一种耐高温磨损的高锰奥氏体钢板生产方法与流程

1.本发明涉及高锰钢技术领域，尤其是一种耐高温磨损的高锰奥氏体钢板生产方法。


背景技术：

2.高锰奥氏体钢是英国人hadfield在18世纪发明的，高锰奥氏体钢具有良好的耐磨性能和高的加工硬化能力，在工程机械等方面有大量应用。其中高锰钢的组织为粗大的面心立方结构，初始的强度和硬度值都非常低。当表面受到载荷作用时会发生加工硬化和形成马氏体组织，表面形成硬化层，其硬度值迅速增加，具有优良的耐磨性能。同时，硬化层下面仍然是原来的奥氏体组织，保持良好的塑性和韧性。当表面硬化层被磨损后，新的硬化层又不断的形成，凭借这种优异的性能，适于制作长时间经受强冲击、大压力物料磨损的耐磨构件。现在高锰奥氏体钢作为耐磨材料已经广泛应用于矿山机械、碎石机的衬板、铁轨等领域。然而，耐磨材料在使用过程中机械功会部分转换为热能并导致材料升温，甚至部分耐磨材料使用的工况是在较高温度，比如水泥搅拌的工作温度在100-300℃间。高锰奥氏体钢原本强度和硬度较低，当温度的提高导致高锰奥氏体钢强度和硬度进一步下降；并且随度升高会导致高锰奥氏体钢层错能提高，在表面受到载荷作用时不能产生形变马氏体组织。在高温工况时高锰奥氏体钢的耐磨性能会急剧恶化和使用寿命缩短。这个不容忽视的问题使得高锰奥氏体钢的生产技术工艺的变革变得刻不容缓。
3.中国专利公开号为cn106048387a的文献中，公开了《一种耐磨高锰合金钢的熔炼工艺》。该发明将熔炼炉抽真空后通入惰性保护气体对合金进行熔炼，然后通过多步升温保温对合金进行纯化、细化，这样可以节约能源和减少锰铁烧损，促进高锰合金化学成分均匀，使得高锰合金钢具有高硬度、高强度和高韧性。但该冶炼工艺制备的高锰耐磨钢的组织仍为粗大奥氏体晶粒，虽然室温条件下表面受到载荷作用时会发生加工硬化和形成马氏体组织，提高耐磨性能。但是在高温条件下受到载荷时只会发生位错滑移和回复再结晶现象，其耐磨性能较差。
4.中国专利公开号为cn101423884a的文献中，公开了《一种高锰耐磨钢板的生产方法及其生产的钢板》。该文献中对厚度在6-40mm的热轧高锰钢板采用冷轧工艺处理，15-50％之间的压缩比进行冷轧，得到1-30mm厚度的冷轧高锰钢板。相比于原来的热轧高锰钢，冷轧高锰钢的屈服强度由515mpa提高到1025mpa、抗拉强度由845mpa提高到1365mpa、硬度由210hb提高到470hb，而伸长率由42％下降到25％。该专利所述的冷轧高锰钢在较小冲击和较小压力下耐磨性能比热轧高锰钢板高出三倍多。但是该工艺是使得高锰钢中奥氏体发生形变，产生大量的位错滑移，多系滑移产生割阶，进而阻碍后续位错滑移。冷轧高锰钢在高温状态下使用时，高锰奥氏体钢冷轧阶段形成的位错等缺陷会在高温阶段发生回复和再结晶，致使材料迅速软化，导致高锰奥氏体钢的耐磨性能急剧下降，难以适应高温工况。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供一种耐高温磨损的高锰奥氏体钢板生产方法，该发明制备的钢板具有优异的耐磨性能。
6.本发明的技术方案为：一种耐高温磨损的高锰奥氏体钢板生产方法，所述的方法包括以下步骤：
7.s1)、对厚度为10mm的高锰钢热轧板在室温下进行冷轧，轧制道次不低于8道次，轧制至4.6～5.1mm厚度，1至4道次压下率控制在10～13％，5至8道次压下率控制在4～8％；
8.s2)、进行高温退火，退火温度在559～641℃，并在此温度下保温29～35分钟；
9.s3)、进行冷却，在冷却速度为3～24℃/s下冷却至室温；
10.所述的钢板的厚度在4.6～5.1mm，硬度在408～520hv
0.5
，屈服强度在747～1095mpa，抗拉强度在1028～1210mpa，延伸率在13～29％，且所述的钢板在100-300℃条件下具有优异的耐磨性能。
11.作为优选的，步骤s2)中，所述退火温度控制在559～572℃。
12.本发明通过将冷轧1至4道次压下率控制在10～13％，以控制冷轧过程中的压下率和冷轧后的厚度，避免每道次压下率过小，导致难以得到由大量形变马氏体构成的冷轧板，导致后续退火过程中难以得到超细晶粒的高锰奥氏体钢；以及避免每道次压下率过大，导致易损伤设备；同时，若每道次压下率不均衡，易导致冷轧板中产生的形变马氏体分布不均，在后续退火过程中高锰钢组织的部分区域易残留马氏体或者奥氏体晶粒粗大。
13.本发明通过将冷轧5至8道次压下率控制在4～8％，由于经过1至4道次的冷轧后，高锰奥氏体钢已经形成了部分位错和形变马氏体，若后续4至8道次压下率过大，易损伤设备；若后续4至8道次压下率更小，难以得到由大量形变马氏体构成的冷轧板，导致后续退火过程中难以得到超细晶粒的高锰奥氏体钢，且存在浪费。
14.本发明通过中温退火，且温度控制在559～641℃，退火时间在29～35分钟，优选地退火温度控制在559～572℃，此温度段退火能使形变马氏体组织通过逆转变为超细奥氏体结构。若退火温度过低，难以发生逆相变形成奥氏体；若退火温度过高，极易导致获得的奥氏体晶粒迅速粗化。这都不利于得到组织为超细奥氏体晶粒的高锰钢板。
15.本发明获得超细奥氏体结构的高锰钢，由于超细的奥氏体晶粒通过细晶强化提高硬度和强度。相比于市场上普通的高锰奥氏体钢而言，其硬度和强度更好，在高温服役过程中更加耐磨；相比于通过冷变形得到的高强度高锰奥氏体钢而言，超细晶高锰奥氏体钢在载荷作用下会形成大量孪晶而不只是位错，在100至300℃时候不会通过再结晶消除，使得超细奥氏体晶粒的高锰钢表面层发生加工硬化，具备相对较好的耐磨性能。此温度段退火能使形变马氏体组织通过逆转变为超细奥氏体结构。若退火温度过低，难以发生逆相变形成奥氏体；若退火温度过高，极易导致获得的奥氏体晶粒迅速粗化。这都不利于得到组织为超细奥氏体晶粒的高锰钢板。
16.本发明的有益效果为：
17.1、本发明通过将冷轧1至4道次压下率控制在10～13％，以控制冷轧过程中的压下率和冷轧后的厚度，避免导致后续退火过程中难以得到超细晶粒的高锰奥氏体钢；以及避免每道次压下率过大，导致易损伤设备；
18.2、本发明通过将冷轧5至8道次压下率控制在4～8％，避免难以得到由大量形变马
氏体构成的冷轧板，导致后续退火过程中难以得到超细晶粒的高锰奥氏体钢，且存在浪费；
19.3、本发明通过温退火，且温度控制在559～641℃，退火时间在29～35分钟，从而使形变马氏体组织通过逆转变为超细奥氏体结构；
20.4、本发明的钢板不仅金相组织为全奥氏体，且不锈钢板厚度在4.6～5.1mm，硬度在408～520hv
0.5
，屈服强度在747～1095mpa，抗拉强度在1028～1210mpa，延伸率在13～29％；
21.5、本发明的冷轧是在室温下进行，易于工业化生产，且采用中温退火工艺，在中温退火过程中形变马氏体逆相变形成超细的奥氏体晶粒。
附图说明
22.图1为本发明实施例高锰钢逆转变后的组织形貌图。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
24.实施例1
25.本实施例提供一种耐高温磨损的高锰奥氏体钢板生产方法，所述的方法包括以下步骤：
26.s1)、对厚度为10mm的高锰钢热轧板在室温下进行冷轧，轧制道次不低于8道次，其中，第一道次压下量为12％，第二道次压下量为13％，第三道次压下量为11％，第四道次压下量为13％，第五道次压下量为6％，第六道次压下量为6％，第七道次压下量为6％，第八道次压下量为6％，总下压量为54％，钢板的厚度为4.6mm；
27.s2)、进行高温退火，退火温度在641℃，并在此温度下保温30分钟，从而使形变马氏体组织通过逆转变为超细奥氏体结构，形变后的组织形貌参见图1所示；
28.s3)、进行冷却，在冷却速度为3～24℃/s下冷却至室温；
29.所述的钢板的厚度在4.6mm，硬度在408hv
0.5
，屈服强度在747mpa，抗拉强度在1028mpa，延伸率在29％，且所述的钢板在100-300℃条件下具有优异的耐磨性能。
30.实施例2
31.本实施例提供一种耐高温磨损的高锰奥氏体钢板生产方法，所述的方法包括以下步骤：
32.s1)、对厚度为10mm的高锰钢热轧板在室温下进行冷轧，轧制道次不低于8道次，其中，第一道次压下量为13％，第二道次压下量为11％，第三道次压下量为12％，第四道次压下量为11％，第五道次压下量为7％，第六道次压下量为6％，第七道次压下量为4％，第八道次压下量为5％，总下压量为52％，钢板的厚度为4.8mm；
33.s2)、进行高温退火，退火温度在632℃，并在此温度下保温35分钟，从而使形变马氏体组织通过逆转变为超细奥氏体结构，形变后的组织形貌参见图1所示；
34.s3)、进行冷却，在冷却速度为3～24℃/s下冷却至室温；
35.所述的钢板的厚度在4.8mm，硬度在421hv
0.5
，屈服强度在790mpa，抗拉强度在1097mpa，延伸率在24％，且所述的钢板在100-300℃条件下具有优异的耐磨性能。
36.实施例3
37.本实施例提供一种耐高温磨损的高锰奥氏体钢板生产方法，所述的方法包括以下步骤：
38.s1)、对厚度为10mm的高锰钢热轧板在室温下进行冷轧，轧制道次不低于8道次，其中，第一道次压下量为10％，第二道次压下量为12％，第三道次压下量为12％，第四道次压下量为10％，第五道次压下量为7％，第六道次压下量为5％，第七道次压下量为5％，第八道次压下量为4％，总下压量为49％，钢板的厚度为5.1mm；
39.s2)、进行高温退火，退火温度在572℃，并在此温度下保温33分钟，从而使形变马氏体组织通过逆转变为超细奥氏体结构，形变后的组织形貌参见图1所示；
40.s3)、进行冷却，在冷却速度为3～24℃/s下冷却至室温；
41.所述的钢板的厚度在5.1mm，硬度在507hv
0.5
，屈服强度在1006mpa，抗拉强度在1132mpa，延伸率在16％，且所述的钢板在100-300℃条件下具有优异的耐磨性能。
42.实施例4
43.本实施例提供一种耐高温磨损的高锰奥氏体钢板生产方法，所述的方法包括以下步骤：
44.s1)、对厚度为10mm的高锰钢热轧板在室温下进行冷轧，轧制道次不低于8道次，其中，第一道次压下量为11％，第二道次压下量为12％，第三道次压下量为10％，第四道次压下量为10％，第五道次压下量为8％，第六道次压下量为6％，第七道次压下量为5％，第八道次压下量为5％，总下压量为50％，钢板的厚度为5.0mm；
45.s2)、进行高温退火，退火温度在559℃，并在此温度下保温29分钟，从而使形变马氏体组织通过逆转变为超细奥氏体结构，形变后的组织形貌参见图1所示；
46.s3)、进行冷却，在冷却速度为3～24℃/s下冷却至室温；
47.所述的钢板的厚度在5.0mm，硬度在520hv
0.5
，屈服强度在1095mpa，抗拉强度在1210mpa，延伸率在13％，且所述的钢板在100-300℃条件下具有优异的耐磨性能。
48.为了对比，本发明设计对比例1-3，其中，对比例1为不经过冷轧退火处理，对比例2为经过冷轧处理工艺，对比例3经过冷轧结合高温退火工艺的。
49.实施例1-4、以及对比例1-3的具体参数参见表1：
50.表1实施例1-4及对比例1-3工艺主要参数和力学性能对比
[0051] 实施例1实施例2实施例3实施例4对比例1对比例2对比例3初始厚度,mm10101010101010第一道次压下量12％13％10％11％0％4％13％第一道次后板厚，mm8.88.79.08.910.09.68.7第二道次压下量13％11％12％12％0％5％12％第二道次后板厚，mm7.77.77.97.810.09.17.7第三道次压下量11％12％12％10％0％4％10％第三道次后板厚，mm6.86.87.07.010.08.86.9第四道次压下量13％11％10％10％0％3％13％第四道次后板厚，mm5.96.16.36.310.08.56.0第五道次压下量6％7％7％8％0％4％6％第五道次后板厚，mm5.65.65.85.810.08.25.6第六道次压下量6％6％5％6％0％4％6％
第六道次后板厚，mm5.25.35.55.510.07.85.3第七道次压下量6％4％5％5％0％3％5％第七道次后板厚，mm4.95.15.35.210.07.65.0第八道次压下量6％5％4％5％0％3％4％第八道次后板厚，mm4.64.85.15.010.07.44.8总压下量54％52％49％50％0％26％52％最终板厚，mm4.64.85.15.010.07.44.8退火温度，℃64163257255900753退火时间，分钟303533290034屈服强度，mpa74779010061095415989373抗拉强度，mpa10281097113212106851033765延伸率29％24％16％13％40％10％45％硬度，hv0.5408421507520232494211
[0052]
由上述表1可以看出，本发明实施例中的高锰奥氏体钢热轧板坯经过一系列轧制热处理，由本发明实施例1～4中产品相对于不经过冷轧退火处理对比例1和经过冷轧处理工艺的对比例2和经过冷轧结合高温退火工艺的对比例3，在硬度、屈服强度、抗拉强度方面均具有良好的表现，尤其是硬度和屈服强度明显高于对比例，本发明实施例1～4中产品的硬度为硬度在408～520hv
0.5
，屈服强度在747～1095mpa，抗拉强度在1028～1210mpa，延伸率在13～29％。
[0053]
上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。