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优质改性高锰钢生产工艺中的新探索

更新日期:2011-11-25 19:47:19 点击:1360

      近些年来，随国家矿冶工程的发展，用于矿石粗磨的颚式破碎机、中细磨的圆锥破碎机的颚板、球磨机衬板、粉碎机锤头等高锰钢件年耗量已达百万吨。这促使人们愈发重视在高锰钢生产新工艺上的探索，以期不断提高高锰钢铸件的质量。高锰钢生产新工艺其核心是将变质处理、孕育处理和微合金化技术三位一体。

    冶金处理技术

    冶金处理技术对优质高锰钢的改性作用受制于在处理过程中所应具备的相关的动力学条件，而温度和成分浓度的条件必然包括其中。实践证明，这两个条件对提高高锰钢使用寿命至关重要。高锰钢以冶炼温度1550～1580℃、处理温度1500～1520℃、浇注温度1400～1470℃为宜；对材料的成分设计在参考ＧＢ5680—1985和美国、德国、俄罗斯相关标准的同时，更应考虑高锰钢的不同使用工况条件。一般将其分为两类：一类是强调材料的高韧性，一类是强调材料的抗磨性。Ｍｎ含量愈高，奥氏体愈稳定，并由此造成的对材料基体固溶强化的程度也不一样。优质高锰钢生产新工艺的冶金处理技术包括以下几个方面。

    1 变质处理

    变质处理的作用主要是：改善碳化物形态；减少夹杂、净化钢液；细化晶粒；稳定合金元素。

    优质高锰钢采用Ｒｅ-Ｃａ-Ｔｉ-Ａｌ复合变质剂对钢液实施分级复合变质。

    例如ＺＧＭｎ13钢的分级变质工艺是出钢前向炉内加入0.06%～0.10%的钛铁和0.1%～0.2% 1#稀土硅铁合金，出钢前将0.08%～0.12% Ｓｉ20Ａｌ50Ｆｅ合金投入钢包，出钢时随流加入0.03%～0.05%的Ｓｉ-Ｃａ合金，转包时在包中加入0.3%～0.4% 1# 稀土硅铁合金或在瞬时随流浇注时加入0.04%～0.08%的Ｃｅ-ＲＥ。

    2 孕育处理

    孕育处理的作用主要是：改变、细化和稳定碳化物形态；细化晶粒；增强厚大铸件断面组织、性能的一致性。

    优质高锰钢采用Ｖ渣-Ｔｉ-Ｚｎ复合孕育剂对钢液实施分级复合孕育。

    如ＺＧＭｎ13钢的分级孕育工艺是出钢前向炉内加入1%～1.5%Ｖ渣，出钢前将0.006%～0.012%的Ｚｎ投入钢包，出钢时随流加入0.1%～0.15%钛铁。

    3 微合金化处理

    微合金化处理的作用主要是：提高材料起始硬度和加工硬化能力；固溶强化基体；细化晶粒；稳定碳化物形态。

    优质高锰钢采用Ｃｒ-Ｍｏ-Ｖ-Ｔｉ等作为微合金化添加元素，对大而厚壁的铸件，为提高其抗裂能力可酌加Ｎｂ元素。合金元素可在脱氧后炉内加入，亦可安排在炉前进行处理。优质高锰钢的微合金化元素的加入量为Ｃｒ：2.0%～2.5%；Ｍｏ：0.4%～0.6%；Ｎｂ一般为0.02%～0.04%。对此类经微合金化处理的铸件除应提高水韧处理温度外(达1080℃)，一定要进行回火处理，回火温度为250～350℃，由试验结果确定。由此形成的Ｃｒ-Ｃ配对原子簇增加了位错强度，从而能明显提高材料起始硬度和加工硬化能力。

    性能对比与机理分析

    1 性能对比高锰钢经过上述冶金处理后，各方面的状态性能均发生了较大的变化。主要表现于：

    1) 晶粒度由传统高锰钢的1～2级，提升到4级；
    2) 夹杂物不但数量上有较大的减少而且形态变为球粒状；
    3) 铸态组织避免和消除了网状碳化物；
    4) 大幅度提高了材料的力学性能和使用性能，如表1。

    表1　改性处理高锰钢对力学性能、耐磨性的影响

编辑：钢管