[發(fā)明專利]中碳合金鋼及其制備方法

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• 申請日: 2016-04-22
• 公開（公告）號: CN105734442A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設計）人: 黎超英;吳沛榮
• 申請（專利權）人: 柳州凱通新材料科技有限公司
• 主分類號: C22C38/18
• 分類號: C22C38/18;C22C38/14;C22C38/12;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/32;C22C33/06;C21C7/06;C21D1/18
• 代理公司: 廣州凱東知識產(chǎn)權代理有限公司 44259
• 代理人: 李勤輝

技術領域

本發(fā)明涉及抗磨鑄鋼材料領域，具體說是一種中碳合金鋼及其制備方法。

背景技術

目前在耐磨材料領域大都是應用具有馬氏體或者貝氏體基體組織的耐磨材料或者除馬氏體和貝氏體、殘余奧氏體基體以外還具有顆粒增強相的第三代耐磨材料-高鉻鑄鋼開發(fā)耐磨零部件，由于在高鉻鑄鋼中還有高硬度的增強相Cr7C3，其碳化物顯微硬度達到了HV1300～1600，故其比前兩代耐磨材料-白口鑄鋼和高錳鋼性能有了較大幅度提升，硬度可以達到HRC60～65，但是由于其碳化物通常呈現(xiàn)長條形且比較粗大，故其沖擊韌性一般都在3～7J/cm2之間，有些還有低于3J/cm2，普遍比較低，材料相對較脆，耐沖擊性比較差，因而其綜合耐磨性能仍然不是特別理想。

隨著某些工程機械、礦山機械、冶金機械等工況進一步惡劣以及裝備大型化，例如在制砂機設備、熱軋輥等裝備市場，對具有更高耐磨性的耐磨材料需求越來越迫切。在這種情況下，前人經(jīng)過大量實驗研究，開發(fā)了多種耐磨材料來制造耐磨關鍵零部件，以滿足在惡劣工況下提高工件實際使用壽命的服役要求。

在我國已經(jīng)起步研究開發(fā)基于鉻、錳、硅等復合耐磨材料，并且成功地開始應用于熱軋輥耐磨件。雖然目前使用鑄造工藝開發(fā)的復合耐磨材料的凝固特性、變質(zhì)機理和熱處理工藝特征等方面的研究基本趨于成熟。在耐磨材料中碳化物顆粒形態(tài)有很多種，呈現(xiàn)團球狀、大塊狀、開花狀、條狀、桿狀和蠕蟲狀等幾種形態(tài)；其中邊界比較圓滑的團球狀初生相是最理想的形態(tài)，有利于性能提升。因此，通過進一步優(yōu)化碳化物顆粒形態(tài)和分布，對提高耐磨材料的耐磨性能和其性能穩(wěn)定性是十分有利的。

現(xiàn)有技術對耐磨材料采用的變質(zhì)處理方法主要是使用稀土硅鎂或者（含B、含Zr）鉀鹽作為孕育變質(zhì)劑，使用量均在0.5～1.0﹪之間。使用常用的稀土硅、鎂作為變質(zhì)劑，稀土一方面有凈化鋼液的作用，能與鋼液中的氧、氮等生成化合物，同時這些化合物還可以作為形核質(zhì)點起到細化碳化物的作用；另一方面稀土是一種表面活性元素，在凝固過程中可以富集在碳化物的表面，從而抑制碳化物沿晶界長大，使碳化物細化。

現(xiàn)有技術中常采用稀土作為變質(zhì)劑，利用稀土凈化鋼液時產(chǎn)生大量稀土氧化物、氮化物等作為碳化物的形核質(zhì)點；然而這些稀土氧化物、氮化物的晶格類型不同于碳化物的晶格類型。所以這些稀土氧化物、氮化物并不能作為碳化物碳化物的有效異質(zhì)形核核心，其效果十分有限。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術問題，本發(fā)明提供一種性能可靠的中碳合金鋼，該材料的組分按以下質(zhì)量百分比組成：C：0.25-0.45%、Si：0.5-1.5%、Mn：0.5-1.0%、Cr：1.0-2.0%、Ti：1.0-2.0%、B：1.0--1.5%、Mo：0.1--0.3%、S：≤0.04%、P：≤0.04%，余量為鐵；本發(fā)明加入了Ti元素，使鋼液生成足夠多的形核質(zhì)點TiC，使其顆粒數(shù)量大大增加。

本發(fā)明還提供一種錳鎢鈦合金鋼的制備方法，按以下步驟進行：

1）將廢鋼、錳鐵、鈦鐵、硼鐵、鉬鐵和鉻鐵清理干凈，按上述質(zhì)量百分比要求進行配料，分類放置，并將錳鐵、鈦鐵、硼鐵、鉬鐵和鉻鐵烘干后待用，烘干是為了避免鋼液中帶入氣體；

2）然后向爐內(nèi)加入廢鋼，再加入錳鐵、鉬鐵和鉻鐵進行熔煉，在熔煉后期加入硼鐵，待熔清后進行等溫處理，再加入鋁絲或鋁粒進行預脫氧；

3）預脫氧后向爐中加入鈦鐵，然后加入鋁絲或鋁粒終脫氧處理后出爐；

4）然后向出爐后的鋼液中加入變質(zhì)劑，采用包底沖入法對鋼液進行孕育和變質(zhì)處理；

5）將孕育和變質(zhì)處理的鋼液進行澆注，然后進行熱處理。

作為優(yōu)選，熔煉溫度為1550～1650℃，等溫處理溫度為1600℃，等溫處理時間為5-8min。

作為優(yōu)選，預脫氧和終脫氧采用的鋁絲或鋁粒的質(zhì)量分數(shù)均占鋼液質(zhì)量的0.1%-0.15%。

作為優(yōu)選，所述變質(zhì)劑的組分占鋼液質(zhì)量百分比為：0.10﹪Ti、0.25﹪RE、0.15﹪Mg、0.15﹪Zn。

作為優(yōu)選，將上述組分的復合孕育變質(zhì)劑破碎至1-5mm的小顆粒，經(jīng)200℃烘干后，預置于澆包底部，然后將澆包中的鋼液孕育和變質(zhì)處理后靜置2-3min，再進行澆注，澆注溫度為1500℃。

作為優(yōu)選，熱處理采用三次淬火一次回火。

作為優(yōu)選，先以950～1000℃淬火30min，然后采用空氣冷卻，再以900～950℃淬火30min后進行水冷，接著以600～800℃淬火5min后進行水冷，最后以200～300℃回火2h后進行空氣冷卻。