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          鋼鐵中加錳對耐熱鋼有什么作用

          來源: 百度 發布時間:2018-10-29 瀏覽量:

          高錳鋼 

            含錳量在10%以上的合金鋼。1882年第一次獲得奧氏體組織的高錳鋼,1883年英國人哈德菲爾德(R.A.Hadfield)取得了高錳鋼專利。高錳鋼依其用途的不同可分為兩大類:
            (1)耐磨鋼。這類鋼含錳10%~15%,碳含量較高,一般為0.90%~1.50%,大部分在1.0%以上。其化學成分為(%):
            C0.90~1.50Mn10.0~15.0
            Si0.30~1.0 S≤0.05 P≤0.10這類高錳鋼的用量最多,常用來制作挖掘機的鏟齒、圓錐式破碎機的軋面壁和破碎壁、顎式破碎機岔板、球磨機襯板、鐵路轍岔、板錘、錘頭等。
            上述成分的高錳鋼的鑄態組織通常是由奧氏體、碳化物珠光體所組成,有時還含有少量的磷共晶。碳化物數量多時,常在晶界上呈網狀出現。因此鑄態組織的高錳鋼很脆,無法使用,需要進行固溶處理。通常使用的熱處理方法是固溶處理,即將鋼加熱到1050~1100℃,保溫消除鑄態組織,得到單相奧氏體組織,然后水淬,使此種組織保持到常溫。熱處理后鋼的強度、塑性和韌性均大幅度提高,所以此種熱處理方法也常稱為水韌處理。熱處理后力學性能為:σb615~1275MPa σ 0.2340~470MPa ζ15%~85% ψ15%~45% aKl96~294J/cm2 HBl80~225
            高錳鋼經過固溶處理后還會有少量的碳化物未溶解,當其數量較少符合檢驗標準時,仍可使用。
            奧氏體組織的高錳鋼受到沖擊載荷時,金屬表面發生塑性變形。形變強化的結果,在變形層內有明顯的加工硬化現象,表層硬度大幅度提高。低沖擊載荷時,可以達到HB300~400,高沖擊載荷時,可以達到HB500~800。隨沖擊載荷的不同,表面硬化層深度可達10~20mm。高硬度的硬化層可以抵抗沖擊磨料磨損。高錳鋼在強沖擊磨料磨損條件下,有優異的抗磨性能,故常用于礦山、建材、火電等機械設備中,制作耐磨件。在低沖擊工況條件下,因加工硬化效果不明顯,高錳鋼不能發揮材料的特性。
            中國常用的高錳鋼的牌號及其適用范圍是:ZGMn13—1(C 1.10%~1.50%)用于低沖擊件,ZGMn13—2(C1.00%~1.40%)用于普通件,ZGMn13—3(C0.90%~1.30%)用于復雜件,ZGMn13-4(C0.90%~1.20%)用于高沖擊件。以上4種牌號鋼的錳含量均為11.0%~14.0%。
            在沖擊載荷作用的冷變形過程中,由于位錯密度大量增加,位錯的交割、位錯的塞積及位錯和溶質原子的交互作用使鋼得到強化。這是加工硬化的重要原因。另一個重要原因則是高錳奧氏體的層錯能低,形變時容易出現堆垛層錯,從而為ε馬氏體的形成和形變孿晶的產生創造了條件。常規成分的高錳鋼的形變硬化層中??梢钥吹礁呙芏任诲e、位錯塞積和纏結。ε馬氏體和形變孿晶的出現使鋼難以變形,尤其是后者的作用更大。上述各種因素都使高錳鋼的硬化層得到很高程度的強化,硬度大幅度提高。
            高錳鋼極易加工硬化,因而很難加工,絕大多數是鑄件,極少量用鍛壓方法加工。高錳鋼的鑄造性能較好。鋼的熔點(約為14()()℃),鋼的液、固相線溫度間隔較小,(約為50℃),鋼的導熱性低,因此鋼水流動性好,易于澆注成型。高錳鋼的線膨脹系數為純鐵的1.5倍,為碳素鋼的2倍,故鑄造時體積收縮和線收縮率均較大,容易出現應力裂紋。
            為提高高錳鋼的性能進行過很多合金化、微合金化、碳錳含量調整和沉淀強化處理等方面的研究,并在生產實踐中得到應用。介穩奧氏體錳鋼的出現則可較局gao大幅度降低鋼中碳、錳含量并使鋼的形變強化速度提高,可適用于高和中低沖擊載荷的工況條件,這是高錳鋼的新發展。
            (2)無磁鋼。這類鋼含錳大于17%,碳含量一般均在1.0%以下,常在電機工業中用于制作護環等。這類鋼的密度為7.87~7.98g/cm3。由于碳、錳含量均高,鋼的導熱能力差。導熱系數為12.979W/(m?℃),約為碳素鋼的1/3。由于鋼是奧氏體組織,無磁性,其磁導率μ為1.003~1.03(H/m)。
          高錳鋼的鑄造工藝 
            在高能量沖擊的工作條件下,高錳鋼與超高錳鋼鑄件的應用范圍是廣闊的。許多鑄造廠,對生產此類鋼種鑄件缺乏必要的認識?,F對具體操作做簡要的說明,供參考。
            1 化學成分
            高錳鋼按照國家標準分為5個牌號,主要區別是碳的含量,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,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,建議采用成型坩堝,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,或者用中性材料(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。型砂砂芯退讓性一定要好。澆注系統采取開放式。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的截面積,使金屬液快速平穩地注入鑄型,防止整個鑄型內的溫差過大。冒口直徑要大于熱節直徑,緊靠熱節,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,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

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