專利名稱：一種轉(zhuǎn)爐煉鋼出鋼水口擴(kuò)孔器金屬陶瓷刀頭材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)爐煉鋼出鋼水口擴(kuò)孔器金屬陶瓷刀頭材料。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)爐煉鋼存在出鋼水的問題，即是在煉鋼過程中出鋼水時(shí)，需要把轉(zhuǎn)爐傾斜到 45°，讓鋼水從出鋼水口中流出。出鋼水口是用高強(qiáng)耐火材料壓制的，每出一次鋼水都受到鋼水的沖刷和化學(xué)腐蝕，孔就會(huì)形成不規(guī)則的擴(kuò)大，約出80—120次鋼水，耐火材料水口內(nèi)孔就由原來的Φ 150變成Φ200 了，如繼續(xù)使用，鋼渣就會(huì)同鋼水一起流出來了，嚴(yán)重影響鋼水的質(zhì)量。因此，此時(shí)就必須在拆爐機(jī)上裝上擴(kuò)孔器，把廢水口鉆掉，再換上一個(gè)新水口繼續(xù)使用。所以，煉鋼廠轉(zhuǎn)爐更換出鋼口，必須用擴(kuò)孔器打孔就成為一項(xiàng)不可缺少的正常工序。現(xiàn)有的出鋼水口存在以下特點(diǎn)⑴煉鋼溫度高大轉(zhuǎn)爐多煉特種合金鋼，溫度在1530— 1670°C左右，對(duì)擴(kuò)孔器刀頭的耐高溫的紅硬性要求高；⑵爐壁厚，行程長(zhǎng)大型轉(zhuǎn)爐爐壁多在1600mm—2200mm范圍內(nèi)，也就是擴(kuò)孔器擴(kuò)孔原來在高溫下行程只有一米長(zhǎng)，而現(xiàn)在要行程2米長(zhǎng)，對(duì)擴(kuò)孔器刀頭的強(qiáng)度和性能提出了更高要求；⑶出鋼水口耐火材料成份及加工方法存在變化原水口的耐火材料除氧化鎂和石墨碳質(zhì)外，現(xiàn)在又添加了三氧化二鋁、碳化硅、氮化硼、金屬Cr等難溶化合物，同時(shí)加工方法由原來普通壓制改為等靜壓。水口的密度、強(qiáng)度、硬度都提高了，給擴(kuò)孔器刀頭的耐磨性能都提出了更高的要求?，F(xiàn)有的刀頭采用合金工具鋼的耐高溫只能在400°C起作用，若采用硬質(zhì)合金在500°C工作，性能基本不變， 而到800°C強(qiáng)度下降一半，在100(TC時(shí)強(qiáng)度只有四分之一，都不能適應(yīng)大型轉(zhuǎn)爐擴(kuò)孔器在 1000-1200°C高溫的技術(shù)要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述技術(shù)而提出一種轉(zhuǎn)爐煉鋼出鋼水口擴(kuò)孔器金屬陶瓷刀頭材料， 其具有耐磨性、高溫硬度、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)大型轉(zhuǎn)爐擴(kuò)孔器在1000-1200°C高溫的技術(shù)要求。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案一種轉(zhuǎn)爐煉鋼出鋼水口擴(kuò)孔器金屬陶瓷刀頭材料，其特征在于所述的金屬陶瓷刀頭材料包含的組分及其質(zhì)量百分含量為
TiC 42-48%, WC 28-32%，NbC 1-2%, TaC 1-2%, Ni 6-9%, Co 6-8%, Cr 3-5%, Mo 3-5%，Y 0. 5_1%。按上述方案，所述的金屬陶瓷刀頭材料包含的組分及其質(zhì)量百分含量最佳配比為
TiC 45%, WC 29%, NbC 1%，TaC 2%, Ni 8%, Co 7%, Cr 4%, Mo 3%, Y 1%。下面具體對(duì)本發(fā)明選用的材料進(jìn)行說明
1)本發(fā)明選用Co、Ni、Mo、Cr四種金屬作為本發(fā)明材料的粘結(jié)相，主要是基于如下幾點(diǎn)要求
3①選用Co相，因?yàn)閃C、TiC、TaC、NbC等難溶金屬碳化物在Co相中的濕潤(rùn)角為最大，特別是在含C條件下Co相在1000°C左右開始了出現(xiàn)液相，在1400°C左右這些難溶金屬碳化物能充分實(shí)現(xiàn)在Co溶液中溶解析出過程，從而達(dá)到多金屬原子之間充分共晶；
②少量增加Ni相和Cr相，是為了提高金屬陶瓷刀頭在1000°C以上高溫下確保刀頭的抗氧化、耐腐蝕性能，保持金屬陶瓷刀頭在1000°C高溫時(shí)，表面不過快氧化和良好的機(jī)械物理性能；
③極少量增加Mo相，在含C氣氛下少量Mo相在1350°C以上完全溶解到Co相中，并在金屬陶瓷的快速冷卻過程中來不及析出而與Co相、Ni相、Cr相形成共晶混合相，而Ni相的耐高溫性能使本來對(duì)高溫沒有優(yōu)勢(shì)的Co相和M相起了很大的作用，使得混合相的高溫度必然能保持其固有的常溫下的物理性能，從而大幅度提高金屬陶瓷刀頭的高溫下的恒韌性，得以保持金屬陶瓷刀頭在1000°C—1200°C高溫下應(yīng)有的強(qiáng)度和硬度；
2)本發(fā)明選用WC、TiC為金屬陶瓷刀頭的主要硬質(zhì)相，是因?yàn)榻饘偬沾傻额^切削的對(duì)象是鋼渣和高強(qiáng)耐火材料，因此必須選用W—Co — Ti共晶合金，而W_C_Ti共晶合金的共晶濕度比單純的W—Co共晶合金共晶溫度高出150°C左右，其特有的性能決定W_C_Ti共晶合金比Co—W共晶合金的耐高溫性能要優(yōu)越很多；
選用碳化鈦為主要比例的硬質(zhì)相，還是因?yàn)門iC的性能更優(yōu)于WC。TiC的熔點(diǎn)3250°C (高于WC，2630°C)，密度只有WC的1/3。抗氧化性能優(yōu)于碳化鎢，而且都能被Co潤(rùn)濕。以碳化鎢為主的產(chǎn)品耐熱性為600°C，到了 800°C強(qiáng)度就下降一半。以TiC為主要原料，對(duì)于提高產(chǎn)品的紅硬性，耐磨性，使用溫度可達(dá)1000-1200°C。 但WC-TiC有一個(gè)范圍相當(dāng)寬的碳量均相區(qū)，加入TiC后，產(chǎn)品的抗彎強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度有所降低。為此采用以Co、Ni、Mo、Cr四種元素為粘結(jié)相，以Y元素為添加劑，可以有效提高產(chǎn)品的強(qiáng)度，滿足M00-2600 (N/mm2)的要求，從而使產(chǎn)品既達(dá)到耐高溫、耐磨的良好性能，又保持了較高的強(qiáng)度和韌性。3)本發(fā)明選用TaC、NbC作為少量硬質(zhì)相，是將保持TaC、NbC這金屬陶瓷制造過程中比WC、TiC提前溶入粘結(jié)相的相液中，并持續(xù)保持一定的飽和度，阻礙WC、TiC等硬質(zhì)相在粘結(jié)相中的溶解和析出，從而控制WC、TiC硬質(zhì)相在共晶過程中不出現(xiàn)晶粒漲粗，這樣就保持了金屬陶瓷刀頭的晶粒均勻性，保持其高硬度要求；
同時(shí)，TaC特別是NbC在金屬陶瓷制造過程中，因其特有的個(gè)性，在一定程度上提高了 W-Co-Ti共晶溫度，無形中又提高了金屬陶瓷高溫下的恒韌性；
4)添加劑Y元素在金屬陶瓷過程中極少量地添加金屬釔粉，主要是因?yàn)楸景l(fā)明的金屬陶瓷材料使用混合粘結(jié)相元素過多，在使用釔粉作為添加劑后，能促進(jìn)多種粘結(jié)相均勻固熔，并改變整個(gè)金屬陶瓷晶格常數(shù)，保持金屬陶瓷晶粒均勻、充分共晶。由于本發(fā)明采取如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性
采用本發(fā)明的金屬陶瓷刀頭材料制備的刀頭在600°C以前，基本不發(fā)生任何性能變化， 在600-1200°C其物理性能只發(fā)生輕微的變化，仍然保持著較好的物理機(jī)械性能只發(fā)生輕微的變化，仍然保持著較好的物理機(jī)械性能，在1200°C左右，仍然達(dá)到如下物理性能硬度 HRA 彡 89. 5，抗彎強(qiáng)度 N/mm2 彡 2300，比重 9. 17g/cm3。


圖1為本發(fā)明的轉(zhuǎn)爐煉鋼出鋼水口擴(kuò)孔器金屬陶瓷刀頭的抗彎強(qiáng)度與溫度變化曲線圖2為本發(fā)明的轉(zhuǎn)爐煉鋼出鋼水口擴(kuò)孔器金屬陶瓷刀頭的硬度與溫度變化曲線圖； 圖3為本發(fā)明的轉(zhuǎn)爐煉鋼出鋼水口擴(kuò)孔器金屬陶瓷刀頭的比重與溫度變化曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但是該說明不會(huì)構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。實(shí)施例1
一種轉(zhuǎn)爐煉鋼出鋼水口擴(kuò)孔器金屬陶瓷刀頭材料，所述的金屬陶瓷刀頭材料的包含的組分及其質(zhì)量百分含量為
TiC 45%, WC29%, NbCl%, TaC2%, Ni8%, Co7%, Cr4%, Mo 3%, Y 1%，其中 TiC, WC, NbC 和 TaC作為硬質(zhì)相，Ni, Co, Cr和Mo作為粘結(jié)相，Y作為添加劑。1、混合料的制取
按上述選取的物料進(jìn)行配料-球磨-干燥-噴霧制粒；其中球磨時(shí)間為72h，球磨介質(zhì)為無水酒精，TiC、NbC 和 TaC 粒度大小 1. 2-1. 8Mm, WC 4. 0-6. OMm, Ni、Co、Cr4%、Mo 和 Y 1. 0-1. 5Mm，干燥時(shí)間為16h，干燥溫度為150°C左右；
2、壓制成型
采用雙向浮動(dòng)壓制-產(chǎn)品干燥，即得到半成品；其中雙向浮動(dòng)壓制是采用315噸壓力機(jī)，干燥時(shí)間為濁，干燥溫度為300°C ；
3、熱加工、成品檢查
真空低壓燒結(jié)-加壓燒結(jié)-成品表面處理-成品檢查-入庫。其中加壓燒結(jié)采用2個(gè)大氣壓，燒結(jié)溫度為1420-1480°C。上述制備工藝均采用現(xiàn)有粉末冶金的方法，在此不再詳細(xì)描述。需要說明的是在壓制成型步驟，為保證壓制的密度，采取雙向浮動(dòng)壓制，使壓制品受力整個(gè)部位均勻。在真空低壓燒結(jié)步驟，需要在1420-1480°C高真空、低壓熱等靜壓氣氛，達(dá)到碳平衡，進(jìn)行液相燒結(jié)，使產(chǎn)品合金化。產(chǎn)品經(jīng)各道工序處理后，必須進(jìn)行物理機(jī)械性能的檢查，硬度、強(qiáng)度、密度和磁力等；用高倍顯微鏡對(duì)合金組織機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查。經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明的轉(zhuǎn)爐煉鋼出鋼水口擴(kuò)孔器金屬陶瓷刀頭，其技術(shù)性能指數(shù)如下， 硬度 HRA 91. 5，抗彎強(qiáng)度 N/mm2 2600-2800,
比重9. 20g/cm3，磁力3. 5，抗高溫性能1000-1200°C。如圖1-3所示，可以看出，金屬陶瓷刀頭在600°C以前，基本不發(fā)生任何性能變化， 在600°C — 1200°C中其物理性能只發(fā)生輕微的變化，依然保持著較好的物理機(jī)械性能，在 1200°C左右，仍然達(dá)到如下物理性能
硬度 HRA 89. 5-90. 5，抗彎強(qiáng)度 N/mm2 2300-2500， 比重 9. 17g/cm3。其具體數(shù)據(jù)參見下表
擴(kuò)孔器金屬陶瓷刀頭的高溫機(jī)械物理性能表
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)爐煉鋼出鋼水口擴(kuò)孔器金屬陶瓷刀頭材料，其特征在于所述的金屬陶瓷刀頭材料包含的組分及其質(zhì)量百分含量為TiC 42-48%, WC 28-32%，NbC 1-2%, TaC 1-2%, Ni 6-9%, Co 6-8%, Cr 3-5%, Mo 3-5%，Y 0.5_1%。
2.按權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)爐煉鋼出鋼水口擴(kuò)孔器金屬陶瓷刀頭材料，其特征在于所述的金屬陶瓷刀頭材料包含的組分及其質(zhì)量百分含量配比為TiC 45%, WC 29%, NbC 1%，TaC 2%, Ni 8%, Co 7%, Cr 4%, Mo 3%, Y 1%。
全文摘要
本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)爐煉鋼出鋼水口擴(kuò)孔器金屬陶瓷刀頭材料，所述的金屬陶瓷刀頭材料包含的組分及其質(zhì)量百分含量為TiC42-48%，WC28-32%，NbC1-2%，TaC1-2%，Ni6-9%，Co6-8%，Cr3-5%，Mo3-5%，Y0.5-1%。本發(fā)明具有如下優(yōu)越性本發(fā)明的金屬陶瓷刀頭材料制備的刀頭在600℃以前，基本不發(fā)生任何性能變化，在600-1200℃其物理性能只發(fā)生輕微的變化，仍然保持著較好的物理機(jī)械性能只發(fā)生輕微的變化，仍然保持著較好的物理機(jī)械性能，在1200℃，仍然達(dá)到如下物理性能硬度HRA≥89.5，抗彎強(qiáng)度N/mm2≥2300，比重9.20g/cm3。
文檔編號(hào)C22C29/06GK102220531SQ20111014328
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者黃強(qiáng), 黃玉叔 申請(qǐng)人:武漢新科冶金設(shè)備制造有限公司, 黃玉叔