提高高锰钢衬板(ZGMn13)耐磨性.doc

提高高锰钢衬板(ZGMn13)耐磨性的试验研究1高岭，张永乐，郝海文（包钢集团机械设备制造公司，内蒙古 包头 014010）摘 要：文章针对选矿厂衬板使用寿命偏低的实际情况，通过改进高锰钢化学成份，加入适当的合金及变质剂配比，配合相应的铸造热处理工艺，获得均匀弥散分布的碳化物，是提高耐磨性的有效途径。关健词：高锰钢 ; 耐磨性 ; 变质 ; 热处理 Trial research of abrasion-resistant on improving the austentic manganese steel lining board (ZGMn13)GAO Ling , ZHANG Yong-le , HAO Hai-wen(Baotou Iron&steel Group Mechanical Equipment Manufacture Co.,Ltd. , Baotou 014010,Nei Monggol , China) Abstract: This paper aims at actual circumatance of low service life the mill run factory lining borad, through improving the high manganese steel chemistry composition, joining the appropriate metal alloy and alterative, adopting correspond the foundary heat treatment craft, the carbide that acquire the uniformity to dispersion to distribute is valid approach of improving abrasion-resistant of lining board.Key words: austentic manganese steel; abrasion-resistant; alterative; heat treatment 机总厂铸钢车间的主要产品之一为高锰钢衬板。现在包钢选矿厂棒磨机上使用寿命偏低，与国内其它厂家相比，有一定的差距。如何提高衬板耐磨性问题，成为我们亟待解决的问题。现通过改进化学成份的控制，从冶炼，热处理工艺等方面入手，制定一些工艺措施以达到提高耐磨性的目的。 1.化学成份的选择设计：高锰钢的使用特性是加工硬化，在强冲击磨料磨损条件下，钢表面通过形变强化，具有很高的耐磨性，而内层奥氏体仍保持着良好的韧性，随着表面硬化层的被磨耗，在外载荷作用下新的加工硬化层连续不断的形成。 在传统奥氏体锰钢中碳含量高于1.4%后，碳化物粗大且趋于沿晶界连续分布，甚至形成网状，因此通过加入适当的合金及变质剂配比，并配合相应的铸造及热处理工艺，能够在奥氏体机体中使碳化物细化，粒化，并均匀弥散分布，将可以改善碳化物的形态和分布，从而在少损失韧性的情况下提高耐磨性。 参照国内外高锰钢化学成份标准，及针对选矿厂棒磨机四系列实际使用状况，我们制定以下成分控制范围如表1：表1：成份控制范围C(%)Si(%)Mn(%)P(%)S(%)Cr(%)V(%)Ti(%)Nb(%)Re(%)1.15-1.350.3-0.612-140.0700.0401.8-2.50.2-0.350.05-0.150.025-0.050微量2. 成份选择理由说明12.1 碳碳在高锰钢中作用：一是扩大奥氏体区，促进形成单项奥氏体组织。二是固溶强化，促进钢的加工硬化，保证高的力学性能。铸造时铸钢中随着碳含量的增加，钢的强度硬度随之增加，耐磨性增加，塑性韧性则明显降低。碳含量过高，热处理后不能完全消除碳化物，出现残余碳化物。非强冲击下提高碳含量利于提高耐磨性，而在强冲击条件下，则应适当降低碳含量。碳的范围一般是0.8%1.5%。2.2 锰锰是稳定奥氏体的主要元素，在钢中有扩大 相区的作用，锰和碳都能使奥氏体稳定性提高。在高锰钢中锰的含量一般在10%14%，有时达到15%。锰含量降低利于提高钢的加工硬化能力，但锰含量低在热处理时易析出碳化物，降低钢的塑性和韧性，在强冲击工况条件下断裂。故锰含量要适当高些。2.3 锰碳比锰碳比大于8可保证热处理后得到单项奥氏体组织，而不至于有未溶碳化物，适宜的锰碳比为810，但同时要考虑铸件的情况。对于中等壁厚的铸件，锰碳比的值为10可保证热处理后残余碳化物数量很少，一般不作硬性规定。2.4 含硅量硅通常不作为合金元素加入，在常规含量范围内起辅助脱氧作用。高锰钢钢中硅的规格含量为0.3%0.8%，硅降低碳在奥氏体中的溶解度，促使碳化物析出，使钢耐磨性和冲击韧性降低，因此，硅应控制在中下限。2.5 磷 硫 磷是高锰钢中的有害元素，其有害作用关键是容易偏析。在晶界和枝晶间形成低熔点磷共晶，随着磷含量的降低，高锰钢的耐磨性提高。锰钢中的硫大部分生成硫化锰进入熔渣中，钢中残留很低，残留的硫多数以硫化锰夹杂形态存在，对钢性能影响不大。2.6 变质剂的选择变质是通过合金化和变质改性使碳化物细化，粒化，并弥散分布，将可以改善碳化物的形态和分布，从而在少损失韧性的情况下提高耐磨性。 在高锰钢中加入一定量的铬，可以提高钢的加工硬化能力，用于强冲击工作条件下，明显提高耐磨性，延长使用寿命。钛能细化铸态组织，防止热处理脆裂，形成TiC.TiN质点，提高加工硬化能力，并抵消磷的危害。对于高冲击条件，较低钛含量比较适宜；而低冲击条件使用，则应钛含量高些有较好效果 钒能有效的细化晶粒，增加碳化物硬质点，使高锰钢屈服强度显著提高，塑性下降。当V .Ti同时加入时效果最为明显，可使晶粒得到细化，钢的塑性韧性保持不变，基体得到强化，加工硬化能力显著提高。铌使高锰钢强韧性能明显增加，屈服强度提高近一倍，受到冲击负荷，钢的强化速度提高很快，并可细化晶粒，减少铸态组织中的网状碳化物。稀土作为有效的变质剂，具有改变碳化物形态，净化钢液净化晶界的作用，明显改善夹杂物分布形态，改善钢的铸造性能，同时某些稀土元素能形成高熔点的碳化物，在凝固过程中成为形核核心。3. 冶炼要点（1） 配料：炉料主要由碳素废钢组成，保证溶清C0.5%以保证氧化期足够的脱C量。（2） 装料前加入垫底白灰1%，提前造渣，吹氧后期随时观察钢中碳的变化，防止碳降过低，影响后期操作。氧化温度1560 脱C量0.2%（3） 扒渣条件： T1600 C0.2% P0.010% 扒渣后加入810kg/t钢锰铁预脱氧。（4） 造快白渣，并且白渣保持时间大于20min以上至出钢，锰铁分34批加入，T1580 加入第一批锰铁，并加强搅拌，防止锰冻结及锰不均。（5） 变质剂的加入：出钢前1015min加 V铁、Nb铁，Re及Ti 铁出钢1/4时随钢流加入罐内。（6） 成份控制：硅中下限控制，碳及其他合金元素中限控制。（7） T出=14901500 并杯样收缩良好，罐内吹Ar2 37min，控制T浇=14401450 （8） 其他同基本规程。4. 热处理工艺改进 确定高锰钢热处理工艺应考虑碳化物的充分溶解，奥氏体有适宜的晶粒度，钢中化学成份尽可能均匀 ，得到最佳的力学性能，防止过热组织的出现。对于加入含有强碳化物形成元素（如Cr. V. Ti ）的高锰钢，采用普通热处理不能充分发挥所加入的合金元素的作用，只有通过弥散热处理才能充分发挥合金元素的作用，获得奥氏体上弥散分布着第二相硬质点的组织，这些质点可阻碍位错运动，提高加工硬化能力，提高耐磨性。热处理工艺曲线2如下图1：图1：热处理工艺曲线附原热处理工艺曲线如图2：图2：原热处理工艺曲线该工艺方法为将铸态高锰钢在870固溶，基本上消除铸态组织，在缓冷的过程中奥氏体中的碳脱溶析出，在通过共析转变温度范围时奥氏体发生分解，从低温再加热升温的过程中进行奥氏体的重结晶，组织会有所细化。奥氏体中碳脱溶析出的碳化物和共析组织中的碳化物，由于其中含有合金元素，溶解温度高，在第二阶段被保存下来，最终形成了细化的奥氏体和其中有弥散分布碳化物第二项的组织。5.试验结果分析 5.1 本次试验共生产6炉钢，一套衬板96块，化学成份如表2：表2：化学成份元素C%Si%Mn%P%S%成分1.15-1.290.40-0.4712.12-13.650.051-0.0640.005-0.014平均1.210.4412.830.0570.009元素Cr%V%Ti%Nb%Re%成分1.95-2.500.21-0.340.05-0.090.031-0.0560.010-0.021平均2.130.260.080.0430.0175.2 通过合金化改性变质处理的试验钢比常规高锰钢在强度，韧性上有明显增强，硬度增加30%，夹杂物为 A2A4 级 碳化物为W4W7 级 本次试验中夹杂物等级可以通过改进透气转质量，保证吹氩时间等措施进行改进。而这种热处理方法的转变过程是在连续冷却过程中完成的，奥氏体的分解不是很充分，这对弥散碳化物的形成有一定的影响，使碳化物等级偏高，需在以后的生产试验中加以总结和改进。6. 结论 本次