浅析化学成分对高锰钢性能影响.docVIP

浅析化学成分对高锰钢性能影响 　　[摘 要] 本文通过分析，论证了高锰钢基本组成成份及合金元素对其性能的影响，为高锰钢性能的改善奠定了理论基础。 　　[关键词] 高锰钢 成分 合金元素 性能 　　 　　近年来，尽管已研制了好多种耐磨材料，但是最古老的一种高合金耐磨材料――高锰钢，由于具有优异的耐磨性及良好的韧性，在冶金、矿山、建筑、铁道、军工等部门得到了广泛的应用。 　　一、基本组成成份对高锰钢性能的影响 　　1.碳:是高锰钢的主要元素之一。碳能稳定合金中的奥氏体，在快速冷却时使奥氏体保留到室温，而呈单相奥氏体组织，随着碳含量的增加，碳的固溶强化作用增加，提高了高锰钢的强度，硬度和耐磨性。碳含量继续增加，高锰钢铸态组织中碳化物量增多，虽经固溶(水韧)处理，可将大多数碳化物溶入奥氏体中，但由于碳化物和奥氏体比容的差别，使得固溶后的高锰钢中存在超显微的孔洞缺陷，致使密度下降，影响了高锰钢的性能。当水韧处理后高锰钢奥氏体中残存碳化物较多，或沿晶界分布使其韧性大大下降。 　　对非强冲击磨损条件下工作的高锰钢(高锰钢使用后残体HBS＜400时称为非强冲击磨损），少量残余碳化物对抵抗磨损有利，但对强冲击磨料磨损条件下工作的零件，则采用较低碳含量为宜。选择合适的碳量除与工况条件有关，还与工件的形状、大小及铸造工艺有关，例如大断面和尺寸不规则的零件含碳量应低些，砂型铸造的因冷速慢，容易造成铸态组织中出现大量碳化物，不利重新加热时的溶入奥氏体中，含碳量也应低些。一般，碳含量控制在0.9％～1.4%范围内，但在某些情况下，采用了含碳量较高的高锰钢，现在已被采用的含碳1.5％～1.9％的高碳高锰就是一个例子。 　　2.锰:是高锰钢中主要成份，它扩大合金的γ相区，稳定奥氏体组织,并降低Ms点,使高锰钢奥氏体组织能保持到室温，锰在钢中除固溶于奥氏体外，另一部分存于（Fe、Mn）C型碳化物中，锰含量增加，强度、冲击韧性提高，这和锰增加晶间结合力有关。锰含量高时使钢的导热性降低容易得到穿晶组织，影响高锰钢的性能，这是我们不希望的。为了获得较好的综合机械性能，一般确定当碳在0.9％～1.5%时,锰选取在11％～14%。 　　锰含量的多少,主要由工况条件、铸件结构等方面决定。大断面和结构复杂的铸件含锰量应高些，用于强烈冲击的铸件，含锰量也应该高些。 　　此外，高锰钢中主要成份的配合――锰碳比也影响到钢的性能，当Mn/C＜8时，高锰钢经常规热处理后，碳化物不能全部溶入奥氏体，因此，为保证单相奥氏体存在，过去不少国家要求Mn/C＞9.5～10。现在实践表明,根据不同工况可以选择不同的锰碳比，对非强烈冲击磨损则采用高碳和低锰碳比，例如高碳高锰钢。对强烈冲击磨损则采用低碳和高锰碳比的钢，如大锤头用的超高锰钢。 　　3.硅:硅主要是做为脱氧剂带入，强化固溶体的作用，使屈服强度提高，但它封闭γ相区，并促进石墨化，当硅＞0.6％时，不仅易使高锰钢产生粗晶，而且降低碳在奥氏体中的溶解度，促进碳化物沿晶界析出，降低钢的韧性及耐磨性，增加钢的热裂倾向，因此硅往往控制在0.3％～0.6％,但当要求钢水有较好的流动性时，硅量可稍许增加，同时使晶界状况改善。我国标准中根据不同要求，硅被要求在0.3％～0.8％和0.3％～1.0％。 　　4.硫：高锰钢中由于锰的存在，生成了硫化锰，并进入溶渣，因此生产中硫一般能达到小于0.02％，完全可以达到标准要求。 　　5.磷：磷在奥氏体中溶解度很小，主要是与铁、锰形成共晶磷化物，并在晶界析出，它易引起铸件热裂、降低机械性能、损害耐磨性，严重时可在工作中断裂，例如含磷0.12％的高锰钢用来制造圆锥式破碎机衬板，其寿命仅为含磷0.038％高锰钢寿命的50％。 　　磷还能促进碳、锰元素的偏析，因而必须尽量降低磷含量，前苏联有的资料提出最好降至0.04％以下，我国标准规定磷含量≤0.07％～0.09％，对一些重要件控制P＜0.06％。 　　实验中发现，即使P＜0.06％的高锰钢在水韧后，80mm厚试件心部有磷化物存在。在水韧处理过程中，如果加热温度过高，在组织中也会新产生磷共晶。 　　二、合金元素在高锰钢中的作用 　　1.铬：铬是我国目前在高锰钢中应用的较多的元素，在冀东水泥厂引进日本的设备中，以及柳州水泥厂引进的丹麦设备中，都有加铬高锰钢耐磨件，是国内外广泛应用的元素。 　　水韧处理后高锰钢中的铬大部分都溶入奥氏体中，使其稳定性提高，同时又促使碳化物在冷却时加快析出。铬固溶在奥氏体后，可使钢的屈服强度提高，延伸率下降和冲击韧性下降。铸态时铬增加钢中碳化物量，其析出较快，并往往在晶界上形成连续的网状分布，在重新加热时溶入奥氏体较难，不易得到单相奥氏体，因此水韧加热温度需较标准高锰钢提高30℃～50℃。加铬高锰钢在强冲击