本發(fā)明涉及一種在半鋼材質(zhì)中加入WC增強(qiáng)顆粒的方法，屬于高性能復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著鋼鐵領(lǐng)域發(fā)展，尤其是高強(qiáng)、超薄等鋼種的崛起，提高軋制行業(yè)主要部件的軋輥耐磨性以及抗熱疲勞性能，提升我國(guó)鋼廠整體軋輥質(zhì)量，降低軋輥消耗量勢(shì)在必行。提高軋輥材料性能單憑加入高合金等傳統(tǒng)方式已不能提高產(chǎn)品性價(jià)比，WC增強(qiáng)顆粒熔點(diǎn)高、硬度大，線膨脹系數(shù)小，具有良好的穩(wěn)定性，如果能利用WC增強(qiáng)顆粒高強(qiáng)度、高耐磨性的性能將使傳統(tǒng)耐磨材料發(fā)生質(zhì)的變化。
如何將WC增強(qiáng)顆粒很好的熔入基體，如何選取基體材料，都是開(kāi)發(fā)顆粒增強(qiáng)材料急需解決的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種在半鋼材質(zhì)中加入WC增強(qiáng)顆粒的方法，以提高軋制行業(yè)軋輥耐磨性以及抗熱疲勞性能，提升軋輥質(zhì)量，降低軋輥消耗量。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
一種在半鋼材質(zhì)中加入WC增強(qiáng)顆粒的方法，包括如下步驟：
步驟A、制備出與半鋼材質(zhì)鋼液密度相近的WC增強(qiáng)顆粒，對(duì)WC增強(qiáng)顆粒進(jìn)行破碎、碾磨使其粒度為1～3mm，然后將WC增強(qiáng)顆粒在100℃下干燥、預(yù)熱待用；
步驟B、在感應(yīng)熔煉爐內(nèi)熔煉半鋼材質(zhì)，在熔煉鋼液達(dá)到設(shè)計(jì)要求后提溫至1550～1650℃，低功率保溫1.5～3min，以提高鋼液內(nèi)部溫度均勻性，保證鋼液表面無(wú)鋼渣；
步驟C、不停電的情況下1min內(nèi)均勻加入3～6％wt的WC增強(qiáng)顆粒，然后大功率送電，電磁攪拌，送電過(guò)程中保證熔煉鋼液溫度不超過(guò)1500℃，攪拌1.5～3min后停電、澆注。
本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：步驟A和步驟B中的半鋼材質(zhì)的合金成分及各合金成分的重量百分含量為：C1.5～1.6％，Si0.9～1.1％，Mn0.9～1.1％，P≤0.05％，S≤0.06％，W+V+Nb≤0.02％，余量為Fe。
本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：W+V+Nb≤0.02中，W、V、Nb可以取其三種、兩種或任意一種。
本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：步驟A中WC增強(qiáng)顆粒是燒結(jié)WC，燒結(jié)WC的制備方法是將C粉和W粉均勻混合后，采用放電等離子燒結(jié)裝置進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1100～1300℃，保溫6～10min，燒結(jié)WC呈疏松結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：WC增強(qiáng)顆粒的密度是7.6～7.8g/cm3。
本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：步驟B中的低功率保溫的低功率為8～12kW。
本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：步驟C中的大功率送電中的大功率為40～60kW。
由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明取得的技術(shù)進(jìn)步是：
本發(fā)明對(duì)基體材料成分、WC增強(qiáng)顆粒的加入方式、加入時(shí)機(jī)及加入后熔解時(shí)間進(jìn)行了研究，針對(duì)顆粒的熔入方式，最終目的是能保證WC增強(qiáng)顆粒能以顆粒的形式鑲嵌在基體中，起到第二相質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)化的作用。本發(fā)明以感應(yīng)熔煉爐為熔煉設(shè)備，通過(guò)爐內(nèi)加入顆粒的方式，利用感應(yīng)熔煉爐自身的磁攪拌功能，使顆粒均勻分布在鋼液內(nèi)部，在加入顆粒后的保溫時(shí)間，一方面使顆粒有足夠的時(shí)間進(jìn)行分布，另一方面不會(huì)使顆粒在高溫鋼液中分解。本方法可以提高材料耐磨性，降低材料合金加入量，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
附圖說(shuō)明
圖1是放大100倍的背散射電子探頭下的掃描電鏡圖片，白色質(zhì)點(diǎn)為顆粒增強(qiáng)相碳化鎢，其他的組織為基體。
具體實(shí)施方式
一種在半鋼材質(zhì)中加入WC增強(qiáng)顆粒的方法，包括如下步驟：
步驟A、制備出與半鋼材質(zhì)鋼液密度相近的WC增強(qiáng)顆粒，對(duì)WC增強(qiáng)顆粒進(jìn)行破碎、碾磨使其粒度為1～3mm，然后將WC增強(qiáng)顆粒在100℃下干燥、預(yù)熱待用；
步驟B、在感應(yīng)熔煉爐內(nèi)熔煉半鋼材質(zhì)，在熔煉鋼液達(dá)到設(shè)計(jì)要求后提溫至1550～1650℃，低功率保溫1.5～3min，提高鋼液內(nèi)部溫度均勻性，保證鋼液表面無(wú)鋼渣；
步驟C、不停電的情況下1min內(nèi)均勻加入3～6％wt的WC增強(qiáng)顆粒，然后大功率送電，電磁攪拌，送電過(guò)程中保證熔煉鋼液溫度不超過(guò)1500℃，攪拌1.5～3min后停電、澆注。
步驟A和步驟B中的半鋼材質(zhì)的合金成分及各合金成分的重量百分含量為：C1.5～1.6％，Si0.9～1.1％，Mn0.9～1.1％，P≤0.05％，S≤0.06％，W+V+Nb≤0.02％，余量為Fe。
W+V+Nb≤0.02％中，由于W、V、Nb為雜質(zhì)元素，影響WC在基體中的分布與熔解，因此可以取其三種、兩種或任意一種，只要三者總量≤0.02％即可。
步驟A中WC增強(qiáng)顆粒是燒結(jié)WC，燒結(jié)WC的制備方法是將C粉和W粉均勻混合后，采用放電等離子燒結(jié)裝置進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1100～1300℃，保溫6～10min，燒結(jié)WC呈疏松結(jié)構(gòu)，這樣制備的WC增強(qiáng)顆粒的密度是7.6～7.8g/cm3，由于鋼液密度是7.8g/cm3左右，因此WC增強(qiáng)顆粒恰好懸浮并均勻分布在半鋼鋼液內(nèi)部中，并以顆粒的形式鑲嵌在基體中。
步驟B中的低功率保溫的低功率為8～12kW，可以確保鋼液不會(huì)因低溫凝固。步驟C中的大功率送電中的大功率為40～60kW，在加入顆粒后的保溫時(shí)間，一方面使顆粒有足夠的時(shí)間進(jìn)行分布，另一方面不會(huì)使顆粒在高溫鋼液中分解。
如圖1所示的掃描電鏡圖片，在放大100倍的情況下，WC增強(qiáng)顆粒很好的熔入基體，以顆粒的形式鑲嵌在基體中，起到第二相質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)化的作用。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明：
實(shí)施例1
以廢鋼為原料，利用100～200Kg熔煉爐進(jìn)行熔煉，成分達(dá)到半鋼基體組分：C1.5％，Si0.9％，Mn0.9％，P≤0.05％，S≤0.06％，W+V+Nb≤0.02％和Fe余量的標(biāo)準(zhǔn)成分后，將鋼液溫度加熱到1600℃，10kW低功率送電保溫2min后保證鋼液表面無(wú)鋼渣，然后在不停電的情況下1min內(nèi)均勻加入WC增強(qiáng)顆粒，WC增強(qiáng)顆粒加入量為鋼液的5％wt，然后50kW大功率送電，加顆粒結(jié)束后送電過(guò)程中鋼液溫度保持在1500℃保溫并電磁攪拌2min，攪拌保溫后停電、出爐、澆注。
WC增強(qiáng)顆粒是燒結(jié)WC，燒結(jié)WC的制備方法是將C粉和W粉均勻混合后，采用放電等離子燒結(jié)裝置進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1100～1300℃，保溫6～10min，燒結(jié)WC呈疏松結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例2
本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別為：以廢鋼為原料，利用100～200Kg熔煉爐進(jìn)行熔煉，成分達(dá)到半鋼基體組分：C1.53％，Si0.95％，Mn0.95％，P≤0.05％，S≤0.05％，W+V+Nb≤0.02％和Fe余量的標(biāo)準(zhǔn)成分后，將鋼液溫度加熱到1550℃，8kW低功率送電保溫1.5min后保證鋼液表面無(wú)鋼渣，然后在不停電的情況下1min內(nèi)均勻加入WC增強(qiáng)顆粒，WC增強(qiáng)顆粒加入量為鋼液的3％wt，然后40kW大功率送電，加顆粒結(jié)束后送電過(guò)程中鋼液溫度保持在1490℃保溫并電磁攪拌1.5min，攪拌保溫后停電、出爐、澆注。
實(shí)施例3
本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別為：以廢鋼為原料，利用100～200Kg熔煉爐進(jìn)行熔煉，成分達(dá)到半鋼基體組分：C1.58％，Si1.0％，Mn1.0％，P≤0.05％，S≤0.06％，W+V+Nb≤0.02％和Fe余量的標(biāo)準(zhǔn)成分后，將鋼液溫度加熱到1610℃，9kW低功率送電保溫2.5min后保證鋼液表面無(wú)鋼渣，然后在不停電的情況下1min內(nèi)均勻加入WC增強(qiáng)顆粒，WC增強(qiáng)顆粒加入量為鋼液的4％wt，然后45kW大功率送電，加顆粒結(jié)束后送電過(guò)程中鋼液溫度保持在1480℃保溫并電磁攪拌2.5min，攪拌保溫后停電、出爐、澆注。
實(shí)施例4
本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別為：以廢鋼為原料，利用100～200Kg熔煉爐進(jìn)行熔煉，成分達(dá)到半鋼基體組分：C1.54％，Si1.05％，Mn1.06％，P≤0.05％，S≤0.06％，W+V+Nb≤0.02％和Fe余量的標(biāo)準(zhǔn)成分后，將鋼液溫度加熱到1620℃，11kW低功率送電保溫2.5min后保證鋼液表面無(wú)鋼渣，然后在不停電的情況下1min內(nèi)均勻加入WC增強(qiáng)顆粒，WC增強(qiáng)顆粒加入量為鋼液的4.5％wt，然后55kW大功率送電，加顆粒結(jié)束后送電過(guò)程中鋼液溫度保持在1495℃保溫并電磁攪拌3min，攪拌保溫后停電、出爐、澆注。
實(shí)施例5
本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別為：以廢鋼為原料，利用100～200Kg熔煉爐進(jìn)行熔煉，成分達(dá)到半鋼基體組分：C1.6％，Si1.1％，Mn1.1％，P≤0.05％，S≤0.06％，W+V+Nb≤0.02％和Fe余量的標(biāo)準(zhǔn)成分后，將鋼液溫度加熱到1620℃，11kW低功率送電保溫3min后保證鋼液表面無(wú)鋼渣，然后在不停電的情況下1min內(nèi)均勻加入WC增強(qiáng)顆粒，WC增強(qiáng)顆粒加入量為鋼液的6％wt，然后60kW大功率送電，加顆粒結(jié)束后送電過(guò)程中鋼液溫度保持在1500℃保溫并電磁攪拌3min，攪拌保溫后停電、出爐、澆注。
實(shí)施例6
本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別為：以廢鋼為原料，利用100～200Kg熔煉爐進(jìn)行熔煉，成分達(dá)到半鋼基體組分：C1.59％，Si1.08％，Mn1.06％，P≤0.05％，S≤0.06％，W+V+Nb≤0.02％和Fe余量的標(biāo)準(zhǔn)成分后，將鋼液溫度加熱到1600℃，11.5kW低功率送電保溫2.6min后保證鋼液表面無(wú)鋼渣，然后在不停電的情況下1min內(nèi)均勻加入WC增強(qiáng)顆粒，WC增強(qiáng)顆粒加入量為鋼液的5.5％wt，然后55kW大功率送電，加顆粒結(jié)束后送電過(guò)程中鋼液溫度保持在1498℃保溫并電磁攪拌3min，攪拌保溫后停電、出爐、澆注。
實(shí)施例7
實(shí)施例7為對(duì)照例，半鋼材質(zhì)中不加入WC增強(qiáng)顆粒。
取實(shí)施例1～實(shí)施例7產(chǎn)品進(jìn)行試樣拉伸力學(xué)性能檢測(cè)，性能檢測(cè)執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1503-2008.檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。
表1實(shí)施例產(chǎn)品拉伸力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果
通過(guò)對(duì)增強(qiáng)顆粒的試樣(實(shí)施例1～6)與未加入顆粒試樣(實(shí)施例7)進(jìn)行性能對(duì)比，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，加入顆粒試樣的試樣硬度比未加入顆粒試樣的硬度提高1.5倍，而對(duì)于耐磨性，加入顆粒的試樣是未加入顆粒樣的3倍以上，使用壽命(冷熱疲勞)提高4倍左右，使用壽命大大提高。
根據(jù)性能檢測(cè)結(jié)果，加入顆粒的半鋼軋輥材料在使用壽命上相對(duì)于未加入顆粒的半鋼軋輥材料大大提高，能更好地應(yīng)用于市場(chǎng)需求。