一種含鈮礦山錘頭用合金鋼材料及其制備方法
【專利摘要】一種含鈮礦山錘頭用合金鋼材料,其含有的化學元素成分及其質量百分比為：碳1.2-1.5、硅0.8-1.1、錳3.3-3.5、鉻2.1-2.3、鈮4.7-4.9、As0.1-0.2、Hf0.06-0.08、Bi0.4-0.6、S≤0.05、P≤0.05、余量為鐵。本發明是采用高碳鋼作為材質，具有較高硬度；同時添加鈮、鉻、鉿等多種合金元素，具有高耐磨性、韌性較好，同時耐高溫、耐腐蝕，且加工性能好；本發明適用于非強烈沖擊的腐蝕的工作條件的錘頭，其使用壽命與傳統的高錳鋼相比能提高2-3倍。本發明精煉劑用于鑄造生產，明顯提高成品率，特別是鑄件中的氣孔度降低1-2度，氧化夾雜物在2級左右。
【專利說明】一種含鈮礦山錘頭用合金鋼材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及耐磨金屬材料領域，尤其涉及一種含鈮礦山錘頭用合金鋼材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]錘頭材料的種類很多，最常用的是高錳鋼，最初是因其硬度和耐磨性都比較高，但是現在人們發現其實不然，有些場合高錳鋼錘頭并不耐磨，使用壽命短，究其原因，是高錳鋼要在大的沖擊力的情況下才能產生高硬度的表面硬化層，而沖擊力小的情況下不耐磨；還有中錳鋼錘頭，因其有較高的硬度和韌性，在沖擊力不太大的情況下較耐用，且有磁性；高鉻鑄鐵錘頭有優良的耐磨性，但是韌性較差，易發生脆性斷裂。各種材料均不能達到最理想的效果，因此尋求合理的材料，開發簡單實用的工藝，在保證使用要求的前提下節省資源和能源，已成為耐磨材料領域的熱點和難點。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種含鈮礦山錘頭用合金鋼材料及其制備方法，該合金材料具有強度高，耐磨性好、耐腐蝕的優點。
[0004]本發明的技術方案如下:
一種含鈮礦山錘頭用合金鋼材料，其特征在于:其含有的化學元素成分及其質量百分比為:碳 1.2-1.5、硅 0.8-1.1、錳 3.3-3.5、鉻 2.1-2.3、鈮 4.7-4.9、As0.1-0.2、Hf0.06-0.08、Bi0.4-0.6、S≤ 0.05、P ≤ 0.05、余量為鐵。
[0005]所述的含鈮礦山錘頭用合金鋼材料的生產方法，其特征在于:
(I)、準備生鐵與廢鐵按1:0.5-1.5比例作為鐵基質來源，將生鐵加入投入爐中熔化，進行脫硫、脫氧、采用精煉劑一次精煉、添加合金成分進行合金化，再加入廢鐵熔化、加入精煉劑二次精煉、檢測并調整化學元素成分含量至合格、澆鑄、鑄后熱處理等；
(2 )、合金化過程中向爐內投入合金元素的批次順序為:(I)硅、Bi ; (2 )錳、AS ; (3 )其他剩余成分；各批次投入元素的時間間隔為24-27分鐘，投料后攪拌均勻。
[0006]所述的鑄后熱處理是:先由室溫以180_190°C /小時速率升溫至500-510°C，保溫40-50分鐘，再以180-190°C /小時速率升溫至650_660°C，保溫40-50分鐘，再以210-2200C /小時速率升溫至940-950°C，保溫3_4小時；再以160_170°C /小時速率降溫至600-610°C，再以180-190°C /小時速率升溫至700_710°C，再以160_170°C /小時速率降溫至500-510°C，保溫50-60分鐘；再以160_170°C /小時速率降溫至220_230°C，保溫
2-3小時；再以180-190°C /小時速率升溫至340-350°C，再以160_170°C /小時速率降溫至220-230°C，再以180-190°C /小時速率升溫至540_550°C，保溫2_3小時，取出空冷即得。
[0007]所述的精煉劑由下列重量份的原料制成:工具鋼粉30-40、硫酸鈉2-3、硫酸鋁鉀
1-2、二氧化硅3-4、BaC03 2_3、蛭石粉1_2、偏硅酸鈉1_2、沉淀法白炭黑3_4、玉石粉3_4、蒙脫石1-2 ;制備方法是將各原料混合，加熱至熔融狀態，然后，澆注入純凈水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；將所得粉末加入相當于粉末重量2-3%的硅烷偶聯劑KH-550、1-2%的納米碳粉，混合均勻后，在8-15Mpa下壓制成坯，然后，在900-950°C下煅燒3_4小時，冷卻后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
[0008]本發明的有益效果
本發明是采用高碳鋼作為材質，具有較高硬度；同時添加鈮、鉻、鉿等多種合金元素，具有高耐磨性、韌性較好，同時耐高溫、耐腐蝕，且加工性能好；本發明適用于非強烈沖擊的腐蝕的工作條件的錘頭，其使用壽命與傳統的高錳鋼相比能提高2-3倍。本發明使用部分廢鐵作為原料，并經過二次精煉，合理控制鑄后熱處理溫度，分批投放原料，使合金品質更穩定均一，提高綜合力學性能。本發明精煉劑用于鑄造生產，明顯提高成品率，特別是鑄件中的氣孔度降低1-2度，不會在鑄件表面產生氣孔，夾雜氧化物也明顯降低，氧化夾雜物在2級左右。
【具體實施方式】
[0009]一種含鈮礦山錘頭用合金鋼材料，其含有的化學元素成分及其質量百分比為:碳 1.2-1.5、硅 0.8-1.1、錳 3.3-3.5、鉻 2.1-2.3、鈮 4.7-4.9、As0.1-0.2、Hf0.06-0.08、Bi0.4-0.6、S ≤ 0.05、P ≤ 0.05、余量為鐵。
[0010]所述的含鈮礦山錘頭用合金鋼材料的生產方法如下:
(I)、準備生鐵與廢鐵按1:1比例作為鐵基質來源，將生鐵加入投入爐中熔化，進行脫硫、脫氧、采用精煉劑一次精煉 、添加合金成分進行合金化，再加入廢鐵熔化、加入精煉劑二次精煉、檢測并調整化學元素成分含量至合格、澆鑄、鑄后熱處理等；
(2 )、合金化過程中向爐內投入合金元素的批次順序為:(I)硅、Bi ; (2 )錳、AS ; (3 )其他剩余成分；各批次投入元素的時間間隔為25分鐘，投料后攪拌均勻。
[0011]所述的鑄后熱處理是:先由室溫以185°C /小時速率升溫至505°C，保溫45分鐘，再以185°C /小時速率升溫至655°C，保溫45分鐘，再以215°C /小時速率升溫至945°C，保溫3.5小時；再以165°C /小時速率降溫至605°C，再以185°C /小時速率升溫至705°C，再以165°C /小時速率降溫至505°C，保溫55分鐘；再以165°C /小時速率降溫至225°C，保溫
2.5小時；再以185°C /小時速率升溫至345°C，再以165°C /小時速率降溫至225°C，再以1850C /小時速率升溫至545°C，保溫2.5小時，取出空冷即得。
[0012]所述的精煉劑由下列重量份(公斤)的原料制成:工具鋼粉35、硫酸鈉2.5、硫酸鋁鉀1.5、二氧化硅3.5、BaC03 2.5、蛭石粉1.5、偏硅酸鈉1.5、沉淀法白炭黑3.5、玉石粉
3.5、蒙脫石1.5 ;制備方法是將各原料混合，加熱至熔融狀態，然后，澆注入純凈水中激冷，再粉碎成160目粉末；將所得粉末加入相當于粉末重量2%的硅烷偶聯劑KH-550、2%的納米碳粉，混合均勻后，在12Mpa下壓制成坯，然后，在930°C下煅燒3.5小時，冷卻后，再粉碎成180目粉末，即得。
[0013]本發明的含鈮礦山錘頭用合金鋼材料的機械性能為:拉伸強度1187MPa，屈服強度915MPa，延伸率13.6%，斷面收縮率28.4%，沖擊吸收功53.6J，沖擊韌性63.5J/cm2，硬度 257HB。
【權利要求】
1.一種含鈮礦山錘頭用合金鋼材料，其特征在于:其含有的化學元素成分及其質量百分比為:碳 1.2-1.5、硅 0.8-1.1、錳 3.3-3.5、鉻 2.1-2.3、鈮 4.7-4.9, As0.1-0.2、Hf0.06-0.08、Bi0.4-0.6、S ≤ 0.05、P ≤ 0.05、余量為鐵。
2.根據權利要求1所述的含鈮礦山錘頭用合金鋼材料的生產方法，其特征在于: (I)、準備生鐵與廢鐵按1:0.5-1.5比例作為鐵基質來源，將生鐵加入投入爐中熔化， 進行脫硫、脫氧、采用精煉劑一次精煉、添加合金成分進行合金化，再加入廢鐵熔化、加入精煉劑二次精煉、檢測并調整化學元素成分含量至合格、澆鑄、鑄后熱處理等； (2 )、合金化過程中向爐內投入合金元素的批次順序為:(I)硅、Bi ; (2 )錳、AS ; (3 )其他剩余成分；各批次投入元素的時間間隔為24-27分鐘，投料后攪拌均勻。
3.根據權利要求2所述的含鈮礦山錘頭用合金鋼材料的生產方法，其特征在于:所述的鑄后熱處理是:先由室溫以180-190°C /小時速率升溫至500-510°C，保溫40-50分鐘，再以180-190°C /小時速率升溫至650-660°C，保溫40-50分鐘，再以210_220°C /小時速率升溫至940-950°C，保溫3-4小時；再以160_170°C /小時速率降溫至600-610°C，再以180-1900C /小時速率升溫至700-710°C，再以160_170°C /小時速率降溫至500-510°C，保溫50-60分鐘；再以160-170 °C /小時速率降溫至220-230 V，保溫2_3小時；再以180-190°C /小時速率升溫至340-350°C，再以160_170°C /小時速率降溫至220_230°C，再以180-190°C /小時速率升溫至540-550°C，保溫2_3小時，取出空冷即得。
4.根據權利要求2所述的含鈮礦山錘頭用合金鋼材料的生產方法，其特征在于:所述的精煉劑由下列重量份的原料制成:工具鋼粉30-40、硫酸鈉2-3、硫酸鋁鉀1-2、二氧化硅3-4、BaC03 2_3、蛭石粉1_2、偏硅酸鈉1_2、沉淀法白炭黑3_4、玉石粉3_4、蒙脫石1_2 ;制備方法是將各原料混合，加熱至熔融狀態，然后，澆注入純凈水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；將所得粉末加入相當于粉末重量2_3%的硅烷偶聯劑ΚΗ_550、1_2%的納米碳粉，混合均勻后，在8-15Mpa下壓制成坯，然后，在900-950°C下煅燒3_4小時，冷卻后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
【文檔編號】C22C33/04GK103627978SQ201310555501
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月11日 優先權日:2013年11月11日
【發明者】章功國, 王涇文, 段宗銀, 李純金, 陳超, 王淑妍, 張少伍, 王曉芬, 謝勇 申請人:馬鞍山市恒毅機械制造有限公司