專利名稱：：一種用于奧錳鋼的新型復(fù)合孕育劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于奧錳鋼的復(fù)合孕育劑。
背景技術(shù)：
：傳統(tǒng)奧錳鋼即奧氏體錳鋼(中錳鋼、高錳鋼、超高猛鋼)的生產(chǎn)工藝主要有兩類一類是在奧錳鋼的基本成分確定后按照傳統(tǒng)的熔煉工藝進(jìn)行熔煉，由于按傳統(tǒng)的熔煉工藝進(jìn)行熔煉通常不施行變質(zhì)處理、孕育處理，用這種工藝生產(chǎn)的奧錳鋼鑄態(tài)組織中的碳化物沿晶界呈網(wǎng)狀分布，在含碳量較高時(shí)這種網(wǎng)狀碳化物較發(fā)達(dá)，網(wǎng)片較厚，致使材料的脆性很大。其次鋼液中的非金屬夾雜通常也易呈網(wǎng)狀分布，這些特性不僅造成鑄態(tài)下材料的脆性，容易在凝固過程和生產(chǎn)過程中造成鑄件的斷裂，而且在隨后的水韌處理過程中往往要求在較高的奧氏體化溫度和較長的保溫時(shí)間下才能完成碳化物的熔解，達(dá)到獲得單一奧氏體組織的目的。由于奧氏體化溫度增高和保溫時(shí)間變長，使晶粒粗大，并且在原來碳化物分布的位置由于碳化物的熔解而留下了顯微裂紋，這些都不利于提高材料的韌性，這些都容易使材料在服役期間容易造成零件的失效。我國在70年代后期開始采用單純的稀土硅鐵對(duì)奧錳鋼進(jìn)行孕育處理，變質(zhì)后碳化物的形態(tài)、大小均發(fā)生了較為顯著的變化，但是從碳化物在基體中的分布來看較為不均勻，它主要體現(xiàn)在碳化物在基體中的分布不均勻和碳化物的形態(tài)與大小在各局域偏差較大；非金屬夾雜物的形態(tài)和大小也發(fā)生了較為顯著的變化，但和碳化物的變化相似，其分布和在局部區(qū)域也是不均勻的。近些年來，隨著國家礦冶工程的發(fā)展，用于礦石粗磨的顎式破碎機(jī)和中細(xì)磨的圓錐破碎機(jī)的顎板、球磨機(jī)襯板、粉碎機(jī)錘頭等高錳鋼件年耗量己達(dá)百萬噸。這促使人們開始愈發(fā)重視在優(yōu)質(zhì)奧錳鋼的生產(chǎn)新工藝上進(jìn)行有益的探索，以期不斷完善奧錳鋼生產(chǎn)工藝促進(jìn)奧錳鋼工件質(zhì)量的提高。隨著金屬材料改性處理技術(shù)的日趨完善，在對(duì)傳統(tǒng)高錳鋼的材料改性上取得了較大的進(jìn)展，使奧錳鋼組織和性能獲得了較大的改善和提高。人們愈來愈注意到這種變化與復(fù)合孕育的作用關(guān)系較大。中國專利CN1219103C公開了一種錳鋼制造方法，在出鋼時(shí)用稀土合金和釩鐵進(jìn)行復(fù)合孕育處理，可以提高錳鋼的韌性，其缺陷是在稀土進(jìn)行變質(zhì)前對(duì)鋼液未進(jìn)行更為有效的脫氧使稀土變質(zhì)作用不穩(wěn)定；雖然稀土合金和釩鐵對(duì)變質(zhì)效果有較為明顯的作用但由于未采取爐內(nèi)和爐外分級(jí)處理對(duì)先析相奧氏體的形態(tài)缺乏控制；釩鐵近年來噸價(jià)高達(dá)15萬元以上使成本提高幅度較大。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種用于奧錳鋼的新型復(fù)合孕育劑，在爐內(nèi)、爐外實(shí)行"二步法"處理，以強(qiáng)化孕育處理效果，改進(jìn)和提高碳化物和非金屬夾雜的均勻分布。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案所述復(fù)合孕育劑包括V渣、Ti和Zn，用量分別為用量分別為鋼液重量的2.0%2.5%、0.02%0.03%和0.006%0.008%，其中，鈦元素以鈦鐵形式加入所述復(fù)合孕育劑分爐內(nèi)和爐外兩步加入爐內(nèi)處理是在調(diào)整鋼液成份的合金化階段加入，加入時(shí)間是在加入錳鐵對(duì)鋼液的錳含量進(jìn)行微調(diào)之后，向熔池中加入V渣；爐外處理是在鋼包中加入鈦鐵和鋅。V、Ti的作用機(jī)理1、增強(qiáng)形核細(xì)化晶粒。在實(shí)際鋼液液態(tài)結(jié)構(gòu)中，由于釩、鈦和碳具有很強(qiáng)的親和力，從凝固初期始，就存在由機(jī)、鈦碳化物構(gòu)成的孕育質(zhì)點(diǎn)，在凝固過程中，這些質(zhì)點(diǎn)繼而引起碳原子的偏聚、簇合，且在隨后的結(jié)晶過程中造成晶界上碳化物數(shù)量減少而晶內(nèi)的碳化物數(shù)量增多。另一方面，在一定含量V、Ti元素的影響下，界面前沿過冷度明顯增大，這樣就促使鋼液中有利于形成異質(zhì)晶核的硫化物、氧化物、氮化物和復(fù)合夾雜作為結(jié)晶基底，從而增強(qiáng)形核，細(xì)化晶粒。2、抑制擴(kuò)散穩(wěn)定形態(tài)。釩、鈦等元素的加入形成分枝發(fā)達(dá)的奧氏體枝晶。隨后的結(jié)晶過程被限于只能在枝晶內(nèi)進(jìn)行，碳化物的形成和長大由此受到枝晶的強(qiáng)烈影響，同時(shí)由于V和Ti與碳的親和力很強(qiáng)，在進(jìn)行異質(zhì)形核的同時(shí)，在該區(qū)域則又有效地減慢了碳欲向優(yōu)先成長的方向的擴(kuò)散速度。因此，釩、鈦等元素的孕育作用一是細(xì)化了奧氏體枝晶；二是有效控制了碳化物的數(shù)量、大小和形態(tài)。鋅的作用機(jī)理是1、Zn蒸氣攪拌金屬液體，產(chǎn)生局域?qū)α?，促使枝晶破碎，增加晶核?shù)目；2、形成含Zn復(fù)合碳化物，增加碳化物晶核的數(shù)量，細(xì)化了碳化物；3、Zn是低熔點(diǎn)合金元素，隨著凝固過程的不斷進(jìn)行，Zn必然富集在碳化物的周圍的液相中，增加了碳化物生長端部表面的自由能，從而導(dǎo)致碳化物的生長速度受阻，端部變得圓鈍。本發(fā)明采用V渣一Ti一Zn復(fù)合孕育劑對(duì)鋼液分級(jí)復(fù)合孕育。這主要包含二個(gè)內(nèi)容:1、"二步法"處理。BP，將孕育劑分別于爐內(nèi)、爐外進(jìn)行處理，這樣既能細(xì)化初晶奧氏體且能使水韌處理后的V元素固溶于奧氏體起固溶強(qiáng)化作用外，也能控制鋼液凝固過程的碳化物異質(zhì)形核的程度。2、將孕育劑按組分元素在鋼液中異質(zhì)形核生核能的大小，分別溶入鋼液，從而增強(qiáng)孕育組織的抗"衰退"能力。采用多元素孕育的優(yōu)點(diǎn)在于鋼液中高熔點(diǎn)碳化物結(jié)晶核心的形成和一定數(shù)量的分布使碳化物的結(jié)晶核心得到明顯的增加，并使其在奧氏體晶粒以及晶界上得到更為均勻的分布，這樣不僅可以改變碳化物的形態(tài)而且使碳化物變小和進(jìn)一步的增強(qiáng)了生成團(tuán)粒狀的傾向。復(fù)合孕育處理的工藝效果主要體現(xiàn)為1、明顯改善了鑄態(tài)組織中碳化物的形態(tài)和大小，增加了碳化物的結(jié)晶核心，從而細(xì)化了碳化物；2、由于增加了凝固過程中的結(jié)晶核心，使奧氏體晶粒得到細(xì)化；3、碳化物和晶粒的細(xì)化使鋼液在爐前處理和在鑄型凝固過程中的抗變質(zhì)衰退能力得到增強(qiáng)；4、由于采用了復(fù)合孕育處理進(jìn)一步提高了工件鑄態(tài)和水韌處理后的力學(xué)性能，這樣在奧錳鋼基本成分的設(shè)計(jì)上為提高該類奧錳鋼工件的耐磨性可適當(dāng)增加材料的含碳量，由此可增加材料的硬度、加工硬化的能力，使工件獲得更高的耐磨性能；5、對(duì)采用彌散強(qiáng)化處理的奧錳鋼工件，復(fù)合孕育處理可以加速彌散相的析出速度和均勻分布的程度。具體實(shí)施例方式冶煉目標(biāo)基本成分00見下表:<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>所用復(fù)合孕育劑為V渣、Ti和Zn，用量分別為鋼液重量的2.0%2.5%、0.02%~0.03%和0.006%0.008%，其中，鈦元素以鈦」鐵形式加八。以中頻爐為例，將所需原料加入爐中熔煉，待向熔池中加入錳鐵及用硅鈣進(jìn)行預(yù)脫氧后，在合金化階段按以下順序加入錳鐵(氮化錳鐵)一V渣，出鋼溫度150(TC1550。C。將鈦鐵、鋅預(yù)先放置于鋼包內(nèi)，待鋼液沖入處理。澆注溫度142(TC147(TC。鋼液要求57分鐘澆完。新型復(fù)合孕育劑的使用效果見下表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>從上表可看出孕育處理后無論力學(xué)性能還是耐磨性能都有明顯的提高，中錳鋼尤為顯著，其原因使中錳鋼在工作條件下除產(chǎn)生第二相粒子釘扎高密度位錯(cuò)外，還出現(xiàn)了應(yīng)變誘發(fā)馬氏體，經(jīng)過孕育處理由于降低了馬氏體的碳含量，使誘變馬氏體更易形成且數(shù)量更多。權(quán)利要求1、一種用于奧錳鋼的新型復(fù)合孕育劑，其特征在于所述復(fù)合孕育劑包括V渣、Ti和Zn，用量分別為鋼液重量的2.0％～2.5％、0.02％～0.03％和0.006％～0.008％，其中，鈦元素以鈦鐵形式加入；所述復(fù)合孕育劑分爐內(nèi)和爐外兩步加入爐內(nèi)處理是在調(diào)整鋼液成份的合金化階段加入，加入時(shí)間是在加入錳鐵對(duì)鋼液的錳含量進(jìn)行微調(diào)之后，向熔池中加入V渣；爐外處理是在鋼包中加入鈦鐵和鋅。全文摘要本發(fā)明公開了一種用于奧錳鋼的新型復(fù)合孕育劑，包括V渣、Ti和Zn，用量分別為用量分別為鋼液重量的2.0％～2.5％、0.02％～0.03％和0.006％～0.008％，其中，鈦元素以鈦鐵形式加入；爐內(nèi)處理是在調(diào)整鋼液成份的合金化階段加入，加入時(shí)間是在加入錳鐵對(duì)鋼液的錳含量進(jìn)行微調(diào)之后，向熔池中加入V渣；爐外處理是在鋼包中加入鈦鐵和鋅。采用多元素孕育的優(yōu)點(diǎn)在于碳化物的結(jié)晶核心得到明顯的增加，并使其在奧氏體晶粒以及晶界上分布更均勻，使碳化物變小和增強(qiáng)了生成團(tuán)粒狀的傾向，提高了錳鋼的性能。文檔編號(hào)C21C7/00GK101289724SQ20071010079公開日2008年10月22日申請(qǐng)日期2007年4月19日優(yōu)先權(quán)日2007年4月19日發(fā)明者何義成,張國慶,潔楊,王仲玨,章成希申請(qǐng)人:銅陵市大明瑪鋼有限責(zé)任公司