第一節(jié) 超高錳鋼基本生產技術、工藝或流程

處理工藝，可以提高材料的強韌性，耐磨性和加工硬 化能力.考慮Cr含量超過2.5%會使韌性下降，將cr含的各種碳化物及共析組織全部溶解，形成單一奧氏體固溶體；隨后在奧氏體從高溫冷卻的過程中，碳脫溶而析出含合金元素的碳化物，或者奧氏體冷卻過程中 分解產生的共析組織中含合金元素的碳化物.目的是 通過熱處理使奧氏體基體中析出彌散分布的第二相，強化基體，提高材料抗磨料磨損的能力。

超高錳鋼的最佳熱處理工藝為，加熱至1100℃保溫4 h，水淬，再經250℃保溫4h，空冷。該熱處理工藝條件下奧氏體晶粒細小，晶內顆粒狀碳化物均勻、彌散分布，力學性能得到顯著提高，即bσ=994.51 MPa，sσ=430.98 MPa，kα=260J/cm2，HB227，δ=55.03%。與常規(guī)水韌處理相比bσ提高了18.2%，sσ提高了7%，kα提高了22%，δ提高了30.3%，硬度提高了9.7%。

1、化學成分

高錳鋼按照國家標準分為5個牌號，主要區(qū)別是碳的含量，其范圍是0.75％－1.45％。受沖擊大，碳含量低。錳含量在11.0％－14.0％之間，一般不應低于13％。超高錳鋼尚無國標，但錳含量應大于18％。硅含量的高低，對沖擊韌度影響較大，故應取下限，以不大于0.5％為宜。低磷低硫是最基本的要求，由于高的錳含量自然起到脫硫作用，故降磷是最要緊的，設法使磷低于0.07％。鉻是提高抗磨性的，一般在2.0％左右。

2、爐料

入爐材料是由化學成分決定的。主要爐料是優(yōu)質碳素鋼（或鋼錠）、高碳錳鐵、中碳錳鐵、高碳鉻鐵及高錳鋼回爐料。這里特別提醒的是由人認為只要化學成分合適，就可以多用回爐料。這個人士是有害的。某些廠之所以產品質量不佳，皆出于此。不僅高錳鋼、超高錳鋼，凡是金屬鑄件，絕不可以過多的使用回爐料，回爐料不應超過25％。那么，回爐料過剩該如何？只要把廢品降到最低，回爐料就不會過剩。

3、熔煉

這里著重講加料順序，無論用中頻爐，還是電弧爐熔煉，總是先熔煉碳素鋼，而各類錳鐵和其他貴重合金材料，要分多次，每次少量入爐，貴重元素在最后加入，以減少燒損。料塊應盡量小些，以50－80mm為宜。熔清后，爐溫達到1580－1600℃時，要脫氧、脫氫、脫氮，可用鋁絲，也可用Si-Ca合金或 SiC等材料。將脫氧劑一定壓到爐內深處。金屬液面此時用覆蓋劑蓋嚴，隔斷外界空氣。還要鎮(zhèn)靜一段時間，使氧化物、夾雜物有充足時間上浮。然而，不少企業(yè)，只將鋁絲甚至鋁屑，撒再金屬液面上，又不加覆蓋，豈不白白浪費！在此期間，及時用中碳錳鐵來調整錳與碳的含量。

鋼液出爐前，將澆包烘烤到400℃以上是十分必要的。在出爐期間用V-Fe、Ti-Fe、稀土等多種微量元素做變質處理，是使一次結晶細化的必要手段，它對產品性能影響是至關重要的。

4、爐料與造型材料

要延長爐令，當分清鋼種與爐襯的屬性。錳鋼屬堿性，爐襯當然選用鎂質材料。搗打爐襯要輪番周而復始換位操作。添加爐襯材料不可過厚，每次80厘米左右為宜，搗畢要低溫長時間烘烤。如提高生產效率，筆者建議采用成型坩堝（沈陽力得廠和恒豐廠均又成品出售），從拆爐搗裝成，不用1小時，即可投入生產，同時成型坩堝對防穿爐大裨益。當然，爐令的長短與操作者大又關系。不少操作者像擲鉛球的運動員一樣，把爐料從三四米之外投入爐內，既不安全又傷爐令，應將爐料置于爐口旁預熱，然后用夾子慢慢地將爐料順爐料置于爐口旁預熱，然后用夾子慢慢地將爐料順爐壁放入。

造型材料和涂料也應與金屬液屬性相一致，或者用中興材料（如鉻鐵礦砂、棕剛玉等）。若想獲得一次結晶細化的集體，采用蓄熱量大的鉻鐵礦砂是正確的，尤其是消失模生產廠，用它將克服散熱慢的缺點。

5、鑄造工藝設計

錳鋼的特點是凝固收縮大，散熱性差，據此，在工藝設計中鑄造收縮率取2.5％－2.7％，鑄件越長大、越應取上限。型砂與砂芯的退讓性一定要好。澆注系統(tǒng)采取開放式。多個分散的內澆道從鑄件的薄壁處引入，且成扁而寬的喇叭狀，靠近鑄件處的截面積大于與橫澆道相聯(lián)的截面積，使金屬液快速平穩(wěn)地注入鑄型，防止整個鑄型內的溫差過大。冒口直徑要大于熱節(jié)直徑，緊靠熱節(jié)，高度是直徑的2.5－3.0倍，必須采用熱冒口甚至澆冒口合一，讓充足的高溫金屬液來不足鑄件在凝固收縮時之空位。將直澆道、冒口位于高處（砂箱有5－8。的斜度）也是正確的。澆注時盡可能低溫快澆。一旦凝固，要及時松砂箱。聰明的設計師總是善于利用冷鐵，包括內冷鐵于外冷鐵，它既細化一次結晶，消除縮孔、縮松，又提高工藝出品率，當然，適宜的用量和規(guī)格是應該考慮的。內冷鐵要干凈、易熔，用量以少為宜。外冷鐵的三維尺寸與冷卻物的三維尺寸為0.6－0.7倍的函數(shù)關系。過小不起作用，過大造成鑄件開裂。鑄件在型內要長時間保溫，直到低于200℃再開箱。

6、熱處理

熱處理開裂，是低溫階段升溫過快所致。故正確的操作是350℃以下，升溫速度<80℃/h，750℃以下，<100℃/h，且有不同時期的保溫。至>750℃時，鑄件內呈塑性狀態(tài)，可以快速升溫了。至1050℃時根據鑄件的厚度確定保溫時間，然后再升到1100℃以上。給出爐降溫留有余地然后盡快入水。高溫時升溫太慢，保溫時間太短，出爐后到入水時間間隔過長（不應>0.5min），這一切都影響鑄件質量。入水溫度應<30℃，淬火后，水溫<50℃，水量應不小于鑄件重量的8倍。冷水從池下部進入，溫水從池頂面流出。鑄件在水池中要三個方向不停地一動。

7、切割與焊接

因為錳鋼熱傳導性能差，所以在切割澆冒口時應十分注意。最好將鑄件置于水中，被切割部分露在水外，切割時留一定量的茬，熱處理后磨掉。

不少廠，焊接和焊補成為必然。選用奧氏體基的錳鎳焊條（D256或D266型），規(guī)格細長，φ3.2mm×350mm，外層藥皮為堿性。操作時采用小電流，弱電弧，小焊道多焊層、始終保持低溫度少熱量的操作方法。一邊焊接一邊擊打，消除應力。重要鑄件必須探傷。

生產者要考慮的，不僅僅是降低生產成本，但更重要的是不出廢品，最大限度地出優(yōu)質品，進而最到限度地擴大占領市場份額。這看起來是慢而費，實際上是快而省，這個觀念不僅認識到，更重要的是要做到。

第二節(jié) 超高錳鋼新技術研發(fā)、應用情況

鄭州鼎盛工程技術有限公司在長期的耐磨材料 研究 過程中，通過大量的試驗發(fā)現(xiàn)，提高高錳鋼性能的方法，目前常用的有以下幾種：

1、從高錳鋼的成分入手，采用提高Mn、Ni、Mo、C等合金元素的含量，使高錳鋼性能有較大提高，但由于這些合金元素的金屬價格持續(xù)走高，會使高錳鋼成本增加，市場競爭力下降。

2、從鑄造工藝上入手，采用消失模、擠壓鑄造等鑄造新工藝生產高錳鋼鑄件，有效地提高了鑄件的精度和解決冒口部位的縮松問題。

3、從改進熱處理工藝入手，主要有余熱熱處理、水韌處理工藝的改進等，有效的降低了能耗和使工件實用性能得到一定的改善。

4、提高高錳鋼加工硬化性能，如采用爆炸法對產品進行與加工硬化，有效提高了產品使用的初始硬度，但這種方法的穩(wěn)定性仍不夠理想。

5、通過調整組成成分，重點解決高錳鋼初始硬度低、奧氏體晶粒粗大、熱處理淬透性差和淬火時的開裂難題，以提高高錳鋼的淬透性、抗蠕性和耐磨性。

第三節(jié) 超高錳鋼國外技術發(fā)展現(xiàn)狀

國外文獻中將傳統(tǒng)的1.2C-13Mn-Cr高錳鋼成分改為1.5C-18Mn-Cr。其所以如此改變成分，是基于沖擊磨損試驗。在不同碳量高錳鋼的沖擊磨損試驗中，發(fā)現(xiàn)沖擊磨損量隨碳量增加而下降，在1.5%C時，沖擊磨損量較小。而在不同錳量(C=1.5%）的沖擊磨損試驗中，看到Mn=18%時，沖擊磨損量出現(xiàn)極小值，所以該文選擇了1.5%C和18%Mn。該文還認為，當碳量增加時，σb、δ、αK均下降，特別是當碳超過1.6%時，碳已超過溶解度極限，在水韌后仍不能消除碳化物。因此，該文認為應提高錳量以消除碳量高時造成的碳化物，從而提高韌性。

國外有一專利：一種含25%Mn的超高錳鋼，其性能為：σb840 MPa，σs510 MPa，δ4%，HB217。該專利認為這種鋼的加工硬化速度快，在4個國家共25個單位運行考核表明，壽命增加30%左右。

第四節(jié) 超高錳鋼技術開發(fā)熱點、難點 分析

以超高錳鋼垂頭為例，其生產工藝包括設計、生產工藝選擇等，在生產工藝中，熱處理是重要的環(huán)節(jié)，熱處理工藝的好壞會直接影響產品的質量性能，因此，成為技術研發(fā)重點。

第五節(jié) 超高錳鋼未來技術發(fā)展趨勢

在合適的溫度，合適的鋼液基本成分的條件下，變質處理、孕育處理、微合金化處理除充分發(fā)揮各自的冶金處理作用外，還彼此“互融”體現(xiàn)了三位一體、互為作用的效果。例如：

1）隨著合金元素的溶入改變了碳在奧氏體中的擴散系數(shù)，在凝固過程連續(xù)冷卻條件下，擴散速度減小就意味著碳的析出量的減少；

2）由良好的孕育效果形成的一定量的異質形核質點將導致奧氏體脫溶的碳原子和因鋼液中濃度起伏出現(xiàn)的碳原子集團優(yōu)先向其擴散，從而使碳化物轉向以異質形核為主的結晶方式；

3）稀土等活性元素吸附在新生碳化物表面，使其難以連結成網狀；

4）在凝固過程中由于溶質元素再分配使添加的各種合金元素富集在奧氏體結晶前沿的液體中，提高了奧氏體的形核率，使奧氏體基體細化；

5）經過變質處理，微合金化和孕育處理后，增大了鋼液過冷傾向，使冷卻速度對結晶過冷度的影響減弱，從而表現(xiàn)為厚大鑄件斷面的組織、性能趨以一致。

變質處理、孕育處理和微合金化的共同作用細化了晶粒，消除了碳化物的網狀析出，減少了夾雜數(shù)量、改變了夾雜形態(tài)、凈化了晶界、凈化了鋼液，增大了處理效果的穩(wěn)定性，延長了“衰退”時間，為獲得良好的水韌處理效果提供了有利的鑄態(tài)組織和性能的保證。

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