【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種具有球化幽靈珠光體組織的中碳中錳高耐磨鋼及其制備方法，屬于耐磨材料加工。
技術介紹
1、隨著工業化的發展，采礦和運輸行業對耐磨材料的性能提出了更高要求，材料須在具備初始高硬度的同時，能夠在磨損過程中通過相變誘導塑性(trip)效應實現應變硬化，提升抗磨損能力。因此，開發新型耐磨鋼材料，優化微觀結構，提高其強度和耐磨性，能夠顯著延長設備壽命、減少停機時間，從而提高經濟效益。
2、傳統的耐磨鋼(如哈德菲爾德鋼和馬氏體鋼)在強度、硬度和耐磨性能方面存在一定的局限性，難以應對不同應用場景對高強度和耐磨性的雙重要求。哈德菲爾德鋼具有較高的應變硬化能力，但在中低沖擊或低載荷條件下，其硬化效果有限，容易導致過早磨損，限制了其在這些環境下的適用性。另一方面，馬氏體鋼雖然具有較高的初始硬度和抗磨損能力，但其韌性較差，難以承受高沖擊載荷下的使用要求，容易出現脆性斷裂或早期失效，增加了維護和更換成本。中錳耐磨鋼在這些方面顯示出優勢。一方面，它能夠通過提高殘余奧氏體的體積分數來提升應變硬化能力，并保持良好的機械穩定性，適用于較寬的應用載荷范圍。另一方面，中錳鋼中的錳含量相對較低，不僅在經濟上更具吸引力，還使得中低錳成分更適合焊接，從而進一步提高了中錳耐磨鋼的實用性和成本效益。此外，拓展第三代先進高強鋼在耐磨領域的應用對于提升材料的綜合性能和擴大其應用場景具有重要意義，可為高強度和高耐磨性需求的領域提供更加優化的解決方案
技術實現思路
1、專利技術目的：本專利技術的第一目的提供
2、技術方案：本專利技術的一種具有球化幽靈珠光體組織的中碳中錳高耐磨鋼，包括以下質量百分含量的化學元素：c：0.3～0.5％、mn：4～7％，余量為fe和其他不可避免的雜質；其基體為馬氏體，馬氏體基體上彌散有殘余奧氏體，殘余奧氏體體積分數為20～45％。
3、進一步地，所述中碳中錳高耐磨鋼的晶粒粒低于150nm。
4、進一步地，所述中碳中錳高耐磨鋼的硬度大于600hv，磨損率低于2×10-5mm3/(n*m)。
5、本專利技術所述具有球化幽靈珠光體組織的中碳中錳高耐磨鋼的制備方法，包括以下步驟：
6、(1)層狀全珠光體化：將中碳中錳鋼的熱軋鋼板加熱至奧氏體區，保溫處理，隨爐冷卻至珠光體區保溫，進行空冷，得到具有層狀全珠光體組織的鋼板；
7、(2)珠光體球化：對步驟(1)得到的具有層狀全珠光體組織的鋼板進行冷軋處理，隨后將冷軋鋼板加熱至珠光體區，保溫處理，實現珠光體的球化，得到具有球化珠光體組織的鋼板；
8、(3)珠光體異化：將步驟(2)得到的具有球化珠光體組織的鋼板從室溫急速升溫至奧氏體區，保溫處理，從奧氏體區快速降至室溫，獲得具有球化幽靈珠光體組織的鋼板；
9、(4)球化幽靈珠光體組織穩定處理：將步驟(3)得到的具有球化幽靈珠光體組織的鋼板進行低溫回火處理。
10、進一步地，步驟(1)中，奧氏體區的溫度為720～900℃，保溫處理10～60min，隨爐冷卻的速率低于1℃/s。
11、進一步地，步驟(1)中，珠光體區的保溫溫度為500～600℃，保溫處理24～96h。
12、進一步地，步驟(2)中，冷軋處理壓下率大于70％，珠光體區保溫溫度為500～600℃，保溫處理12～36h。
13、進一步地，步驟(3)中，奧氏體區的保溫溫度為730～820℃，保溫處理10～120s。
14、進一步地，步驟(3)中，升溫速率為100℃/s以上，降溫速率為10℃/s以上。
15、進一步地，步驟(4)中，將具有球化幽靈珠光體組織的鋼板置于回火溫度為200～250℃油浴爐中保持時間為0.5～2h進行回火，或置于250～400℃鹽浴爐中保溫0.5～1h進行回火。
16、本專利技術的具有球化幽靈珠光體組織的中碳中錳高耐磨鋼，通過多級處理獲得了高殘余奧氏體含量的最終組織，提高了具有該組織的鋼材在耐磨過程中塑性誘導相變的效果，實現高應變硬化表現，進而提高該材料的耐磨性能。具體通過：(1)在熱軋之后加熱至奧氏體區并保溫，隨后隨爐冷卻至珠光體區并保溫，隨后進行空冷，得到層狀全珠光體組織。該步驟在珠光體轉變過程中使mn元素偏析至滲碳體中。(2)對具有層狀全珠光體組織的鋼板冷軋，隨后加熱至珠光體區并保溫，隨后淬火，得到球化珠光體組織。該步驟調控組成珠光體的滲碳體為球形或類球形。(3)將具有球化珠光體組織的鋼板從室溫急速升溫至奧氏體區，利用c元素和mn元素在奧氏體相變過程中擴散速率的差異，使得mn元素保留在原滲碳體區域。在奧氏體逆相變過程中，利用mn元素在球形滲碳體區域擴散通道僅有單一的體擴散通道的特性，相較于層狀珠光體的晶界/相界擴散通道和體擴散通道結合的多種擴散通道模式，進一步提高了mn元素保留在原滲碳體區域的含量。通過快速冷卻形成富mn和貧mn區域的奧氏體組織，其中富mn區域的高mn含量顯著提高了奧氏體的穩定性，保留至室溫成為球形殘余奧氏體，而貧mn區域則轉變為馬氏體。該球化珠光體組織結合了馬氏體的高強度和殘余奧氏體的高塑性，實現強度與塑性的同步提升，并在耐磨過程中通過塑性誘導相變顯著提高耐磨性能。
17、(4)對具有球化幽靈珠光體組織的鋼板進行回火，使得球化幽靈珠光體組織的馬氏體基體轉化為回火馬氏體，進一步提高韌性。
18、有益效果：與現有技術相比，本專利技術具有如下顯著優點：
19、本專利技術的具有球化幽靈珠光體組織的中碳中錳高耐磨鋼，有別于傳統中低碳中錳鋼，本專利技術利用mn元素在球形滲碳體區域擴散通道僅有單一的體擴散通道的特性，提高了mn元素保留在滲碳體前體區域的含量，進而提高了最終殘余奧氏體的含量和機械穩定性，并改善了殘余奧氏體的形狀。縮短了常規熱處理的時間，提高了生產效率，對材料的強度塑性有積極的提升作用。
20、本專利技術主要通過多級處理在中碳中錳鋼中獲得球形殘余奧氏體和馬氏體組合的球化幽靈珠光體組織，其中基體為馬氏體，殘余奧氏體彌散分布于馬氏體基體上，具有超細晶粒尺寸(平均晶粒尺寸低于150nm)，高殘余奧氏體體積分數(體積分數可達20％～45％)，；該特殊組織使中碳中錳鋼具有大于600hv的高硬度，磨損率低于2.0×10-5mm3/(n*m)的高耐磨性能。本專利技術通過調控類珠光體中奧氏體為球形提高了殘余奧氏體的體積分數及穩定性，并以馬氏體為基體，實現優異的強塑性和耐磨性能，還大幅提高了熱處理效率。解決了已有技術中碳中錳鋼退火時間長、殘余奧氏體體積分數低及機械穩定性能差的技術難題，特別是通過控制類珠光體的形狀在提高生產效率的同時進一步優化了材料的耐磨性。
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1.一種具有球化幽靈珠光體組織的中碳中錳高耐磨鋼，其特征在于，包括以下質量百分含量的化學元素：C：0.3～0.5％、Mn：4～7％，余量為Fe和其他不可避免的雜質；其基體為馬氏體，馬氏體基體上彌散有殘余奧氏體，殘余奧氏體體積分數為20～45％。
2.根據權利要求1所述的具有球化幽靈珠光體組織的中碳中錳高耐磨鋼，其特征在于，所述中碳中錳高耐磨鋼的晶粒粒低于150nm。
3.根據權利要求1所述的具有球化幽靈珠光體組織的中碳中錳高耐磨鋼，其特征在于，所述中碳中錳高耐磨鋼的硬度大于600HV，磨損率低于2×10-5mm3/(N*m)。
4.權利要求1～3任一項所述具有球化幽靈珠光體組織的中碳中錳高耐磨鋼的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
5.權利要求4所述的具有球化幽靈珠光體組織的中碳中錳高耐磨鋼的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，奧氏體區的溫度為720～900℃，保溫處理10～60min，隨爐冷卻的速率低于1℃/s。
6.權利要求4所述的具有球化幽靈珠光體組織的中碳中錳高耐磨鋼的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，珠光體
7.權利要求4所述的具有球化幽靈珠光體組織的中碳中錳高耐磨鋼的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，冷軋處理壓下率大于70％，珠光體區保溫溫度為500～600℃，保溫處理12～36h。
8.權利要求4所述的具有球化幽靈珠光體組織的中碳中錳高耐磨鋼的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，奧氏體區的保溫溫度為730～820℃，保溫處理10～120s。
9.權利要求4所述的具有球化幽靈珠光體組織的中碳中錳高耐磨鋼的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，升溫速率為100℃/s以上，降溫速率為10℃/s以上。
10.權利要求4所述的具有球化幽靈珠光體組織的中碳中錳高耐磨鋼的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，將具有球化幽靈珠光體組織的鋼板置于回火溫度為200～250℃油浴爐中保持時間為0.5～2h進行回火，或置于250～400℃鹽浴爐中保溫0.5～1h進行回火。
...【技術特征摘要】
1.一種具有球化幽靈珠光體組織的中碳中錳高耐磨鋼，其特征在于，包括以下質量百分含量的化學元素：c：0.3～0.5％、mn：4～7％，余量為fe和其他不可避免的雜質；其基體為馬氏體，馬氏體基體上彌散有殘余奧氏體，殘余奧氏體體積分數為20～45％。
2.根據權利要求1所述的具有球化幽靈珠光體組織的中碳中錳高耐磨鋼，其特征在于，所述中碳中錳高耐磨鋼的晶粒粒低于150nm。
3.根據權利要求1所述的具有球化幽靈珠光體組織的中碳中錳高耐磨鋼，其特征在于，所述中碳中錳高耐磨鋼的硬度大于600hv，磨損率低于2×10-5mm3/(n*m)。
4.權利要求1～3任一項所述具有球化幽靈珠光體組織的中碳中錳高耐磨鋼的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
5.權利要求4所述的具有球化幽靈珠光體組織的中碳中錳高耐磨鋼的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，奧氏體區的溫度為720～900℃，保溫處理10～60min，隨爐冷卻的速率低于1℃/s。
6.權利要求4所述的具有球化幽靈珠光體...
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