第21卷第2期湖南文理学院学报（自然科学版）Vol. 21 No. 2 2009年6月 Journal of Hunan University of Arts and Science(Natural Science Edition) Jun. 2009 doi: 10.3969/j.issn.1672-6146.2009.02.022热处理工艺对新型高锰钢组织和性能的影响谢袁飞(湘南学院物理与电子信息工程系, 湖南郴州, 423000)摘要：研究了热处理工艺对Cr、Mo、Ti、Al、Ca、RE 新型高锰钢组织和力学性能的影响. 试验结果表明，热处理工艺对新型高锰钢组织和力学性能有显著影响. 低温等温预处理温度为580 ℃，保温3 h；高温水韧处理加热温度为1 040~1 050 ℃, 保温3 h. 可以改善高锰钢金相组织和力学性能，使σb=954 MPa , σs=507 Mpa，δ=46.8%，αK=338 J/cm2，HBS219. 新型高锰钢履带板装车寿命考核结果，使用寿命由原来的3 200 Km提高到7 000 Km以上，取得了明显的经济效益.关键词：高锰钢；合金元素；热处理；力学性能中图分类号：TF 70 文献标识码：A文章编号：1672-6146(2009)02-0072-02高锰钢是一种具有特殊性能的耐磨钢种(1.00%-1.40%C，11.50%-14.50%Mn). 在冲击条件下，不仅具有足够的韧性，而且兼有良好的加工硬化作用，因此在抗冲击磨料磨损的领域内得到广泛的应用[1]. 一些研究者及生产厂家对高锰钢进行了合金化处理，形成了改性高锰钢，如单独或复合加入Cr、Mo等，改善高锰钢的屈服强度、奥氏体加工硬化、晶粒度细化、弥散强化等[2-3]. 但这些元素的加入必须改变热处理的温度，严格其工艺，方可达到设计的需要. 本课题组经多年的研究，对坦克履带板采用新型高锰钢，并改进热处理工艺、对组织及性能测定、跟踪厂家使用情况，获得了良好的工作效果和经济效益.1 试验设备及方法采用工频电炉熔化钢液，化学成分(质量分数，%) 为1.12～1.20C, 12.48～12.80 Mn, 0.37～0.50Si, ≤0.045 S, 0.064~0.074 P，0.89~1.01Cr，0.47~0.53Mo，微量Ti、Al、Ca、RE. 出炉温度为 1 500~1 550 ℃；浇注温度为1 400~1 420 ℃.试样尺寸分别为：冲击试样10 mm×10 mm×50 mm，抗拉强度试样Φ10 mm×50 mm,梅花试样. 低温等温预处理温度的优选，在560~720 ℃范围内，每隔20 ℃进行一次等温(保温3 h)处理的研究. 高温水韧处理加热温度的优选，在980～1 160 ℃范围内，每隔20 ℃进行一次等温(保温3 h)处理的研究. 低温等温预处理温度580 ℃，高温水韧处理加热温度1 040~1 050 ℃，水温为20~40 ℃. 利用试验机测σb、σs值；利用液压冲击机测定αK值；利用硬度仪测HBS值. 设计的力学性能为σb＞170 MPa，σs＞250 MPa，δ＞15%，αK＞60 J/cm2，HBS≤220.2 热处理工艺的优化设计2.1 低温等温处理温度的优选在560~720 ℃范围内，每隔20 ℃进行一次等温(保温3 h)，空泠试验. 在一系列的金相组织图片中，选出图1和图2，图1和图2为新型ZGMn13 700 ℃和720 ℃的低温等温的金相组织. 图1基本体为奥氏体＋珠光体，晶粒度为3级，HBS240，碳化物数量明显减小，晶内出现细针状，在少数晶界上消失. 图2基本体为奥氏体，晶粒度为1~2级，HBS229，碳化物针状分布在晶内，晶界有少量雪花状. 由此确定了新型高锰钢的γ→α相变温度范围为700~720 ℃. 在此选用580 ℃为低温等温预处理的温度，是在γ→α相变温度以下，考虑测温仪表的误差不致于达到或超过此相变温度.图1 700℃等温处理新型图2 720℃等温处理新型ZGMn13金相组织 100X ZGMn13金相组织 100X2.2 高温水韧处理加热温度的优选对高锰钢的水韧处理加热温度，在980～1 160 ℃范围内，每隔20 ℃进行一次等温(保温3 h)，空第2期 谢袁飞 热处理工艺对新型高锰钢组织和性能的影响 73泠试验. 在一系列的金相组织图片中，选出了图3，图3为1 040 ℃水韧处理加热温度的新型ZGMn13金相组织. 图3基本体为奥氏体，晶粒度为3级，HBS201，碳化物消失. 水韧处理加热温度的高低，将影响奥氏体晶粒大小和残余碳化物含量的多少. 由此，确定了新型ZGMn13的高温水韧处理加热温度为1 040~1 050 ℃.图3 1040℃水韧处理加热未水冷的 新型ZGMn13金相组织 100X2.3 新型高锰钢热处理工艺新型高锰钢热处理工艺是580 ℃×3 h →1 040~ 1 050 ℃×3 h →水冷，水温为20~40 ℃. 图4 为水韧处理后的新型ZGMn13金相组织. 图4基本体为奥氏体，局部有滑移线，晶粒度为3~4级，HBS219，碳化物消失.图4 水韧处理后的新型ZGMn13金相组织 100X3 试验结果及分析新型高锰钢热处理工艺是在580 ℃×3 h →1 040 ~ 1 050℃×3 h →水冷，水温为20~40 ℃. 水韧处理后获取的试样的金相组织见图4，其力学性能为σb =954 MPa ，σs =507 Mpa ，δ=46.8%，αK =338 J/cm 2，HBS219.本研究中,在高锰钢中加入合金元素Cr 、Mo 、Ti 、Al 、Ca 、RE ，改善高锰钢的力学性能，提高使用寿命.Cr 元素在高锰钢中即可固溶于铁素体中，提高钢的渗透性，又可与钢中C 元素结合成碳化物，使其提高钢的强度、硬度和塑性. Mo 元素在高锰钢中可固溶于铁素体或奥氏体中，形成碳化物，并弥散析出产生沉淀强化作用；当Cr 与Mo 配合作用时，可降低回火脆性[3-4]. Ti 与钢中的氮形成TiN 均匀地分布在奥氏体晶粒内部，TiN 的熔点很高，起结晶核心作用，细化晶粒，使钢强韧化. Al 、Ca 有脱氧的作用. 稀土元素的化学活泼性很强，稀土氧化物的生成自由能为最低，它在钢液中首先形成稀土氧化物，因此，稀土是一种很强的脱氧剂，有细化晶粒作用[4-5].图4奥氏体晶粒细小均匀，并有弥散的碳化物分布；对应的水韧温度为1 040 ℃，提高水韧处理温度使Cr 、Mo 元素所形成的碳化物能充分析出，奥氏体转变完全[6].新型高锰钢履带板装车寿命考核结果，证明具有优异的抗断裂性能，抗磨性能及抗蚀性能. 在使用中无断裂现象，经过7 000 km 车辆行程的考验仍在继续使用，有显著的经济效益.4 结语1) 在高锰钢中加入合金元素Cr 、Mo 、Ti 、Al 、Ca 、RE ，改善高锰钢的力学性能，提高使用寿命.2) 确定580 ℃为低温等温预处理的温度. 3) 确定1 040~1 050 ℃为高温水韧处理加热温度.4) 根据上述低温等温预处理和高温水韧处理加热温度的研究结果，确定了生产实际中的热处理工艺是580 ℃×3 h →1 040~1 050 ℃×3 h →水冷，水温为20~40 ℃.5) 提高了新型高锰钢的力学性能，提高了履带板的使用寿命.参考文献：[1] 马广清, 于文馨, 符莉, 等. 水韧处理工艺对合金高锰钢组织和性能的影响[J]. 铸造, 2004(4): 303-309.[2] 哈德菲尔 R A. 高锰钢[M]. 北京: 国防工业出版社, 1961.[3] 李绪业. 履带板用高锰钢强韧化研究[J]. 湖南大学学报,1992, 19(2): 32-36.[4] 孔海旺. 高锰钢中奥氏体的加工硬化机理[J]. 铸造设备研究, 2003(2): 39-40.[5] 李树江. 稀土合金在铸铁中的应用[J]. 稀土, 2000, 21(1): 58-62. (下转第82页)82 湖 南 文 理 学 院 学 报（自 然 科 学 版） 2009年的无线通信.参考文献：[1] 倪志, 李道木. 一种分布式多入多出(MIMO)信道的容量研究[J]. 电路与系统学报, 2004, 9(2): 22-26.[2] 李汉强, 郭伟, 郑辉. 分布式天线系统MIMO信道容量分析[J]. 通信学报, 2005, 26(8): 134-138.[3] 邱德润, 王南兰. 传统蜂窝系统覆盖半径与前向容量的提高[J]. 通信学报, 2006, 27(4): 114-118.[4] 陶小峰, 吴春丽, 许晓东. 一种广义分布式多小区架构——群小区[J]. 中兴通讯技术, 2006, 12(2): 6-9.[5] 张平. 基于多天线架构的智能群切换系统[J]. 中国科技论文在线, 2004, 12: 1-11.[6] Tao Xiao feng. Novel Cell Infrastructure and Handover Mode[C]. Switzerland: The 9th WWRF Conference Contribu- tion, 2003.[7] Tao Xiao feng, Dai Zuo jun, Tang Chao, et al. CapacityAnalyses for a Generalized Distributed Antenna Architec- ture for Beyond 3G Systems[C]. Piscataway N J,U SA : IEEE[A]. Sweden: Proceedings of IEEE Vehicular Technology Conference, 2005, 15: 3193- 3196.[8] Tao Xiao feng, Ni Li, Dai Zuo jun, et al. Intelligent GroupHandover Mode in Multicell Infrastructure[C]. Proceedings of 14th IEEE Conference on Personal[A]. Indoor and Mobile Radio Communications, Beijing: China.Piscataw ay, N J,U SA :IEEE, 2003: 351-354.[9] 钱远盛. WCDMA系统的功率控制研究[J]. 广东通信技术, 2005, 10: 41-46.The intelligent cell study based on thedistributed MIMO systemQIU De-run(College of Communication and Engineering, HunanUniversity of Arts and Science, Changde, Hunan, 415000)Abstracts: When the number of wireless user is increasing and wireless communication district can not be more partitioned, distributed MIMO system-based an intelligent cell is proposed by using the tactics of group handover. Recombining and handover of intelligent cell, wireless access and channel allocation are investigated. The simulation results show that intelligent cell can serve more users with an upper communication speed, which is propitious to wireless communication for dense consumer district.Key words: distributed MIMO system; intelligent cell; power control; channel assignment收稿日期：2009-06-05作者简介：邱德润(1947-), 男, 教授, 研究方向为分布式MIMO系统与智能控制.(责任编校：刘刚毅)(上接第73页)[6]李隆盛. 铸钢及其熔炼[M]. 北京: 机械工业出版社,1981.Heat treatment process how to impact the performance of new high manganese steelXIE Yuan-fei(Physics and Electronic Information Engineering Department, Xiangnan University, Chenzhou, Hunan, 423000)Abstract: That the heat treatment process how to impact the structure and mechanical properties of new high manganese steel included Cr, Mo, Ti, Al, Ca, RE has been researched. The test results show that the heat treatment process has a significant impact for the structure and mechanical properties of new high manganese steel. It Can improve the microstructure and mechanical properties of high-manganese steel by means of Isothermal low-temperature pre-treatment temperature of 580 ℃, insulating 3 h; tough to deal with high-temperature heating water temperature of 1 040-1 050 ℃, insulating 3 h, and σb= 954 MPa, σs=507 Mpa，δ=46.8%，αK=338 J/cm2，HBS219 can be attained. The life test results of new type high-manganese steel used for the track plate of tank, life from 3 200km to more than 7 000km, have achieved remarkable economic benefits. Key words: High Manganese Steel; Alloy Elements; Heat Treating; Mechanical Properties收稿日期：2009-05-10基金项目：湖南省自然科学基金项目(07JJ5067)作者简介：谢袁飞(1956-), 男, 副教授, 研究方向为金属材料及热处理.(责任编校：谭长贵)。