ZG120Mn13Cr2高錳耐磨鋼的感應(yīng)電爐冶煉生產(chǎn)

段平昌，張喜軍

（中建材凱盛重工有限公司，安徽淮南232058）

·鑄造工藝·

ZG120Mn13Cr2高錳耐磨鋼的感應(yīng)電爐冶煉生產(chǎn)

段平昌，張喜軍

（中建材凱盛重工有限公司，安徽淮南232058）

針對化學(xué)成分對ZG120Mn13Cr2高錳耐磨鋼性能的影響，優(yōu)化化學(xué)成分設(shè)計(jì)，提出感應(yīng)電爐冶煉生產(chǎn)ZG120Mn13Cr2高錳耐磨鋼的工藝控制重點(diǎn)，并以采用鎂砂爐襯和硅砂爐襯的感應(yīng)電爐冶煉生產(chǎn)ZG120Mn13Cr2高錳鋼的實(shí)例加以對比，指出采用硅砂爐襯冶煉高錳鋼的諸多弊端，總結(jié)了采用感應(yīng)電爐冶煉生產(chǎn)ZG120Mn13Cr2高錳耐磨鋼的實(shí)際生產(chǎn)體會，以期達(dá)到穩(wěn)定并提高高錳耐磨鋼產(chǎn)品冶金質(zhì)量、降低廢品率的目的。

感應(yīng)電爐；ZG120Mn13Cr2高錳耐磨鋼；冶煉；主要工藝控制

在耐磨鑄鋼中，高錳鋼以抗沖擊能力強(qiáng)、韌性好著稱。其在受到較大沖擊載荷或擠壓應(yīng)力作用時(shí)，表層奧氏體會因受力而產(chǎn)生加工硬化作用，迅速提高硬度至500HBW以上，具有很高的耐磨性。這種表層高硬度與內(nèi)部高韌性的良好配合，使得高錳鋼成為內(nèi)軟外硬、可承受強(qiáng)沖擊載荷、具有高抗磨性而不破裂的高性能耐磨鋼。但高錳鋼的起始硬度低，對于沖擊加工硬化能力不足的工況條件，其優(yōu)異的耐磨特性則得不到充分發(fā)揮，所以此類鋼多用于較大沖擊載荷和高應(yīng)力的磨料磨損工況。

作者以感應(yīng)電爐冶煉生產(chǎn)ZG120Mn13Cr2高錳耐磨鋼的工藝控制的一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)體會，期望能為穩(wěn)定和提高高錳鋼耐磨產(chǎn)品的冶金質(zhì)量、降低廢品率貢獻(xiàn)綿薄力量。

1ZG120Mn13Cr2高錳耐磨鋼的化學(xué)成分控制

1.1 ZG120Mn13Cr2中碳與錳的控制

碳對ZG120Mn13Cr2高錳耐磨鋼的耐磨性和沖擊韌性有重要影響，在一定范圍內(nèi)，隨著含C量的提高，鋼的耐磨性增強(qiáng)而沖擊韌性相應(yīng)降低。當(dāng)C含量較低而Mn含量較高時(shí)，不足以產(chǎn)生有效的加工硬化效果，鋼的韌性較高，而硬度較低；當(dāng)C、Mn含量均過低時(shí)，熱處理后會出現(xiàn)部分馬氏體組織，使高錳鋼工件變脆，在服役過程中易出現(xiàn)早期斷裂；當(dāng)C含量過高而Mn含量不足時(shí)，則熱處理后奧氏體晶界的網(wǎng)狀碳化物不能消除，難免粗大碳化物的析出，致使高錳鋼綜合性能降低，同樣也會導(dǎo)致高錳鋼工件在使用過程中的早期斷裂。一般情況下，在低溫或強(qiáng)烈沖擊工況下服役的ZG120Mn13Cr2耐磨鑄件，為了保證有足夠的韌性，C質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)小于1.15%；在較強(qiáng)沖擊載荷下服役以及既要求高耐磨性又要求高沖擊韌性的，C質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在1.15%～1.25%；對于非強(qiáng)烈沖擊的服役工況，為增加耐磨性，C質(zhì)量分?jǐn)?shù)可提高至1.35%。厚壁件和硬物料強(qiáng)烈沖擊或擠壓的服役工況，應(yīng)選擇偏低的C含量。薄壁件和軟物料低應(yīng)力磨損工況應(yīng)選擇偏高的C質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

錳是高錳鋼中主要合金元素和穩(wěn)定奧氏體的主要元素，為了保證高錳鋼形成單一的奧氏體組織，需要足夠的含Mn量。并且在Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)9%～14%的范圍內(nèi)，隨著Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加鋼的沖擊韌性迅速提高，尤其是低溫沖擊韌性的提高更為明顯。但錳是強(qiáng)烈促進(jìn)奧氏體晶粒長大的元素，它能使奧氏體晶粒變粗，易產(chǎn)生柱狀晶，也增大高錳鋼的冷凝收縮量，形成熱裂紋。將Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)適當(dāng)降低，能降低奧氏體的穩(wěn)定性，促進(jìn)高錳鋼的加工硬化能力，過高的Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)并不利于高錳鋼的加工硬化性能。高錳鋼中的Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)和C質(zhì)量分?jǐn)?shù)一樣都主要決定于工況條件、鑄件壁厚及結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度等因素，并且二者應(yīng)有適當(dāng)?shù)呐浜?，一般選擇ZG120Mn13Cr2高錳耐磨鋼的錳碳比Mn/C=9～11.低應(yīng)力服役條件下的薄壁、簡單件，Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般低于12%，以利于加工硬化，提高耐磨性，但韌性降低；高應(yīng)力條件下服役的厚壁、結(jié)構(gòu)復(fù)雜件，Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)適當(dāng)高一些，一般大于12%，防止碳化物析出，提高韌性，避免工件在使用過程中斷裂。

1.2 ZG120Mn13Cr2中鉻的控制

因?yàn)楦咤i鋼的屈服強(qiáng)度低，不能充分發(fā)揮其強(qiáng)度方面的作用，所以在ZG120Mn13Cr2牌號加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的鉻，提高鋼的屈服強(qiáng)度和起始硬度，克服受沖擊產(chǎn)生的塑性流變，增強(qiáng)工件的抗變形能力，并提高耐磨性。同時(shí)鉻也能降低奧氏體的穩(wěn)定性，改善鋼的加工硬化性能，促使其抗磨能力增強(qiáng)。一定量Cr的加入，還能提高鋼的淬透性和抗氧化能力，提高工件的高溫耐磨性和濕態(tài)抗腐蝕磨損能力。但Cr的加入會使高錳鋼的沖擊韌性降低，尤其是低溫沖擊韌性降低更為明顯。冶煉中?？刂艭r質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.8%左右。

1.3 Si量的控制

硅在高錳鋼中的主要作用是脫氧，其次是硅能明顯提高高錳鋼的屈服強(qiáng)度，并隨著Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，鋼的屈服強(qiáng)度隨之增加，而抗拉強(qiáng)度變化不大。但Si和Mn一樣是過熱敏感元素，硅量增加能降低碳在奧氏體中的溶解度，促使碳化物析出，并使碳化物變得粗大，從而使鋼的晶粒粗大，抗磨性能和沖擊韌性降低。ω（Si）＞0.6%，將易導(dǎo)致高錳鋼粗晶，鋼的沖擊韌性會顯著降低。冶煉ZG120Mn13Cr2高錳耐磨鋼時(shí)，一般控制Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.4%～0.55%.ω（Si）在0.5%以下隨硅量的提高，由于脫氧作用使冶金質(zhì)量提高，高錳鋼的韌性也有所提高。

1.4 S和P的控制

S和P是鋼中的有害元素，但高錳鋼的含S量較低。因?yàn)楦咤i鋼中含有大量錳，在冶煉中S和Mn形成MnS夾雜上浮進(jìn)入渣中，硫還和石灰反應(yīng)生成CaS同樣進(jìn)入渣中，被扒渣除去；出鋼時(shí)又加入稀土，可進(jìn)一步除硫，所以高錳鋼中硫的有害作用較小。

但高錳鋼中會含有較高的磷，因冶煉后期必須加入的大批錳鐵（含P量有的高達(dá)0.4%）在增錳的同時(shí)也帶人了大量磷，故一般情況下高錳鋼比其他鋼種含P量高。磷能惡化高錳鋼的力學(xué)性能和鑄造性能，降低鋼的韌性、塑性和強(qiáng)度，含P量高會促進(jìn)高錳鋼冷裂和熱處理裂紋的產(chǎn)生，而且工件在服役過程中，脆性的磷共晶區(qū)在反復(fù)載荷作用下會萌生裂紋，并使裂紋在應(yīng)力作用下逐步擴(kuò)展，最終導(dǎo)致工件斷裂。ω（P）高于0.06%時(shí)鋼延伸率下降，易引起裂紋，降低高錳鋼的P質(zhì)量分?jǐn)?shù)，將能有效防止裂紋的產(chǎn)生和工件早期斷裂，提高工件的使用壽命。含P量高還將直接導(dǎo)致高錳鋼的高溫塑性大大降低，對熱裂十分敏感，并且厚壁鑄件的磷偏析特別嚴(yán)重，會加劇對高錳鋼的危害。在日常冶煉中，一般通過適當(dāng)降低C質(zhì)量分?jǐn)?shù)來降低磷偏析帶來的影響，因?yàn)镃質(zhì)量分?jǐn)?shù)高會加劇磷的偏析，C、P交互作用使工件的裂紋傾向更趨嚴(yán)重。但降低C質(zhì)量分?jǐn)?shù)會降低鋼的耐磨性，所以磷要控制得越低越好，重要鑄件的ω（P）應(yīng)低于0.04%，低P低S是對高錳鋼的最基本的要求。

2 ZG120Mn13Cr2高錳耐磨鋼感應(yīng)電爐冶煉的工藝控制重點(diǎn)

2.1 磷的控制

降磷是冶煉ZG120Mn13Cr2高錳耐磨鋼的技術(shù)重點(diǎn)之一，但使用感應(yīng)爐熔煉高錳鋼無法采用氧化法脫磷，相比于電弧爐降磷較為困難。在實(shí)際冶煉中可采取以下措施控制和脫除磷：

1）配料時(shí)至少要配入40%的低C、P潔凈廢鋼，不能全用高錳鋼返回料，并且最好將配用原材料的平均P的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.05%以下，這對于控制冶煉過程中磷不超標(biāo)和提高鑄件的使用性能能起到保障作用。

2）采用底渣脫磷法脫磷：裝料時(shí)，先在感應(yīng)爐底裝入約占爐料重量2%的冶金石灰。在爐料熔化過程中，在熔池上面覆蓋一層小石灰塊造堿性渣，鋼中磷和渣料反應(yīng)生成磷酸鈣進(jìn)入渣中，通過反復(fù)造渣扒渣，可脫除0.02%左右的磷。注意脫磷操作需用堿性爐襯，并且爐溫不能太高（＜15 000℃），進(jìn)行充分脫磷后，再加新渣料造新渣。

3）預(yù)脫氧和合金化應(yīng)使用優(yōu)質(zhì)、低P的高碳和中碳錳鐵，對于重要鑄件應(yīng)使用電解錳合金化，以防止冶煉后期回磷，使磷偏高。

2.2 錳碳比的控制

ω（Mn）/ω（C）是高錳鋼使用性能的關(guān)鍵因素，也是高錳鋼冶煉過程中的一項(xiàng)關(guān)鍵控制指標(biāo)。對于特定的工件，合適的ω（Mn）/ω（C）決定了該鑄件的韌性、強(qiáng)度、耐磨性和使用可靠性等諸多性能。事實(shí)證明，ω（Mn）/ω（C）＜10，ZG120Mn13Cr2高錳耐磨鋼的奧氏體基體上分布有碳化物，耐磨性提高，韌性降低，使用中易產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象?？刂痞兀∕n）/ω（C）＞10，水韌處理后能得到單一的奧氏體，才會有良好的韌性和耐磨性配合。這就必須要清楚掌握和嚴(yán)格控制配料原材料的原始含C量、含Mn量以及合金化時(shí)加入大批鐵合金的增碳和增錳。所以，熔清時(shí)C、Mn、Si、P、Cr元素的快速分析是十分必要和重要的，這對于冶煉后期鋼水化學(xué)成分的調(diào)整和生產(chǎn)出合格的鋼水，指導(dǎo)意義非常重大。

2.3 冶煉過程中爐溫的控制

在熔化末期要控制爐溫不能升得太高（＜1 500℃），以利于脫磷。若熔煉溫度過高（＞1 550℃），鋼水脫磷效果差、易吸氣，鋼渣稀，扒渣難扒凈，并且鋼水會對爐襯的侵蝕作用加劇，增加鋼水外來夾雜物的數(shù)量。而且冶煉溫度過高，還容易造成鋼的晶粒粗大，并使?jié)沧⒌牡却龝r(shí)間延長。但作為高碳高合金鋼，冶煉溫度也不能過低，否則會使鐵合金的熔化時(shí)間延長，合金燒損量增加，鋼水化學(xué)成分不均勻，不利于生產(chǎn)出合格的鋼水。在實(shí)際冶煉中，?？刂埔睙捄笃跔t溫在1 500℃～1 550℃，控制出鋼溫度在1 530℃左右。

2.4 鋼中夾雜物的控制

要最大限度地減少鋼水外來夾雜物的數(shù)量，使用打結(jié)良好的爐襯，提高爐襯修筑質(zhì)量，減少M(fèi)gO外來夾雜。還要使用優(yōu)質(zhì)、干凈的原材料，并強(qiáng)化脫氧，在冶煉過程中降低夾雜。因?yàn)楦咤i鋼脫氧不良會產(chǎn)生大量MnO夾雜，對鋼的性能影響極大，其熔點(diǎn)高，且不易熔于鋼水，最后富集于晶界上，惡化鋼的力學(xué)性能，降低鋼的韌性，促進(jìn)熱裂紋的產(chǎn)生，成為促進(jìn)高錳鋼熱裂的主要因素。高錳鋼既易冷裂也易熱裂，是易產(chǎn)生裂紋的鑄造鋼種。防熱裂，脫氧是關(guān)鍵。預(yù)脫氧+終脫氧和終脫氧采用純鋁并利用稀土強(qiáng)化脫氧，同時(shí)對鋼水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理，脫氧產(chǎn)物易于上浮，鋼水凝固時(shí)產(chǎn)生的二次脫氧產(chǎn)物少，從而提高高錳鋼的冶金質(zhì)量。鋼水加鋁終脫氧后脫氧能力會逐漸衰退，必須在10 min內(nèi)完成澆注。

2.5 預(yù)脫氧及合金化

冶煉ZG120Mn13Cr2高錳耐磨鋼加鉻鐵在熔化末期與高錳鋼返回料一起加入，而需要加入的大批錳鐵，則在爐料熔清、換渣脫磷、取樣化驗(yàn)后，分兩至三批加入熔池中（若配有高碳錳鐵，應(yīng)先加高碳錳鐵預(yù)脫氧），以免熔池降溫太多，延長冶煉時(shí)間，增加合金的燒損量。硅鐵的加入量很少，可在出鋼前7 min～10 min，爐溫接近1 530℃時(shí)，推開渣層加入熔池中脫氧。硅鐵熔完后，取鋼水做圓杯試樣，檢查脫氧情況收縮良好，然后換渣，停電扒凈浮渣出鋼。若收縮不太好，可插入約0.1%的硅鈣合金強(qiáng)化脫氧后，再扒渣出鋼。

2.6 晶粒細(xì)化與復(fù)合終脫氧

高錳鋼的鑄態(tài)結(jié)晶組織往往比較粗大，會直接影響熱處理組織及使用性能。向高錳鋼中加入稀土變質(zhì)劑，可明顯細(xì)化鑄態(tài)組織，改善夾雜物的形態(tài)、大小和分布，大幅降低夾雜物的有害作用；并且稀土和鋼水中的S、N、H、O等元素形成稀土化合物進(jìn)入渣中，能凈化鋼水，進(jìn)一步脫硫、脫氧和固氮、固氫，減少鑄件的氣孔缺陷和氫脆危害；稀土還和鋼水中的MnO、FeO等形成高熔點(diǎn)的化合物，它們在鋼水凝固前已經(jīng)是固態(tài)，因而在鋼水凝固過程中形成彌散性分布的晶核，大大提高夾雜物在晶粒內(nèi)的分布數(shù)量，細(xì)化奧氏體晶粒，阻礙熱裂紋的產(chǎn)生，抑制粗大柱狀晶的生長，從而改善高錳鋼在較強(qiáng)沖擊載荷下服役的抗沖擊性能和耐磨性能。沖擊載荷越大，物料越硬，更能突顯稀土的不可取代性。稀土的加入，不僅能提高高錳鋼的屈服強(qiáng)度和沖擊韌性，還能增強(qiáng)高錳鋼的加工硬化能力，使加工硬化的速度加快。同時(shí)也能提高鋼水的流動性，增強(qiáng)鋼水的充型能力。

做法是：出鋼前向爐中鋼水底部插入1.5 kg/t的鋁絲或鋁塊終脫氧，出鋼時(shí)向鋼包沖入1.5 kg/t的1#稀土合金強(qiáng)化終脫氧，同時(shí)進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)，發(fā)揮晶粒細(xì)化作用。實(shí)踐證明，這種處理方法對凈化鋼水、細(xì)化組織、消除柱狀晶、改善冶金質(zhì)量、提高鋼的綜合力學(xué)性能，效果較為顯著。

2.7 鋼水的澆注

高錳鋼的澆注溫度應(yīng)在保證得到良好鑄件外形的前提下盡可能降低，但也不可過低，否則會造成鑄件輪廓不清晰、澆不足和有氣孔缺陷。高錳鋼的澆注溫度對一次結(jié)晶組織的影響極為明顯，鑄態(tài)組織的粗細(xì)對澆注溫度非常敏感，澆注溫度越高，晶粒越粗，沖擊韌性越低，鑄件的裂紋傾向越嚴(yán)重。澆注溫度超過1 460℃，就很容易產(chǎn)生粗晶及柱狀晶，粗大晶粒的晶界及晶界夾雜物往往就是斷裂的裂紋源。一般應(yīng)根據(jù)鑄件的壁厚控制澆注溫度在1 400℃～1 440℃，壁厚越大，澆注溫度越應(yīng)放低。薄壁和結(jié)構(gòu)復(fù)雜件宜快速澆注，以避免澆不足。要注意及時(shí)補(bǔ)澆冒口。澆注后適時(shí)松箱對減少鑄件裂紋很有好處。另外，為防止高錳鋼鑄件產(chǎn)生化學(xué)粘砂缺陷，與鋼水接觸的砂型部分應(yīng)刷剛玉粉涂料，并烘干。

3 ZG120Mn13Cr2高錳耐磨鋼的感應(yīng)電爐冶煉生產(chǎn)實(shí)例

3.1 采用堿性爐襯

3.1.1 冶煉設(shè)備及生產(chǎn)條件

使用500 kg中頻爐用不氧化法冶煉生產(chǎn)選煤廠破碎機(jī)齒帽，材質(zhì)ZG120Mn13Cr2，鑄件單件重量43 kg，主要壁厚55 mm.采用鎂砂爐襯，造渣材料用生石灰，用熱電偶測溫。鐵合金用高碳鉻鐵、高碳錳鐵、中碳錳鐵及65硅鐵，塊度50 mm～80 mm.廢鋼用鋼板邊角料、角鋼、工字鋼、ZG25鋼返回料等，無高錳鋼返回料。終脫氧劑和變質(zhì)劑采用鋁絲和1#稀土合金（粒度0.5 mm～3 mm）.用60 kg小抬包分包澆注。

3.1.2 冶煉生產(chǎn)過程控制

裝料前在爐底先放入約占爐料重量2%的冶金石灰，爐料熔完注意低溫階段的脫磷操作，鋼渣粘稠度用螢石調(diào)整。整個(gè)熔煉過程，若有鋼水裸露在空氣中應(yīng)及時(shí)添加渣料保持覆蓋。取樣分析并按照C、S、Mn、Si、P、Cr元素的化驗(yàn)結(jié)果和配料計(jì)算結(jié)果補(bǔ)加高碳鉻鐵并升溫。加入錳鐵應(yīng)先加高碳錳鐵，然后再分兩批加入中碳錳鐵。在錳鐵快熔完時(shí)，推開渣層加入硅鐵。待硅鐵熔完，測鋼水溫度達(dá)1 530℃后，取鋼水做圓杯試樣，觀察收縮良好時(shí)，進(jìn)行換渣，然后停電去渣出鋼。出鋼前，按計(jì)算量向小抬包中放入1.5 kg/t的鋁絲，待鋼水充滿1/3鋼包時(shí)沖入1.5 kg/t備好的1#稀土合金。鋼水在鋼包中撒上覆蓋劑靜置4 min～6 min，測鋼水溫度1 420℃左右時(shí)，除凈鋼包中浮渣，快速澆注。

3.1.3 熔清樣、成品樣的化學(xué)成分及鑄件成品質(zhì)量

以10.6-1爐為例，采用堿性爐襯熔煉的10.6-1爐鋼水及成品的化學(xué)成分見表1.本爐鑄件清砂后，表面整潔，輪廓清晰，無任何鑄造缺陷，外觀質(zhì)量較佳。

表110 .6-1爐鋼水及成品的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

3.2 采用酸性爐襯

3.2.1 冶煉設(shè)備及生產(chǎn)條件

當(dāng)時(shí)因無鎂砂爐襯材料，又急于生產(chǎn)、交貨，冒險(xiǎn)采用新打結(jié)的才冶煉三爐ZG45鋼的硅砂爐襯，用500 kg中頻爐不氧化法冶煉生產(chǎn)電廠碎煤機(jī)齒環(huán)錘，材質(zhì)ZG120Mn13Cr2，鑄件單件重量47 kg，壁厚70 mm.采用鑄鋼除渣劑，測溫用熱電偶。廢鋼用鋼板邊角料、25#圓鋼料頭、舊齒環(huán)錘（同鋼種返回料，因太多，約按60%配入）。鐵合金用高碳鉻鐵、中碳錳鐵及65硅鐵，塊度50 mm～80mm.終脫氧劑和變質(zhì)劑采用鋁絲1和#稀土合金（粒度0.5 mm～3 mm）.也用60 kg小抬包分包澆注。

3.2.2 冶煉生產(chǎn)過程控制

因?yàn)橛么罅颗f齒環(huán)錘作爐料C、Si、P含量較高，又采用酸性爐襯，不脫磷，所以控制C、Si、P保證Mn含量成為冶煉操作的重中之重。首先要選用低C、P的潔凈廢鋼和優(yōu)質(zhì)鐵合金，鉻鐵和舊齒環(huán)錘在熔化末期加入。爐料熔清后取樣分析C、Si、Mn、Cr元素，并進(jìn)行換渣操作。按化驗(yàn)結(jié)果和配料計(jì)算結(jié)果補(bǔ)加高碳鉻鐵，并分兩批加入中碳錳鐵。在錳鐵將熔完時(shí)，推開渣層加入少量硅鐵（硅量達(dá)0.4%時(shí)不加，代之0.1%的硅鈣塊）。待硅鐵熔完，測鋼水溫度達(dá)1 530℃后，取鋼水做圓杯試樣，觀察收縮良好，進(jìn)行換渣，然后停電清渣出鋼。終脫氧劑和變質(zhì)劑的加入及鋼水的澆注同上面堿性中頻爐冶煉實(shí)例。

3.2.3 熔清樣、成品樣的化學(xué)成分及鑄件成品質(zhì)量

表2是采用酸性爐襯熔煉的12.20-5爐鋼水及成品的化學(xué)成分，此爐鑄件清砂后，外觀質(zhì)量也較好，未發(fā)現(xiàn)任何鑄造缺陷。

表2 12.20-5爐鋼水及成品的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

3.2.4 采用酸性爐襯冶煉ZG120Mn13Cr2高錳耐磨鋼發(fā)現(xiàn)的問題

1）由于采用酸性爐襯冶煉不脫磷，磷極易偏高，不利于鑄件綜合性能的提高。對于鑄件在強(qiáng)烈沖擊工況下的使用壽命，很難讓人樂觀。2）錳的燒損嚴(yán)重，加入超量的錳鐵才使Mn含量達(dá)標(biāo)，白白地?fù)p耗掉不少錳鐵和電力，加大了生產(chǎn)成本，還被動地增高了C、Si、P的含量。3）ω（Mn）/ω（C）很難控制得合適，這將嚴(yán)重影響高錳鋼鑄件的沖擊韌性、耐磨性和使用可靠性。4）冶煉過程中鋼水對爐襯的侵蝕嚴(yán)重，鋼水穿爐的風(fēng)險(xiǎn)很大，只冶煉5爐，爐襯已不能再繼續(xù)使用。

4ZG120Mn13Cr2高錳耐磨鋼的感應(yīng)電爐冶煉生產(chǎn)體會

1）采用感應(yīng)電爐冶煉生產(chǎn)ZG120Mn13Cr2高錳鋼應(yīng)打結(jié)高質(zhì)量的鎂砂爐襯，其耐火度高，爐齡長，可脫磷，適應(yīng)高錳鋼的堿性屬性，有利于生產(chǎn)出高品質(zhì)的鋼水。如果采用與高錳鋼屬性不合的酸性爐襯，爐齡極短，鋼水含P量會很高，含Mn量會偏低，ω（Mn/C）會不合適。而且為使含Mn量合格特意增大錳鐵加入量，延長了冶煉時(shí)間，增加了電耗，格外增大了生產(chǎn)成本，還被動地增高C、Si、P的含量，廢品率很高。綜合算起來，采用酸性爐襯成本低的優(yōu)勢蕩然無存。

2）冶煉生產(chǎn)ZG120Mn13Cr2高錳耐磨鋼需加入大量錳鐵及較多的鉻鐵，C、P極易偏高，冶煉中必須強(qiáng)化控碳、脫磷、脫氧和去夾雜。否則極難生產(chǎn)出高質(zhì)量的合格鋼水，保證鑄件在強(qiáng)烈沖擊工況下服役高韌、高強(qiáng)、高耐磨的優(yōu)異特性和較長的使用壽命。優(yōu)質(zhì)的鑄件不單要對材料化學(xué)成分合理優(yōu)化，而且要在化學(xué)成分的指令下提高冶金質(zhì)量，熔煉高潔凈的金屬液來生產(chǎn)鑄件，并配以適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚒?/p>

3）雖然國家標(biāo)準(zhǔn)ZG120Mn13Cr2高錳鋼的化學(xué)成分范圍較寬，但考慮到生產(chǎn)成本和多種ZG120Mn13Cr2耐磨鑄件的常見使用工況，作者認(rèn)為在日常冶煉中可將化學(xué)成分控制范圍縮小為：ω（C）：1.05%～1.3%，ω（Si）：0.4%～0.55%，ω（Mn）：11%～13%，ω（P）：≤0.05%，ω（S）：≤0.03%，ω（Cr）：1.5%～2%，并控制ω（Mn）/ω（C）=10～11.

4）ZG120Mn13Cr2高錳耐磨鋼的晶粒細(xì)化，對于提高鑄件的綜合性能非常重要。實(shí)踐證明，同種工況經(jīng)變質(zhì)處理過的ZG120Mn13Cr2耐磨鑄件比未經(jīng)變質(zhì)處理的同種鑄件的使用壽命可提高近一倍。

5）高錳鋼的澆注溫度一定不能高，否則極易產(chǎn)生粗晶和柱晶組織缺陷，降低高錳鋼的韌性和耐磨性，惡化其使用性能，增大鑄件的裂紋傾向和在服役過程中的先期斷裂勢頭。應(yīng)控制出鋼溫度在1 530℃左右，澆注溫度在1 400℃～1 440℃，并做到低溫快澆。

除了以上生產(chǎn)體會外，作者認(rèn)為還應(yīng)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展和現(xiàn)代高技術(shù)要求，積極應(yīng)用新技術(shù)、新工藝，進(jìn)一步提高高錳鋼的冶金質(zhì)量，生產(chǎn)出更高質(zhì)量的耐磨鑄件。譬如，鋼包吹氬是鋼水爐外精煉的一種重要手段，它可以大大減少鋼中夾雜物的數(shù)量和氣體含量，對于凈化鋼水、提高鋼水質(zhì)量的作用非常大，它是生產(chǎn)高品質(zhì)鑄件的一個(gè)發(fā)展方向。相信經(jīng)過不斷工藝技術(shù)改進(jìn)后的ZG120Mn13Cr2耐磨產(chǎn)品一定會質(zhì)量更高、使用性能更好、使用壽命更長。

［1］全國鑄造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB/T 5680-2010奧氏體錳鋼鑄件［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

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Induction Furnace Smelting Production of ZG120Mn13Cr2 High Manganese Wear-resisting Steel

DUAN Ping-chang，ZHANG Xi-jun
（CNBM Kaisheng Zhonggong CO.，LTD.，Huainan Anhui 232058，China）

According to the influence of chemical composition on the quality of ZG120Mn13Cr2 high manganese wear-resisting steel to optimize the chemical composition，the process control key point of induction furnace smelting production was proposed.By comparing the smelting production examples using magnesia line and silica sand line，it was found that the smelting production with silica sand line had many disadvantages.The practical production experiences were summarized to stabilize and improve the high manganese steel product metallurgy quality and reduce the reject rate.

induction furnace，ZG120Mn13Cr2 high manganese wear-resistant steel，smelting，main process control

TG243

A

1674-6694（2015）05-0007-05

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2015.05.002

2015-06-02

段平昌（1967-），男，安徽淮南人，工程師，主要從事鋼鐵及鑄造原輔材料的分析檢測、實(shí)驗(yàn)室的管理以及鋼鐵的熔煉工藝技術(shù)工作。E-mail：dpc123@126.com