【正文】 (12)每隔 5～7min 加一批碳粉和硅鐵粉，保持爐內(nèi)呈還原性氣氛，并用石灰調(diào)渣；(13)還原后取渣樣分析，要求（MnO）+（FeO）≤%。(10)稀薄渣形成后，加入烘烤過的 MNFe，使終[Mn]達到中下限；(11)加入 MnFe 后攪拌，并加入還原渣料 3%～4%。（8）熔池平靜，用秒表測定溫度，不少于 45s 時，可扒除全部氧化渣；（9）出渣后迅速加稀薄渣料，渣量為料重的 2%。現(xiàn)就常用的氧化法冶煉工藝而言，必須做到下述幾點：（1）配碳量應(yīng)保證氧化期脫碳量在 %以上；（2）爐料熔化到 60%～80%以后，扒推料并加助熔碎鐵礦石為料重的 1%左右；（3）熔化期總渣量為鋼液質(zhì)量的 2%～4%,氧化期為 2%～5%；（4）化清后，若熔池中磷高時可流渣或扒渣，若碳低時可先增碳后在氧化；（5）測溫時間不少于 20s 時，加礦石氧化，每批礦為料重的 1%～5%.兩批間隔時間為 6～7min,分 2～3 批加入 1%。 稀 土 高 錳 鋼 的 生 產(chǎn) 工 藝 要 點 稀 土 高 錳 鋼 的 冶 煉稀土高錳鋼在電弧爐中冶煉時往往有氧化法和不氧化法兩種工藝。實驗證明，稀土不僅可強化原始奧氏體，提高顯微硬度，而且可以加工硬化層，提高硬化層最表層（小于 ）的硬度。因有時采用一號稀土合金而帶進了鈦，從而形成了對提高高錳鋼強度非常有效的強化質(zhì)點 TiN，促進了對高錳鋼的質(zhì)點強化作用。（c）質(zhì)點強化稀土夾雜物顆粒細小，堅硬。同時因稀土元素的脫氧，脫硫作用，減少了鋼中錳，硅等夾雜物的數(shù)量，增加了錳，硅再高錳鋼中的實際固溶量。如鈰（Ce）的原子半徑為，鐵則為 ，原子半徑相差 42%。同時，即使鋼中有殘留的稀土夾雜物，也會均勻地分布在基體中，大大減少了氧化物和硫化物在晶界上的析出量，是晶界得以強化。這些碳化物一次結(jié)晶時就彌散于晶內(nèi)，當系統(tǒng)溫度降至奧氏體中開始析出碳化物時（960℃） ，成為碳化物析出的的結(jié)晶核心，增加了高錳鋼奧氏體晶內(nèi)彌散析出碳化物的數(shù)量。其次，稀土加入后能減少鑄態(tài)晶界碳化物的數(shù)量，抑制碳化物在晶界形成連續(xù)網(wǎng)狀，減少并消除針片狀碳化物在晶內(nèi)出現(xiàn)。 抑 制 碳 化 物 生 長稀土元素原子半徑大，融入高錳鋼后主要存在于晶界空穴等缺陷中，所以稀土原子大多以內(nèi)吸附的形式存在于晶界，降低晶界的界面能，使碳化物在晶界形核困難。稀土使高錳鋼晶粒粗化溫度提到大約 100℃，因而可獲得較細的晶粒度。在結(jié)晶過程中，稀土元素在基體和其他相中分配系數(shù)很?。ㄐ∮?） ，其表面活性大大增加。因此稀土加入可明顯細化高錳鋼的奧氏體晶粒。稀土加入高錳鋼液，主要形成稀土氧化物和稀土硫化物兩大類型非金屬夾雜，經(jīng)研究這些夾雜和奧氏體的錯陪讀只有 3%，完全可以作為結(jié)晶時的異質(zhì)晶核，細化高錳鋼的一次結(jié)晶。稀土元素表面活性的性質(zhì)和他的化合物的核心作用，使鑄態(tài)組織細化，經(jīng)熱處理后的組織也會有相應(yīng)細化。從表 31 數(shù)據(jù)可以看出，加入稀土后，高錳鋼的氧，硫和氮含量均有明顯降低。稀土和氧親和力強，稀土加入對鋼液進一步脫氧，降低鋼中含氧量，減少[MnO]夾雜在晶界的分布，改善高錳鋼的冶金質(zhì)量。高錳鋼在液化時易氧化，其主要氧化物夾雜為 MnO,分布于晶界，是晶界脆化，高溫時易產(chǎn)生熱裂。鋼中[H],[N]溶解度大幅降低，特別在凝固時有大量氣體析出，形成氣孔，其中由以氫氣孔最為嚴重。稀土加入一方面減少硫化物夾雜的數(shù)量，最主要的改善了形狀，大小，分布，大大降低了非金屬夾雜對高錳鋼的有害作用。稀土加入后能進一步降低鋼中硫含量 20%～40%。 凈 化 鋼 液稀土元素化學性質(zhì)活潑，和鋼液中的[S],[O],[H],[N]都能形成穩(wěn)定化合物。 3）抑制碳化物生長。實踐證明，稀土能極大地改善高錳鋼的性能 1)凈化鋼液，改善高錳鋼的冶金質(zhì)量。我國自 20 世紀60 年代初開始稀土在鋼鐵中的應(yīng)用研究,發(fā)現(xiàn)稀土在金屬材料中有凈化、夾雜物變質(zhì)、改善鑄態(tài)組織、微合金化等作用。稀土在煉鋼溫度下的蒸汽壓也很低，這是稀土在煉鋼中應(yīng)用勝于鈣和鎂的主要原因。稀土元素具有中等的比重，中等難熔溫度，較小的熔化熱和很高的沸)。因此，它們的化學活潑性很強，能與鋼中的一系列有害雜質(zhì)生成熱力學上極為穩(wěn)定的化合物，使鋼凈化。除梢和鏡以外，一般的負值電極電位都在 以上。重稀土（又稱釔組）包括：鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧、釔。根據(jù)稀土元素原子電子層結(jié)構(gòu)和物理化學性質(zhì)，以及它們在礦物中共生情況和不同的離子半徑可產(chǎn)生不同性質(zhì)的特征，這十七種稀土元素通常分為二組。此外加工硬化和實際工礦條件對鋼的耐磨性也有很大的影響 [3]。碳對高錳鋼的加工硬化性影響很大，隨著碳含量的增加，耐磨性提高。高錳鋼實際使用硬度是表層的加工硬化硬度，可高達 600HB。水韌處理后，鋼的硬度與合金成分的關(guān)系由固溶強化的程度決定，但固溶強化的作用不及碳化物的作用。鑄態(tài)組織中有大量的碳化物和共析分解的珠光體組織，鋼的硬度較高，約為 200}230HB。高錳鋼的固態(tài)密度為，它的電阻率比鐵的大將近 3 倍，鑄態(tài)高錳鋼經(jīng)水韌處理后得到單相奧氏體，無磁性，其導(dǎo)磁率為 μ=～ 。當高錳鋼受到?jīng)_擊、壓力等應(yīng)力作用產(chǎn)加工硬化，其顯微組織會出現(xiàn)許多滑移帶，甚至出現(xiàn)晶粒扭曲、滑移帶彎曲或滑移臺階 [27]，如圖 (c)所示。鑄件在鑄造結(jié)晶的過程中，冷速緩慢，室溫時組織是以奧氏體為基體，晶內(nèi)和晶界存在大量塊狀、條狀或者針狀碳化物，晶界上碳化物呈網(wǎng)狀，如圖 (a)所示。圖 為含 13 %Mn 的 FeMnC 三元合金相圖的截面圖。 高 錳 鋼 的 組 織 和 性 能 高 錳 鋼 的 顯 微 組 織目前我們常用的耐磨高錳鋼為 ZGMn13 型，其化學成分大致為 C: ～ %, Mn:11～14 %, Si: ～ %, S≤ %, P≤。 高 錳 鋼 的 變 質(zhì) 處 理因為碳化物析出導(dǎo)致高錳鋼韌性迅速降低的一個重要因素是這些碳化物通常趨于沿奧氏體的晶界析出，并且這些碳化物往往呈現(xiàn)出對材料韌性最不利的片狀或針狀。硅:硅促使枝晶粗大及碳化物的形成。釩的加入使硬度提高，當含量較高時沖擊韌性下降。時，鋼的強度、塑性和沖擊韌性提高 20%30%0 鑰能改善奧氏體沿樹枝晶發(fā)展的傾向，鋁的加入還可阻止奧氏體晶粒在熱處理時加熱和保溫過程中的長大。鑰:合金元素 Mo 可以緩解碳的擴散速度，能抑制碳化物的析出和珠光體的形成。鉻:合金元素 Cr 是固溶強化和碳化物形成元素，一般用量 1. 5%～3. 0% 。合金元素的加入主要是控制碳化物的析出和改善屈服極限。通過實驗和實際生產(chǎn)使用證明，這種材質(zhì)的沖擊板比普通高錳鋼的使用壽命提高近一倍。其化學成分大致為: C1. 53%，Si 0. 55%，Mn 18. 2%，Cr 2. 65%，Ti 0. 22%，Re 0. 35%, P0. 06%, S0. 05。它既具有高的加工硬化速率，又保持了高韌性的奧氏體組織，在中低沖擊工況下，具有良好的耐磨性 [20,21]。美國 Climax 公司研制的奧氏體中錳鋼，開辟了一條發(fā)揮奧氏體錳鋼潛力的新途徑 [4]。介穩(wěn)奧氏體錳鋼在形變時形成大量孿晶，孿晶帶薄，孿晶間距小，并有 ε 馬氏體出現(xiàn) [19]。介穩(wěn)奧氏體錳鋼是在 Mnl3的基礎(chǔ)上，適當降低碳錳含量，并加入一定含量的鉻，從而降低奧氏體穩(wěn)定性所獲得的一種耐磨材料 [17,18]。目前，一些國家高錳鋼中的碳含量趨向于向高碳方向發(fā)展。近年研究表明，在非強烈沖擊工況條件下，在含 C 量超過1%時，每增加 0. 1% C，耐磨性提高 5%～10%。為主的粒狀碳化物，使其彌散分布于奧氏體基體上，有效地提高耐磨性達 2 倍以上，挖掘使用表明，這種合金化的高錳鋼，不僅在高沖擊應(yīng)力下具有良好的耐磨性，而且在低應(yīng)力條件下仍很耐磨 [16]。有關(guān)測試表明，加入 0. 069%N, %Ti 和 %Ni 的高錳鋼，其耐磨性分別提高 60%和 ～ 倍。采用不同的方法，努力提高屈服強度和耐磨性，以滿足使用要求。為了克服傳統(tǒng)高錳鋼所表現(xiàn)出來的弱點或降低它們的影響，國內(nèi)外學者為此進行了許多研究，其中改型高錳鋼、合金化高錳鋼、超高錳鋼及介穩(wěn)奧氏體錳鋼的研究都取得了許多有益的進展 [1113]，一些國家以將改進型的奧氏體錳鋼納入國家標準 [14,15]。而在高溫或濕磨的條件下又面臨腐蝕磨損 [9,10]。對于厚大斷面工件，心部常常出現(xiàn)碳化物，從而降低使用性能[6,7]。高錳鋼優(yōu)異的耐磨性是建立在加工硬化的基礎(chǔ)上，需要在高應(yīng)力下才能充分加工硬化，但就目前耐磨件工作條件而言，高應(yīng)力工況不足 5%，絕大部分都是在中低應(yīng)力狀態(tài)下工作，因而高錳鋼不易被加工硬化，耐磨性不能充分發(fā)揮 [5]。而高錳鋼在高沖擊負荷作用下才能表現(xiàn)出最佳的耐磨性，在此情況下沖擊韌性是一個很重要的性能指標。含錳量一定時，適當提高含碳量可以改善耐磨性，但是含碳量超過 1. 5%時，對耐磨性的影響則不明顯 [6]。高錳鋼中錳的主要作用是穩(wěn)定奧氏體組織，在鋼中擴大 Y 相區(qū)?，F(xiàn)在作為耐磨材料的高錳鋼的化學成分大致為 [4,5]:C ～1. 5 %,Mn 10～15 %,S i0. 3～1. 0%,S ≤0. 05%,P ≤0. 10%。因此被廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、建材、電力和鐵路等部門所使用的耐磨件上，如挖掘機鏟齒、球磨機襯板、錘式破碎機錘頭及襯板、拖拉機履帶板和鐵路道岔等 [3]。因而不僅具有良好的安全可靠性，而且具有較高的抗沖擊磨料磨損的能力。低合金高強度耐磨鋼硬度較高，其韌性遠遠低于高錳鋼，只適用于中低沖擊工況。關(guān)鍵詞：高錳鋼 稀土 Twip 效應(yīng) 力學性能ABSTRACT：Key words: High manganese steel Rare earth 目 錄第一章文獻綜述 ..................