[發明專利]一種可減輕鋼中帶狀組織的Nb?RE?B微合金化變質劑

在審

• 申請號: 201710450494.7
• 申請日: 2017-06-15
• 公開（公告）號: CN107385146A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 郭長慶;曹杰瑞
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C21C7/00
• 分類號: C21C7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種采用微合金化變質劑減輕中低碳鋼或中低碳合金鋼鍛件中的帶狀組織的方法，屬于鋼鐵冶金領域。

背景技術

帶狀組織是指中低碳鋼或中低碳合金鋼中沿鋼材軋制方向或鍛件退火后形成的以先共析鐵素體為主的帶與以珠光體為主的帶彼此堆疊而成的組織形態。鋼中帶狀組織是鋼材內部的一種缺陷。帶狀組織可分為一次帶狀組織和二次帶狀組織。在冶煉過程中，由于鋼水凝固時產生枝晶偏析所形成的原始帶狀組織稱為一次帶狀組織；鋼材在熱加工后冷卻所產生的沿軋制方向或鍛件退火后形成的平行排列、成層狀分布、形同條帶的組織稱為二次帶狀組織，即：通常情況下所講的帶狀組織。

帶狀組織的存在引起鋼機械性能各向異性，零件滲碳層開裂，鋼的組織不均勻，塑性、沖擊韌性、斷裂韌性和斷面收縮率降低，冷彎不合、沖壓廢品率增高；熱處理時鋼材容易變形、淬火開裂。

通常研究認為：元素偏析是產生帶狀組織最根本的原因。控制冷卻速率是改善帶狀偏析的關鍵因素。當軋后或鍛后控制冷卻速率大于臨界冷卻速率時，抑制碳和其他元素的擴散，可降低帶狀組織級別或減輕帶狀組織。然而，加快軋后或鍛造后的冷卻速度易使組織中產生貝氏體或馬氏體組織，不但增加了工件的處理難度，而且，也增加了工件變形傾向和生產成本。

由鈮鐵、硼砂和稀土硅鐵粉組成的Nb-RE-B微合金化變質劑可有效地抑制中低碳鋼或中低碳合金鋼中先共析鐵素體在在退火或軋后緩慢冷卻時的析出和快速長大，細化晶粒，減輕合金元素的偏析，從而，可以減輕中低碳鋼或中低碳合金鋼鍛件和軋件中的帶狀組織。

發明內容

本發明的目的在于提供一種采用Nb-RE-B微合金化變質劑減輕中低碳鋼或中低碳合金鋼鍛件中的帶狀組織的方法，其步驟如下：

(1)Nb-RE-B微合金化變質劑的組成為：15-20wt％鈮鐵+65-75wt％稀土硅鐵+10-15wt％硼砂。其中，鈮鐵為60Fe-Nb，稀土硅鐵含20-22wt％RE，硼砂為脫水硼砂。

加入合金元素鈮Nb的主要作用是使鋼水在冷卻凝固過程中從液相中析出NbC顆粒，從而，細化晶粒，減弱合金元素在冷卻凝固過程中的偏析程度。另外，固溶Nb也有穩定奧氏體、推遲先共析鐵素體轉變的作用；稀土的主要作用為細化晶粒。同時，偏聚在奧氏體晶界上的稀土原子同樣具有推遲先共析鐵素體析出的有效作用。此外，稀土也用來還原硼砂獲得活性硼原子，從而，進行鋼的硼合金化；合金元素硼B是迄今為止在鋼中發現的最為強烈地能夠推遲奧氏體在高溫發生轉變的合金元素。它可以有效地干擾碳在奧氏體晶界的正常擴散。從而，阻礙先共析鐵素體在晶界的形核，抑制鋼中二次帶狀組織的產生。此外，硼砂熔點低，易與變質劑中的各種雜質發生反應形成低熔點產物形成爐渣而被脫除。

(2)將鈮鐵、稀土硅鐵和脫水硼砂大塊破碎、研磨成為粒度≤2mm的粉末。各種不同的原料粉末按照組成比例進行配料、稱重。配好后的原料加入到潤磨機中進行混合和研磨，料球重量比8-12:1。原料在潤磨機中混合30-40min。

(3)將混勻后的粉末充分烘干，烘干溫度250℃-300℃，時間2-3天。之后，將干燥后的粉末制成包芯線。包芯線直徑13mm，帶鋼厚度0.35mm。

(4)在電爐或轉爐中冶煉低碳鋼或中低碳鋼合金鋼的初級鋼水；在精煉爐中完成合金化以及深脫氧、脫硫、脫氮和去除氣體等任務，使精煉鋼水除合金成分和溫度均達到要求外，[O]≤50ppm,[P]≤100ppm,[S]≤100ppm,[N]≤20ppm。

(5)在鋼包中通過喂絲機插入占鋼水重量0.1-0.15Kg％的微合金化變質劑包芯線。然后，進行澆注。

附圖說明

圖1為本發明工藝流程圖。

圖2為實施例中18CrNiMo齒輪鋼未加入和加入Nb-RE-B微合金化變質劑后在經過完全相同的鍛造加工工藝處理后得到的帶狀組織分布對比圖；可見，這種齒輪鋼在加入Nb-RE-B微合金化變質劑后帶狀組織明顯有所減輕。

具體實施方式

實施例1

將含62wt％Nb的鈮鐵、20.2wt％RE的稀土硅鐵和脫水硼砂塊在顎式破碎機中破碎成為粒度小于15mm的小塊。然后，用沖擊式破碎機將小塊原料破碎成為粒度小于2mm的粉末顆粒。將各種不同的粉末按照20wt％鈮鐵+70wt％稀土硅鐵+10wt％硼砂比例配料、稱重。配好后的原料加入到潤磨機中進行混合和研磨，料球重量比10:1。原料在潤磨機中混合30min。將混勻后的粉末在300℃的干燥窯中烘干處理3天。之后，將干燥后的粉末制成包芯線。