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奥锰钢耐磨材料双变质工艺研究 张国庆 章成希 作者单位 铜陵市大明玛钢有限责任公司 单位地址 安徽省铜陵市 邮 编 244061 联系人 章成希 E-mail zcx_zhao@126.com 摘 要 分级复合双变质处理新工艺的核心就是将冶金处理技术的内核：变质处理；孕育处理；微合金化技术三位一体，相辅相成，互为作用；在实现组织明显改善的同时，使材料的综合性能得到全面提升。 该类奥锰钢采用Re—Ca—Ti—Al复合变质剂，在炉内、炉外实行“二步法”处理并按变质合金的异质形核的生核能大小设计分级处理的顺序；采用V渣+Ti+Zn复合孕育剂，也按孕育合金的异质形核的生核能大小设计分级处理的顺序；V(以V渣形式)、Cr、Mo(大型板件配加Nb)等合金化元素作为微合金化元素在预脱氧后加入。 在奥锰钢的冶金处理中，变质与孕育应该是两个看似相仿，其实各有侧重的对材料施行改性处理的方法。在过程中，它们发挥着相辅相成的作用。通过对奥锰钢的分级复合双变质冶金处理达到： 1)减少碳化物析出量； 2)控制碳化物析出形态； 3)细化奥氏体、强化奥氏体、稳定奥氏体 实现在实际工况，材料呈现较小变形情况下就能体现出良好的加工硬化特性。因此，变质与孕育是冶金处理技术中十分重要的内容。 双变质处理的工艺的优点在于： 将新型复合变质剂和新型复合孕育剂按双变质处理工艺加入钢液后，对改变铸态组织、提高热处理效果均产生明显的作用； 通过采用氮气喷射处理剂装置不但使变质剂、孕育剂的变质效果得到增强，使变质效果稳定，减少添加剂的用量，而且通过氮元素的溶入形成高熔点的氮化物，这有利于进一步细化晶粒和提高组织硬度；所形成的气泡还可作为精炼载体，纯净钢液。 关键词：奥锰钢　复合变质 复合孕育　分级复合双变质 耐磨性 第一章 绪论 1.1 奥锰钢耐磨材料 奥锰钢是在19世纪中叶出现的一种韧性极好的耐磨材料。由于它含有韧化相奥氏体，具有高的强韧性；在一定的冲击、挤压应力的工况条件下，具有独树一帜的表面加工硬化特点，因而耐磨性能良好。因其价格低廉，长期以来广泛应用于伴有冲击载荷的凿削磨损，应用于冶金、矿山、建筑、水泥、化工、机械和军事工程中。但是由于传统奥锰钢在特定的非强烈冲击、挤压应力条件下，其加工硬化的作用不能充分发挥，就无法充分发挥奥锰钢潜在的抗磨能力而表现得非常不耐磨，耐磨性能受到较大影响，导致材料磨损率高，对使用单位的经济效益产生一定的影响。 近些年来，随国家矿冶工程的发展，仅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奥锰钢生产新工艺上的探索，以期不断提高奥锰钢铸件的质量。 安徽铜陵是各种矿产相对集中的地区，随着国家产业政策的调整和矿业行业技术的进步，对提高奥锰钢零件的材料性能，实现降低机械能耗，提高矿业生产率，生产出性能优越的奥锰钢材料，提出了迫切要求。 铜陵市大明玛钢有限责任公司是以开发、生产耐磨材料为主的专业化工厂，具有年产各类奥锰钢铸件10000吨的生产能力，针对奥锰钢材料的改性处理，公司与安徽工程科技学院就联合共同研发高韧性、高耐磨性先进奥锰钢材料的项目达成合作协议，对传统奥锰钢的改性处理进行了技术攻关。主要在该类材料的成分设计，孕育剂的研制，变质剂的研制，微合金化处理的内容和方法上进行了较为深入的研究。研发出一种新型的奥锰钢孕育剂，一种新型的奥锰钢变质剂和创造出一种新型的分级复合双变质处理的工艺方法，从而在提高奥锰钢铸件的韧性基础上明显的提高了其磨后硬度和材料的同工况条件下的耐磨性能。在各类使用该类铸件的单位返回的数据表明：先进奥锰钢的耐磨性能与传统耐磨钢的耐磨性能相比，其能力得到了较大的提高，其提升率为50％～100％以上。 1.2 设计思路 先进奥锰钢的设计思路就是针对克服上述两类衬板材料的缺点，研制开发一种不但韧性良好，而且具有较快的加工硬化转变速率和较高的磨后硬度的衬板，使衬板的使用寿命得到很大的提高，为此我们从材料的基本成分设计入手，通过研发新型孕育剂、新型变质剂和采用分级复合双变质处理的新工艺实现对材料组织的控制，细化晶粒，增强强韧化处理的效果，提高材料加工硬化的能力，提高在冲击和冲刷应力下材料发生加工硬化转变的速率，使用这类耐磨材料的铸件具有优良的综合力学性能和较高的耐磨性能。 第二章 工艺设计 2.1 变质、孕育剂组分设计 奥锰钢的强韧化处理技术研究的思路主要有：采用V渣－Ti－Zn复合孕育剂、稀土Re-Ca-Ti-Al复合变质剂和采用B、Nb、N等微量合金元素进行微合金化处