含氮鑄態奧氏體貝氏體復相鋼的熔煉和鑄造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鋼鐵耐磨材料領域，特別是一種含氮鑄態奧氏體貝氏體復相鋼的熔煉和鑄造方法。
【背景技術】
[0002]磨損是冶金、礦山、機械、電力、化工、建材、煤炭、石油、交通、軍工、航空航天等許多工業部門普遍存在并成為引起設備失效或材料破壞的一個重要原因，不僅造成設備零件失效，導致工件頻繁地更換和維修、設備工作效率降低，而且消耗了大量的能源和材料。低合金馬氏體耐磨鑄鋼是目前應用較廣泛的一種耐磨材料，但其抗沖擊疲勞性較差；中合金耐磨鑄鋼的品種較少，其中較為重要的是中錳鋼系列；高錳鋼是一種特殊的耐磨鋼，具有高塑性、高韌性以及低裂紋擴展等特性，是一種很好的耐沖擊磨損材料，然而該種鋼在無沖擊或沖擊偏小的工況下，加工硬化程度不夠，無法發揮其潛在的耐磨能力而表現得非常不耐磨，高錳鋼的另一缺點是屈服強度低，在使用過程中極易產生塑性變形，使得拆卸維修困難，影響生產率的提高。無論是中錳鋼或高錳鋼，在無沖擊或沖擊偏小的工況下的耐磨性都不高。在無沖擊或沖擊偏小的工況下，使用的耐磨材料必須具有硬度和沖擊韌性都較高的優異性能。復相組織耐磨鋼具有高強度和韌性相的相互配合而獲得良好的強度和韌性。其中的奧氏體貝氏體復相鋼不僅有高硬度而且韌性高，近年來引起科技人員和生產廠家的極大關注。研宄和開發已取得一些成果。但奧氏體貝氏體復相鋼通常必須進行熱處理，生產工藝復雜，消耗能源，污染環境并對企業的經濟效益的提高帶來不利影響。關于無需傳統熱處理工藝，只是通過合金化方法，獲得鑄態奧氏體貝氏體復相鋼的研宄較少。其原因是鑄鋼件的金相組織和機械性能受到較多因素影響，經過熱處理容易得到符合要求的鑄件。鑄態鋼件有產生偏析、組織不均勻的傾向，且常存在殘余應力。氮化物也是鋼鐵中的重要組成相，其類型、分布、數量、尺寸、形狀都對鋼鐵產生重要影響。氮固溶于鐵，形成間隙式的固溶體。氮和碳不彼此化合，但可溶入滲碳體中從而提高其分解溫度使之穩定化。氮能擴大γ相區并使奧氏體穩定。氮和鉻、鎢、釩、鋁、鈦親和力極強，能形成非常穩定的氮化物。這些氮化物若以高度彌散狀態分布在鋼中，將極大增加鋼的硬度和強度，特別是提高疲勞強度、耐磨性和抗蝕性。氮和碳一樣，不受資源所限制，且作用效果明顯。立足國內資源，運用合金化手段，研宄、開發、推廣和應用一種新型的含氮鑄態奧氏體貝氏體復相鋼必將帶來巨大的經濟效益和社會效益。
【發明內容】
[0003]為解決上述技術問題，本發明提供一種含氮鑄態奧氏體貝氏體復相鋼，其化學成分及質量百分比為:C:0.45-0.75 ；Mn:2.0-3.0 ；Si 2.0-3.0 ；Cr:1.5-2.5 ；Mo:0.4-0.6 ；V:0.15-0.25 ；Ti:0.08-0.18 ；Re:0.04-0.06 ；N:0.015-0.025，各成分的質量百分比之和為 100%。
[0004]其中各合金所具有的主要功能為:
[0005]碳(C):碳含量越高，鋼的強度和硬度值增加，塑性和韌性值降低；
[0006]錳(Mn):提高強度，硬度和耐磨性；
[0007]硅(Si):強化鐵素體，提高抗拉強度和屈服強度，提高耐熱性和耐蝕性，降低韌性和塑性；
[0008]鉻(Cr):降低鋼的導熱性，能提高耐磨性；
[0009]鉬(Mo):強化鐵素體，提高高溫性能，改善脆性；
[0010]釩(V):與碳、氧、氮都有極強的親和力，與之形成相應的極為穩定的化合物，釩是一種良好的脫氧劑，同時可細化鋼的鑄態組織和碳化物的分布情況，可提高鋼的強度和韌性；
[0011]欽鐵(Ti):能強化鐵素體，脫氧和細化晶粒；
[0012]稀土(Re):微量的稀土有利于改善鑄態結晶組織，細化晶粒，凈化晶界，去除鋼中的有害雜質。
[0013]氮:固溶強化及時效沉淀強化，形成和穩定奧氏體組織，改善鑄鋼的組織結構，提高其強度。
[0014]所述含氮鑄態奧氏體貝氏體復相鋼的熔煉和鑄造方法，包括如下步驟:
[0015](I)、將廢鋼和鉻鐵、氮化鉻鐵混合加熱熔化；
[0016](2)、升溫至1560 °C，加入釩鐵；
[0017](3)待釩鐵熔化后，依次加入錳鐵、氮化錳鐵、鉬鐵、鈦鐵，攪拌，使其充分熔化；
[0018](4)將硅鐵、稀土合金破碎至8mm3的小塊狀，經200-300°C烘干I小時后，置入澆包底部，用包內沖入法對鋼水進行復合變質處理；
[0019](5)經脫氧扒渣后，靜置3分鐘，澆入潮模砂鑄造型腔，澆注溫度為1500-1530°C。
[0020]熔煉設備采用中頻感應爐。鑄造工藝設上冒口、冷鐵、補貼，以實現順序凝固。此夕卜，采用適當的爐前、爐中的取樣分析以得到各化學成分的正確含量百分比。
[0021]本發明的含氮鑄態奧氏體貝氏體復相鋼，其抗拉強度:1300-1500MPa;相對耐磨性 β:1.5-2.25 ;延伸率:δ S8-13% ;V 型缺口沖擊韌性 Akv:25.3-33.8J/cm2;硬度:51.2-60.8HRC。
[0022]本發明的優點在于:
[0023]制備得的含氮鑄態奧氏體貝氏體復相鋼，具有良好的強度和韌性以及出色的耐磨性，其耐磨性為高錳鋼的1.5-2.25倍，運用合金化手段，不需要經過熱處理，減少對生態環境的污染，節約能源，降低成本。
[0024]該含氮鑄態奧氏體貝氏體復相鋼特別適宜在無沖擊或沖擊偏小的工況中作為耐磨材料，適合規模化生產。
【具體實施方式】
:
[0025]以下結合實施例對本發明進行詳細說明，但不限制本發明保護范圍。
[0026]實施例1
[0027]一種含氮鑄態奧氏體貝氏體復相鋼，其化學成分及其質量百分比為:C 0.75 %、Si 2.5%, Mn 2.5 %、Cr 2.5 %、Mo 0.5 %、Ti 0.12 %、V 0.2 %、Re 0.05 %、N 0.018
% O
[0028]所述含氮鑄態奧氏體貝氏體復相鋼的熔煉和鑄造方法，包括如下步驟:熔煉設備采用中頻感應爐，
[0029]1.將廢鋼和鉻鐵、氮化鉻鐵混合加熱熔化；
[0030]2.升溫至1560°C，加入釩鐵；
[0031]3.待釩鐵熔化后，依次加入錳鐵、氮化錳鐵、鉬鐵、鈦鐵，攪拌，使其充分熔化；
[0032]4.將硅鐵、稀土合金破碎至8mm3的小塊狀，經200_300°C烘干I小時后，置入澆包底部，用包內沖入法對鋼水進行復合變質處理；
[0033]5.經脫氧扒渣后，靜置3分鐘，澆入潮模砂鑄造型腔，澆注溫度為1500_1530°C。
[0034]鑄造工藝設上冒口、冷鐵、補貼，以實現順序凝固。此外，采用適當的爐前、爐中的取樣分析以得到各化學成分的正確含量百分比。
[0035]經檢驗，該含氮鑄態奧氏體貝氏體復相鋼的耐磨性β = 2.25。
[0036]實施例2
[0037]一種含氮鑄態奧氏體貝氏體復相鋼，其化學成分及其質量百分比為:C 0.6 %、Si2.5%, Mn 2.0 %、Cr 2.5 %、Mo 0.5 %、Ti 0.12 %、V 0.2 %、Re 0.05 %、N 0.021 %。
[0038]所述含氮鑄態奧氏體貝氏體復相鋼的制備方法和控制技術條件同實施例1。
[0039]經檢驗，該含氮鑄態奧氏體貝氏體復相鋼的洛氏硬度值為60.8HRC。
[0040]實施例3
[0041]一種含氮鑄態奧氏體貝氏體復相鋼，其化學成分及其質量百分比為:C 0.45 %、Si 2.0 %、Mn 2.5%, Cr 1.5%、Mo 0.5 %、Ti 0.12 %、V 0.2 %、Re 0.05 %、N 0.016
% O
[0042]所述含氮鑄態奧氏體貝氏體復相鋼的制備方法和控制技術條件同實施例1。
[0043]經檢驗，該含氮鑄態奧氏體貝氏體復相鋼的沖擊韌性值Akv = 33.8J/cm2。
[0044]本發明的含氮鑄態奧氏體貝氏體復相鋼產品，其抗拉強度:1300-1500MPa ;相對耐磨性β:1.5-2.25 ;延伸率:δ S8-13% ;V型缺口沖擊韌性Akv:25.3-33.8J/cm2;硬度:51.2-60.8HRC。其中的相對耐磨性β是在自制的磨損試驗裝置安裝鑄態奧氏體貝氏體復相鋼試件及標準試件(高猛鋼)，以150r/min轉速運轉9小時，使試件在小沖擊應力(Ak ^ 0.04J)下磨損，用天平(精度10_4g)稱出磨損前后的重量，用公式β =標準試件失重/試件失重求出。
[0045]通過以上試驗結果說明，本發明所述含氮鑄態奧氏體貝氏體復相鋼強度韌性高:并且生產工藝簡單、成本低、無污染。并特別適合在無沖擊或沖擊偏小的工況中作為耐磨材料應用。
【主權項】
1.一種含氮鑄態奧氏體貝氏體復相鋼，其特征在于，該復相鋼的化學成分及質量百分比為:C:0.45-0.75 ；Mn:2.0-3.0 ；Si 2.0-3.0 ；Cr:1.5-2.5 ；Mo:0.4-0.6 ；V:0.15-0.25 ；Ti:0.08-0.18 ；Re:0.04-0.06 ；N:0.015-0.025，各成分的質量百分比之和為 100%。
2.根據權利要求1所述含氮鑄態奧氏體貝氏體復相鋼的熔煉和鑄造方法，萁特征在于，包括如下步驟: (1)、將廢鋼和鉻鐵、氮化鉻鐵混合加熱熔化； (2)、升溫至1560°C，加入釩鐵； (3)待釩鐵熔化后，依次加入錳鐵、氮化錳鐵、鉬鐵、鈦鐵，攪拌，使其充分熔化； (4)將硅鐵、稀土合金破碎至8_3的小塊狀，經200-300°C烘干I小時后，置入澆包底部，用包內沖入法對鋼水進行復合變質處理； (5)經脫氧扒渣后，靜置3分鐘，澆入潮模砂鑄造型腔，澆注溫度為1500-1530°C，熔煉設備采用中頻感應爐，鑄造工藝設上冒口、冷鐵、補貼。
【專利摘要】一種含氮鑄態奧氏體貝氏體復相鋼，其化學成分及質量百分比為：C：0.45-0.75；Mn：2.0-3.0；Si2.0-3.0；Cr：1.5-2.5；Mo：0.4-0.6；V：0.15-0.25；Ti：0.08-0.18；Re：0.04-0.06；N:0.015-0.025。熔煉和鑄造方法包括如下步驟：(1)、將廢鋼和鉻鐵、氮化鉻鐵混合加熱熔化；(2)、升溫至1560℃，加入釩鐵；(3)待釩鐵熔化后，依次加入錳鐵、氮化錳鐵、鉬鐵、鈦鐵，攪拌，使其充分熔化；(4)將硅鐵、稀土合金破碎至8mm3的小塊狀，經200-300℃烘干1小時后，置入澆包底部，用包內沖入法對鋼水進行復合變質處理；(5)經脫氧扒渣后，靜置3分鐘，澆入潮模砂鑄造型腔，澆注溫度為1500-1530℃。該復相鋼具有良好的強度和韌性以及耐磨性，不需要經過熱處理，減少對生態環境的污染，節約能源。
【IPC分類】C22C33-04, C22C38-38
【公開號】CN104745948
【申請號】CN201510167164
【發明人】鄧新平, 聶雄, 林元祖, 嚴偉林, 葉江潮
【申請人】廣西大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月9日