用于細(xì)化TiC顆粒增強(qiáng)型耐磨鋼中TiC的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于合金鋼技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了用于細(xì)化TiC顆粒增強(qiáng)型耐磨鋼中TiC 的方法，可有效細(xì)化、均勻化碳化物顆粒尺寸，大幅提高材料的塑韌性。
【背景技術(shù)】
[0002] 耐磨鋼廣泛應(yīng)用于工作條件特別惡劣，要求高強(qiáng)度、高耐磨性能的工程、采礦、建 筑、農(nóng)業(yè)、水泥生產(chǎn)、港口、電力以及冶金等機(jī)械產(chǎn)品上，如刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、挖掘機(jī)、自 卸車及各種礦山機(jī)械等。傳統(tǒng)低合金耐磨鋼的組織通常選擇單相馬氏體，提高其耐磨性的 主要方法是提高鋼中碳含量和淬火馬氏體的硬度。然而，隨著硬度的增加，鋼的加工性和焊 接性將嚴(yán)重惡化，難以滿足裝備制造相關(guān)要求。發(fā)明專利申請"一種超硬粒子增強(qiáng)型馬氏體 耐磨鋼板及其制造方法，【申請?zhí)枴緾N201410742793"提供一種TiC顆粒增強(qiáng)型馬氏體耐磨鋼 板及其制造方法，解決了現(xiàn)有高硬度耐磨鋼焊接性能及加工性能差、難以滿足設(shè)備制造要 求的難題，鋼板耐磨性可達(dá)相同硬度傳統(tǒng)馬氏體耐磨鋼的1.5倍。但是TiC粒子的引入對材 料的塑韌性具有不利影響，特別是在采用模鑄工藝下，TiC粒子尺寸較粗大且分布不均勻， 鋼材韌塑性顯著降低。例如，傳統(tǒng)馬氏體耐磨鋼Hardox450的室溫沖擊功約為30-50J，而采 用模鑄生產(chǎn)的TiC顆粒增強(qiáng)型馬氏體耐磨鋼沖擊功僅為10-15J，且冷彎性能也較差。因此， 如何細(xì)化、均勻化TiC粒子的尺寸成為TiC顆粒增強(qiáng)型耐磨鋼工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供用于細(xì)化TiC顆粒增強(qiáng)型耐磨鋼中TiC的方法，大幅改善鋼 材的塑韌性，解決工程使用過程中冷彎及韌性不足等問題。本發(fā)明提供一種的超硬粒子TiC 增強(qiáng)型耐磨鋼的生產(chǎn)方法，可使析出相平均尺寸細(xì)化到Iym左右，延伸率提高到10%以上， 室溫沖擊功可提高至18-25J，冷彎性能可實(shí)現(xiàn)彎心直徑6a、90度合格，同時耐磨性基本保持 不變。
[0004] 本發(fā)明工藝的耐磨鋼板化學(xué)組成與CN201410742793提供的成分相同，按重量百分 含量(wt · % )為C:0.20-0.40;Mn:0.50-1.00; Si :0.30-0.60 ;Cr :0.50-0.80 ;Ni :0.40-0.60; Mo:0.30-0.40;Ti:0.40-0.80;Cu :0.30-0.50;B:0.0005-0.003;S<0.005;P< 0.015;余量 為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。
[0005] 此類鋼成分設(shè)計的基本思路是在凝固過程中形成一定數(shù)量的析出相(TiC)，因?yàn)?只有在凝固過程析出的微合金碳化物才能達(dá)到微米級，而只有微合金碳化物尺寸達(dá)到微米 級時才可以大幅提高基體的抗磨粒磨損性能。由于在凝固過程中發(fā)生離異共晶相變，微合 金碳化物在相變時作為單獨(dú)一相分布于晶界、枝晶等最后凝固處，使得共晶組織兩相交替 的特征消失。細(xì)化碳化物的主要技術(shù)思路是控制凝固過程冷卻，通過提高冷速增加碳化物 的形核位置，細(xì)化碳化物尺寸，均勻化碳化物分布。
[0006] 模鑄生產(chǎn)鋼錠熱流密度在10-50KW/m2之間，厚板坯連鑄生產(chǎn)時結(jié)晶器的熱流密度 約為在0.8-2Mff/m 2，而薄板坯連鑄生產(chǎn)時結(jié)晶器的熱流密度可以達(dá)至lj3-7Mff/m2，熱流密度提 高了 1-1.5個數(shù)量級。連鑄坯冷卻到700°C約20分鐘，平均冷卻約為40°C/分鐘；而模鑄生產(chǎn) 時鋼錠冷卻到700°C大約需要6-10小時，冷速約1-3°C/分鐘。連鑄坯凝固冷卻速度與模鑄生 產(chǎn)時鋼錠的冷卻速度約差1-1.5個數(shù)量級。TiC的顆粒尺寸隨冷速的升高顯著細(xì)化，顆粒尺 寸與凝固冷速的關(guān)系見附圖。
[0007] 本發(fā)明的生產(chǎn)工藝流程及主要參數(shù)如下：
[0008] 轉(zhuǎn)爐冶煉一爐外精煉(LF-RH/VD)-板坯連鑄一鑄坯加熱一乳制一熱處理；
[0009] 其中連鑄及乳制是控制析出相尺寸的關(guān)鍵工序；
[0010] 連鑄工序工藝參數(shù)：
[0011] 1)澆注溫度:液相線20-40°C;
[0012] 澆注溫度較常規(guī)鋼種提高5_10°C，主要原因是減少高鈦鋼連鑄過程的"結(jié)魚"，保 證生產(chǎn)順行；
[0013] 2)板坯結(jié)晶器:熱流密度0.8-2.5MW/m2;
[0014] 結(jié)晶器要保證足夠的冷卻強(qiáng)度以細(xì)化TiC顆粒尺寸；
[0015] 3)二冷比水量:0.3-0.8L/kg;
[0016] 采用前段強(qiáng)冷，后段弱冷的原則；
[0017] 4)矯直點(diǎn)溫度大于950°C;
[0018] 此鋼種塑性較低，低于950°C進(jìn)入第二脆性區(qū)，面縮率小于50%，因此要保證矯直 點(diǎn)高于950°C，才能減少板坯橫裂紋；
[0019] 乳制工藝參數(shù)：
[0020] 加熱溫度：1200-1220°C;
[0021] 終乳溫度：小于900°C;
[0022] 壓縮比大于3。保證TiC顆粒碎化，均勻化。
[0023] 采用本發(fā)明提供的工藝參數(shù)，和模鑄生產(chǎn)相比，鋼板中TiC的體積分?jǐn)?shù)基本保持不 變，仍為〇. 5-1.5 % ; TiC平均尺寸可從5μπι細(xì)化至Ιμπι，鋼板延伸率從7 %提高到11 %，室溫沖 擊功從12 J提高至20 J，冷彎性能滿足彎心直徑6a，90度合格。通過連鑄工藝細(xì)化了微米級 TiC，有效改善了 TiC顆粒增強(qiáng)型馬氏體耐磨鋼的塑韌性，解決了鋼板機(jī)加工及實(shí)際工況使 用時的力學(xué)性能問題，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0024] 圖1為TiC顆粒尺寸與凝固冷速之間的關(guān)系圖。
[0025] 圖2為采用本發(fā)明工藝生產(chǎn)超硬粒子增強(qiáng)型馬氏體耐磨鋼鑄態(tài)組織圖，圖中白色 粒子為TiC。
[0026] 圖3為采用模鑄工藝生產(chǎn)超硬粒子增強(qiáng)型馬氏體耐磨鋼鑄態(tài)組織圖，圖中白色粒 子為TiC。
[0027] 圖4為采用本發(fā)明工藝生產(chǎn)超硬粒子增強(qiáng)型馬氏體耐磨鋼的乳態(tài)組織圖，TiC粒子 粒度分布。
[0028] 圖5為采用模鑄工藝生產(chǎn)超硬粒子增強(qiáng)型馬氏體耐磨鋼的乳態(tài)組織圖，TiC粒子粒 度分布。
【具體實(shí)施方式】：
[0029] 實(shí)施例1、本發(fā)明的化學(xué)組成按重量百分含量為：C: 0.31; Si :0.48 ;Mn :0.92; Cr: 0.91;Ni:0.51;Mo:0.32，Ti，0.58，Cu :0.35;S:0.005，P:0.015,余量為 Fe 及不可避免的雜 質(zhì)。制造工藝:轉(zhuǎn)爐冶煉，LF精煉，板坯連鑄(板坯厚度:250_)，乳制，熱處理；
[0030] 連鑄工藝參數(shù)：
[0031] 澆注溫度：1520°C;
[0032] 結(jié)晶器熱流密度：1 · lMW/m2;
[0033] 二冷比水量:0.35L/kg;
[0034] 矯直點(diǎn)溫度:960°C;
[0035] 乳制工藝參數(shù)：
[0036] 加熱溫度：1220°C;
[0037] 終乳溫度：890°C;
[0038] 壓縮比：8.3。
[0039] 其余工藝參數(shù)參考CN104357758A。
[0040] 實(shí)施例2、本發(fā)明的化學(xué)組成按重量百分含量為：C: 0.31; Si : 0.48 ;Mn: 0.92 ; Cr: 0.91;Ni:0.51;Mo:0.32，Ti，0.58，Cu :0.35;S:0.005，P:0.015,余量為 Fe 及不可避免的雜 質(zhì)。制造工藝:轉(zhuǎn)爐冶煉，LF精煉，板坯連鑄(板坯厚度:150_)，乳制，熱處理；
[0041 ] 連鑄工藝參數(shù)：
[0042] 澆注溫度：1515°C;
[0043] 結(jié)晶器熱流密度:2. lMW/m2;
[0044] 二冷比水量:〇.35L/kg;
[0045] 矯直點(diǎn)溫度：1030°C;
[0046] 乳制工藝參數(shù)：
[0047]加熱溫度：1220°C;
[0048] 終乳溫度:890°C;
[0049] 壓縮比：5。
[0050] 其余工藝參數(shù)參考CN104357758A。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種細(xì)化Tic顆粒增強(qiáng)型耐磨鋼中Tie的工藝方法，其特征是:采用連鑄工藝，參數(shù)如 下： 1) 澆注溫度:液相線20-40°C; 2) 板坯結(jié)晶器:熱流密度0.8-2.5Mff/m2; 3) 二冷比水量:0.3-0.8L/kg; 4) 矯直點(diǎn)溫度大于950°C; 5) 乳制工藝參數(shù)： 加熱溫度：1200-1220°C; 終乳溫度:小于900°C; 壓縮比大于3。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:鋼板中TiC的體積分?jǐn)?shù)保持不變，仍為0.5_ 1 · 5% ;TiC平均尺寸從5um細(xì)化至lum，鋼板延伸率從7%提高到11 %，室溫沖擊功從12J提高 至20J，冷彎性能滿足彎心直徑6a，90度合格。
【專利摘要】一種用于細(xì)化TiC顆粒增強(qiáng)型耐磨鋼中TiC的方法，屬于合金鋼技術(shù)領(lǐng)域。采用連鑄工藝，工藝參數(shù)如為：澆注溫度：液相線溫度+(20-40℃)；板坯結(jié)晶器：熱流密度0.8-2.5MW/m2；二冷比水量：0.3-0.8L/kg；矯直點(diǎn)溫度大于950℃。可有效細(xì)化、均勻化碳化物顆粒尺寸，大幅提高材料的塑韌性。與模鑄工藝相比，鋼板中TiC平均尺寸可從5μm細(xì)化至1μm，鋼板延伸率從7％提高到11％，室溫沖擊功從12J提高至20J，冷彎性能滿足彎心直徑6a，90度合格。
【IPC分類】B22D11/12, B22D11/22
【公開號】CN105478702
【申請?zhí)枴緾N201510921071
【發(fā)明人】梁小凱, 穆潤青, 孫新軍, 李昭東, 雍岐龍, 賈書君, 劉清友, 康韶光, 朱秀光, 高助忠, 吳建鵬, 李經(jīng)濤, 劉俊, 陳玉輝, 徐國慶, 韓全君, 潘貴明
【申請人】鋼鐵研究總院, 中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司, 江陰興澄特種鋼鐵有限公司
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月11日