近些年來(lái)，隨國(guó)家礦冶工程的發(fā)展，用于礦石粗磨的顎式破碎機(jī)、中細(xì)磨的圓錐破碎機(jī)的顎板、球磨機(jī)襯板、粉碎機(jī)錘頭等高錳鋼件年耗量已達(dá)百萬(wàn)噸。這促使人們愈發(fā)重視在高錳鋼生產(chǎn)新工藝上的探索，以期不斷提高高錳鋼鑄件的質(zhì)量。高錳鋼生產(chǎn)新工藝其核心是將變質(zhì)處理、孕育處理和微合金化技術(shù)三位一體。

冶金處理技術(shù)

冶金處理技術(shù)對(duì)優(yōu)質(zhì)高錳鋼的改性作用受制于在處理過(guò)程中所應(yīng)具備的相關(guān)的動(dòng)力學(xué)條件，而溫度和成分濃度的條件必然包括其中。實(shí)踐證明，這兩個(gè)條件對(duì)提高高錳鋼使用壽命至關(guān)重要。高錳鋼以冶煉溫度1550～1580℃、處理溫度1500～1520℃、澆注溫度1400～1470℃為宜；對(duì)材料的成分設(shè)計(jì)在參考ＧＢ5680—1985和美國(guó)、德國(guó)、俄羅斯相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，更應(yīng)考慮高錳鋼的不同使用工況條件。一般將其分為兩類(lèi)：一類(lèi)是強(qiáng)調(diào)材料的高韌性，一類(lèi)是強(qiáng)調(diào)材料的抗磨性。Ｍｎ含量愈高，奧氏體愈穩(wěn)定，并由此造成的對(duì)材料基體固溶強(qiáng)化的程度也不一樣。優(yōu)質(zhì)高錳鋼生產(chǎn)新工藝的冶金處理技術(shù)包括以下幾個(gè)方面。

1 變質(zhì)處理

變質(zhì)處理的作用主要是：改善碳化物形態(tài)；減少夾雜、凈化鋼液；細(xì)化晶粒；穩(wěn)定合金元素。

優(yōu)質(zhì)高錳鋼采用Rｅ-Cａ-Tｉ-Aｌ復(fù)合變質(zhì)劑對(duì)鋼液實(shí)施分級(jí)復(fù)合變質(zhì)。

例如ZGMｎ13鋼的分級(jí)變質(zhì)工藝是出鋼前向爐內(nèi)加入0.06％～0.10％的鈦鐵和0.1％～0.2％ 1#稀土硅鐵合金，出鋼前將0.08％～0.12％ Sｉ20Ａｌ50Ｆｅ合金投入鋼包，出鋼時(shí)隨流加入0.03％～0.05％的Sｉ-Cａ合金，轉(zhuǎn)包時(shí)在包中加入0.3％～0.4％ 1# 稀土硅鐵合金或在瞬時(shí)隨流澆注時(shí)加入0.04％～0.08％的Cｅ-ＲＥ。

2 孕育處理

孕育處理的作用主要是：改變、細(xì)化和穩(wěn)定碳化物形態(tài)；細(xì)化晶粒；增強(qiáng)厚大鑄件斷面組織、性能的一致性。

優(yōu)質(zhì)高錳鋼采用Ｖ渣-Tｉ-Ｚｎ復(fù)合孕育劑對(duì)鋼液實(shí)施分級(jí)復(fù)合孕育。

如ＺＧＭｎ13鋼的分級(jí)孕育工藝是出鋼前向爐內(nèi)加入1％～1.5％Ｖ渣，出鋼前將0.006％～0.012％的Ｚｎ投入鋼包，出鋼時(shí)隨流加入0.1％～0.15％鈦鐵。

3 微合金化處理

微合金化處理的作用主要是：提高材料起始硬度和加工硬化能力；固溶強(qiáng)化基體；細(xì)化晶粒；穩(wěn)定碳化物形態(tài)。

優(yōu)質(zhì)高錳鋼采用Ｃｒ-Ｍｏ-Ｖ-Ｔｉ等作為微合金化添加元素，對(duì)大而厚壁的鑄件，為提高其抗裂能力可酌加Ｎｂ元素。合金元素可在脫氧后爐內(nèi)加入，亦可安排在爐前進(jìn)行處理。優(yōu)質(zhì)高錳鋼的微合金化元素的加入量為Ｃｒ：2.0％～2.5％；Ｍｏ：0.4％～0.6％；Ｎｂ一般為0.02％～0.04％。對(duì)此類(lèi)經(jīng)微合金化處理的鑄件除應(yīng)提高水韌處理溫度外(達(dá)1080℃)，一定要進(jìn)行回火處理，回火溫度為250～350℃，由試驗(yàn)結(jié)果確定。由此形成的Ｃｒ-Ｃ配對(duì)原子簇增加了位錯(cuò)強(qiáng)度，從而能明顯提高材料起始硬度和加工硬化能力。

性能對(duì)比與機(jī)理分析

1 性能對(duì)比高錳鋼經(jīng)過(guò)上述冶金處理后，各方面的狀態(tài)性能均發(fā)生了較大的變化。主要表現(xiàn)于：

1) 晶粒度由傳統(tǒng)高錳鋼的1～2級(jí)，提升到4級(jí)；
2) 夾雜物不但數(shù)量上有較大的減少而且形態(tài)變?yōu)榍蛄睿?
3) 鑄態(tài)組織避免和消除了網(wǎng)狀碳化物；
4) 大幅度提高了材料的力學(xué)性能和使用性能，如表1。

表1改性處理高錳鋼對(duì)力學(xué)性能、耐磨性的影響

2 機(jī)理分析

在合適的溫度，合適的鋼液基本成分的條件下，變質(zhì)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(kuò)散系數(shù)，在凝固過(guò)程連續(xù)冷卻條件下，擴(kuò)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(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)將導(dǎo)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(tuán)優(yōu)先向其擴(kuò)散，從而使碳化物轉(zhuǎn)向以異質(zhì)形核為主的結(jié)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(jié)成網(wǎng)狀；
4) 在凝固過(guò)程中由于溶質(zhì)元素再分配使添加的各種合金元素富集在奧氏體結(jié)晶前沿的液體中，提高了奧氏體的形核率，使奧氏體基體細(xì)化；
5) 經(jīng)過(guò)變質(zhì)處理，微合金化和孕育處理后，增大了鋼液過(guò)冷傾向，使冷卻速度對(duì)結(jié)晶過(guò)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(zhì)處理、孕育處理和微合金化的共同作用細(xì)化了晶粒，消除了碳化物的網(wǎng)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(zhǎng)了“衰退”時(shí)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。

結(jié)語(yǔ)

分級(jí)復(fù)合變質(zhì)處理，復(fù)合孕育處理和微合金化處理為優(yōu)質(zhì)高錳鋼的生產(chǎn)提供了簡(jiǎn)便穩(wěn)定的技術(shù)支持。建立動(dòng)力學(xué)條件的冶金處理過(guò)程局部和整體效果影響的理念，不論是運(yùn)用該工藝，還是不斷完善它都是必要的