耐磨高锰钢的生产技术.pdf

2011年第3期
设各与工艺
2011年6月
FOUNDRY EOUIPMENT AND TECHNOLOGY
「un.2011k
应用研究
耐磨高錳钢的生产技术
鲁志武,薏必义
(太重集团特铸分公司,山西太原030024)
摘荽:介绍了耐磨高锰钢的性能及生产特点,分析了高锰钢铸造生产从工艺編制、冶炼、造型材料的选用
型(芯)、清理、热处理以及焊补等各个琢节应注意的问题。特别介绍了一些高鑷钢工艺参数,可供同行借鉴
关键词;磨高锰钢;工艺;生产技术
中图分类号:IG142.72文献标识码:A文葷编号:1674-6694(2011)03-0048-03
高锰钢是1882年英国人R?A?哈特菲尔德
( Hadfield)发明的。发现含锰10%或更高时加热到
000左右并在冷水中淬火后可获得良好性能的
高锰钢
高锰钢也称奥氏体钢,主要有四大类:高碳高
锰耐磨钢、中碳高锰无磁钢、低碳高锰无磁钢和高
履带板
锰耐热钢。在这里我们主要介绍髙碳高锰耐磨钢。
含碳0.9%~1.45%、含锰11%~14%的高钢代
号一般为ZCMn是经典的耐磨钢。经水韧处理后
可得到单一的奥氏体组织,具有优良的韧性和元磁
性。其特点是在较大的冲击力和接触应力的作用
下,其表面层将迅速硬化一一晶体受到扭曲并有马
氏体形成,从而产生了耐磨的表面层,而内部仍为
b)动轮
)斗齿
奥氏体,保持了优良的冲击韧性。即便零件磨到很
薄仍能承受较大的冲击载荷而不破裂。通常应同于
图1耐磨件产品
破碎机的垂头、齿板、轧臼壁、挖掘机笭件以及球麾
机的衬板、铁轨道岔等。
界的、粗人的、低熔点的夹杂物对钢的力学性能和
太重集团特铸分公司是生产耐磨高锰钢和耐耐磨性均有不利的影响。为了减少夹杂物,最主要
热钢铸件的专业厂,有20余年生产高锰钢的历史。的环节是冶炼时保证获得纯净的钢水,特别是在加
其产品主要为集闭公司的产品配套、并为矿山和工锰后,要创造还原气氛,防止锰的氧化,在炉料熔化
程机械挖泥船等提供配件。尤其是高锰钢履带板、过程中,应补加石灰和氧化鉄形成高碱度和强氧化
驱动轮和斗齿等耐磨件深受用户的赞誉(如图1)。性炉渣,进行有效脱磷,冶炼终了时要造好白渣、脱
氧良好、出钢后在包中适当静置。
高锰磨钢的嵱燎、主要成分及性能
高锰钢铸件出现柱状晶时,机械性能及耐磨性
1.1高锰钢的冶炼
明显下降,为提髙冶金质量,细化铸态组织,可采用
般熔炼髙锰钢都在电炉中进行,这里主要说控制浇注温度1420℃~]440℃。出钢温度不宜过
下其溶炼特点。评价高锰钢治炼质量的指标之一高,高锰钢的液相线为1400℃固相线为1350℃。
是钢中夹杂物的数量、类型和分布状态。分布在晶出钢温度太高会使原始晶粒粗大,利用镇静降温是
不可取的。为细化晶粒也可进行变质处理如在出钢
收稿日期:2011-05-18
前加入0.3%~0.5%的稀土(稀土硅),稀土的加入方
作者简介:鲁志武(1966-),男,工程师
法是一般在出钢前加入炉内,可起到细化晶粒、脱
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2011年第3期
鲁志武,董必义:耐磨髙锰钢的生产技术
设各与エ
氧和去除杂质的作用,也可加入包内,但应注意块性会下降,且对白斑的敏感性也增人
度,以40mm~60mm为宜。一般来说组织越细耐磨
)锰
性能越好。需要说明的是,熔炼高锰钢时不可用酸
锰是高锰钢中的关健元素。锰起扩大奥氏体
性炉衬,炉衬和修补炉时应用碱性或中性材料。
区、稳定奥氏体的作用。在具体实践中,对复杂的受
1.2高锰钢的牌号
冲击大的铸件锰可高点儿。一般可选碳0.9%
高锰钢的牌号(CB5680-1998)见表1。根据国1,1%、锰10%~13%,锰碳比适当提高。
家标准,有五个牌号。在实际应用中各厂又派生出
3)硅
些厂标号,都具有各自的特点,百前尚未进入国
般来讲硅对高锰钢的性能没有明显影响。硅
标
可提高钢中固溶体的硬度和强度,对提高钢的冷作
13高锰钢的力学性能
变形硬化率的作用强,故而可提高钢的耐臍性。但
高锰钢的力学性能指经水朝处理后的性能如在高锰钢中由于硅降低碳在爽氏体中的溶解度,促
表2所示。
使碳化物析出,含硅高时容易岀现晶界碳化物,导
1.4各化学元素对高錳钢性能的影响
致铸造时开裂和加热保温过程中表面脱碳的倾向,
任何一种钢都含有主要元素和有害元素,从表因此将硅量控制在规定成分下限。
1和表2不难看出。如果髙锰钢的成分控制在标准
4)磷
范围内,则可保证其力学性能。所以有必要对其中
磷对高锰钢更是有害元素,铸造高锰钢ZCM
主要元素含量的增减对耐磨髙锰钢的性能有什么系奥氏体耐磨钢,为强化钢的耐蘑性和避免铸件产
影响来进行讨论,以便在生产实践中加以控制,达生裂纹,应严格控制磷。磷在高锰钢中溶解度很小,
到最佳性能,保证产品质量。
易偏析形成磷共晶,它熔点低分布在晶界和枝晶
1)碳
间,使诗件产生热裂一一礫超标时使高锰钢的8下
碳在高锰钢中的作用是:促成奥氏体的形成,降所致
有利于提高高锰钢的耐性和硬度,但是随着碳的
5)硫
增加使钢的韧性降低,塑性也降低,使裂纹的敏感
高锰钢中含硫较低。硫易和锰化合成硫化锰,
性增大。特别是在磷相对较高的情况下,更应相应而大部分进入炉渣中,少量在钢中以非金属夹杂物
控制碳,不应取高限。一般来说生产较复杂的铸件存在,对钢的性能影响很微小,可忽略不记
如履带板等碳不取高限。碳可提高高锰钢的流动性
6)铬
对生产薄件有利。含碳低含锰高的钢具有高韧性,
高锰钢中如ZGM-4加入铬,铬为体心立方结
但锰也不可含量太高,如锰14%时钢的强度和韧构,和铁的原子半径非常相近,可形成连续固溶体,
所以可溶于奥氏体中,溶于高锰钢奥
表1高锰钢的牌号(CB/r5680-1998)
质量分数,%
氏体中的铬可提高屈服强度()和初
牌号
成份%
使用」始硬度
C
般加铬1%-2%时,在强冲击较
ZGMNA-11.0~1,45
0.3~1.0?0.
低冲击
≤004
Zcmny--210.9-135
硬的蘑料使用时,耐性有明显的提
0.3~1,0??0.09
普通件
ZGMNY-3 0.95
0.3~0.8?桑0.07≤0.035
复杂件高,如破碎机的轧自壁,明显提高了耐
ZCMn-410.9-1301403-08?007
1.50-2.50
高神击磨性,延长了使用寿命
≤0.04
Zcmnir50.75-1.3?03-,007
0.90~-1,0耐低温
但由于络溶于奥氏体中在热处理
表2高猛钢的力学性能
时,使含铬的碳化物难以溶解,共析组
织升温时也难以转变,因此得到单
牌号
oyN·mm2
8/%
的奥氏体较难,所以固溶温度(即水
韧)应提高30℃~-50℃。
(mnyg-i
65(637)
229(使用过的
7)