高其耐磨性。

目前提高高锰钢耐磨性和屈服强度的主要方法：

一是采用添加铬、钼、钛等合金元素，以强化基体。添加铬、钼可引起固溶强化，由于钼较贵，国内多用铬强化。加入钛，可形成碳化钛，引起弥散强化，并可细化结晶组织。采用添加合金元素的方法提高耐磨性，必然会造成耐磨钢成本的增加，尤其是随着国内外铁合金的用量逐年增加，而资源量又逐年减少，造成铁合金的价格随之上涨。此外，添加合金后，还会使钢的韧性降低，造成耐磨钢的使用寿命下降，安全系数降低。

二是降低锰含量至6％～8％，得到中锰奥氏体钢。由于降低锰含量，水韧处理后单相奥氏体在室温下磨损中变形可以诱发马氏体相变，从而提高加工硬化能力，提高耐磨性。但与高锰钢相比，其冲击韧性偏低，大约是高锰钢的一半。

三是使用前用机械或爆炸等塑性变形方法使其表面产生加工硬化(硬度＞450HBS)，可以改良高锰钢的使用性能、扩大高锰钢产品的使用范围。但由于高锰钢有迅速和强烈的加工硬化能力，采用一般的机械加工方法比较困难。爆炸硬化法是一种高能量的强冲击的方法作用到金属表面上，使钢在压应力下变形。经过这种变形之后高锰钢的强度，尤其是屈服强度明显增加，可提高2倍以上，但同时，钢的塑性、韧性下降，生产工艺、设备复杂。

因此，开发一种简单、有效的提高高锰钢耐磨性的方法具有重要的实际意义。

发明内容：

本发明的发明目的是，针对背景技术中高锰钢初始硬度低、使用条件受限、寿命短等弊病，在不取代高锰钢的前提下提供一种工序简单、生产成本低的利用异步轧制提高耐磨高锰钢耐磨性的方法。

实现上述发明目的采用以下技术方案：一种利用异步轧制提高耐磨高锰钢耐磨性的方法，包括按照常规方法生产出铸造高锰钢，将铸造高锰钢件用水韧处理，其特征在于，该方法还包括下述步骤：

a、铸造高锰钢熔炼按质量百分数确定的化学成分为C：1.1～1.3、Mn：11～14、Si：0.3～0.8、S：＜0.013、P：＜0.027；

b、铸件经水韧处理后，其力学性能为σ_b＞700MPa，ε＞15％，α_k＞180J/cm²，HB＜250；

c、在异步轧机上，对板状铸件用表面线速度不相等的两个工作辊进行异步轧制，轧后其力学性能为σ_b＞900MPa，ε＞12％，α_k＞120J/cm²，HB＜350；

d、将铸件用焊接和机加工的方式，得到不同形状及尺寸的合格产品。

由于采用了上述技术方案，本发明将按照普通工艺生产的高锰钢铸件进行异步轧制，对普通的耐磨高锰钢进行表面变形，使其产生表面加工硬化。异步轧制是两个工作辊表面线速度不相等的一种轧制方法，其突出优点是：轧制压力低，轧薄能力强，轧制精度高，适宜轧制难变形金属及极薄带材。这种方法不但提高了高锰钢的初始使用硬度，初期磨损降低，而且使得难以进行塑性加工的高锰钢可以在较小的轧制力下加工，使得塑性加工比常规轧制变得容易，并且保留高锰钢具有高冲击韧性值的特点。通过对异步轧制变形量的控制和异速比的选择，可以调整高锰钢的表面硬度，在较大范围内控制硬度和韧性的匹配，以及摩擦副之间的硬度匹配，在各类磨料磨损工况均可获得较好的耐磨性。而且本发明在高锰钢使用前用异步轧制法使其表面产生加工硬化，对于改良高锰钢的使用性能、扩大高锰钢产品的使用范围，具有重要的实际意义。

附图说明

附图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述。

本发明的发明思想是利用异步轧制这种塑性加工方法，对普通的耐磨高锰钢进行表面变形，使其产生表面加工硬化，从而提高初始使用硬度。本发明根据用户使用条件，对高锰钢采用异步轧制的方法，按照下述步骤生产耐磨高锰钢产品：

1、铸造高锰钢熔炼按质量百分数确定的化学成分为C：1.1～1.3、Mn：11～14、Si：0.3～0.8、S：＜0.013、P：＜0.027；

2、铸件经水韧处理后，其力学性能为σ_b＞700MPa，ε＞15％，α_k＞180J/cm²，HB＜250；

3、在异步轧机上，对板状铸件用表面线速度不相等的两个工作辊进行异步轧制，轧后其力学性能为σ_b＞900MPa，ε＞12％，α_k＞120J/cm²，HB＜350；

4、通过焊接和机加工，得到不同形状及尺寸的合格产品。

附图1是本发明生产耐磨高锰钢的流程图，按照图1的生产流程加工生产高锰钢耐磨件—铁路道岔和球磨机衬板用钢。具体实施例如下：

实施例1：铁路道岔用钢

1、冶炼：钢水采用氧化法冶炼，使磷和其他氧化物反应生成稳定的化合物，随炉渣排除。

2、造型：采用硅砂或石灰石原砂配制成水玻璃砂或粘土干模砂成型。

3、浇注：采用顺序凝固原则，用隔片冒门，内浇口切向进入冒口，以提高冒口钢水温度，增加冒口补缩效率。加冷铁提高铸型的冷却能力，控制铸件的凝固速度。

4、冷却：铸件在浇注凝固后，及时松箱，拆除砂箱紧固螺栓和吊走压铁，减少收缩阻力，防止裂纹。对简单、薄壁铸件的出箱温度控制在低于400℃，复杂厚大铸件控制在低于200℃。

5、焊补：高锰钢铸件在开箱之后，对浇口、冒口及飞边毛刺进行修理与水浸切割；若铸件的表面存在缺陷，则进行焊补。

6、热处理：将钢加热到A_m以上保温一段时间，使铸态组织中的碳化物溶解、共析类型组织进行奥氏体化，铸态组织全部消除，得到化学成分均匀的单相奥氏体组织。其按质量百分数确定的化学成分为C：1.1～1.3、Mn：11～14、Si：0.3～0.8、S：＜0.013、P：＜0.027。然后快速冷却得到过冷的奥氏体固溶体组织。

7、轧制：根据成品尺寸的不同，异步轧制选用不同的二辊冷轧机轧辊辊径。轧制前进行酸洗、水洗、除锈等准备工作。铸件经水韧处理，力学性能为σ_b＞700MPa，ε＞15％，α_k＞180J/cm2，HB＜250。考虑到高锰钢的硬度上升过快，轧制控制在3道次之内。力学性能为σ_b＞900MPa，ε＞12％，α_k＞120J/cm2，HB＜350。

8、焊接：采用电弧焊焊接高锰钢，采用热源集中，电流小的短电弧，自流反接；多层、多道焊；选用小直径，碱性药皮的奥氏体不锈钢焊条。焊后迅速用水激冷和锤击。

9、机加工：经机加工得到成品。

实施例2：球磨机衬板用钢

1、冶炼：钢水采用氧化法冶炼，使磷和其他氧化物反应生成稳定的化合物，随炉渣排除。

2、造型：采用硅砂或石灰石原砂配制成水玻璃砂或粘土干模砂成型。

3、浇注：采用顺序凝固原则，用隔片冒门，内浇口切向进入冒口，以提高冒口钢水温度，增加冒口补缩效率。加冷铁提高铸型的冷却能力，控制铸件的凝固速度。

4、冷却：铸件在浇注凝固后，及时松箱，拆除砂箱紧固螺栓和吊走压铁，减少收缩阻力，防止裂纹。对简单、薄壁铸件的出箱温度控制在低于400℃，复杂厚大铸件控制在低于200℃。

5、切割、焊补：高锰钢铸件在开箱之后，对浇口、冒口及飞边毛刺进行修理与水浸切割；若铸件的表面存在缺陷，则进行焊补。

6、热处理：将钢加热到A_m以上保温一段时间，使铸态组织中的碳化物溶解、共析类型组织进行奥氏体化，铸态组织全部消除，得到化学成分均匀的单相奥氏体组织。然后快速冷却得到过冷的奥氏体固溶体组织。

7、轧制：根据成品尺寸的不同，异步轧制选用不同的二辊冷轧机轧辊辊径。轧制前进行酸洗、水洗、除锈等准备工作。考虑到高锰钢的硬度上升过快，轧制控制在3道次之内。

8、机加工：经机加工得到成品。