CN109957702A - 高硬度、高韧性掘进机刀圈用钢zw552的制备方法 - Google Patents

高硬度、高韧性掘进机刀圈用钢zw552的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109957702A
CN109957702A CN201910167368.XA CN201910167368A CN109957702A CN 109957702 A CN109957702 A CN 109957702A CN 201910167368 A CN201910167368 A CN 201910167368A CN 109957702 A CN109957702 A CN 109957702A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
furnace
preparation
argon gas
slag
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910167368.XA
Other languages
English (en)
Inventor
曹立军
刘道献
赵伟东
董占坤
张长春
蒋大鹏
陈海桐
邵智勇
刘海坤
潘成明
关海龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TANGSHAN ZWELL TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
TANGSHAN ZWELL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TANGSHAN ZWELL TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical TANGSHAN ZWELL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN201910167368.XA priority Critical patent/CN109957702A/zh
Publication of CN109957702A publication Critical patent/CN109957702A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/0056—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00 using cored wires
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/06—Deoxidising, e.g. killing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/10—Handling in a vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26—Methods of annealing
    • C21D1/32—Soft annealing, e.g. spheroidising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/005—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/16—Remelting metals
    • C22B9/18—Electroslag remelting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/04—Making ferrous alloys by melting
    • C22C33/06—Making ferrous alloys by melting using master alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/20—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/24—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/26—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with niobium or tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/28—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with titanium or zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/46—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高硬度、高韧性掘进机刀圈用钢ZW552的制备方法，包括电炉冶炼、LF炉精炼、VD精炼、浇铸电极坯、电极坯退火、电渣重熔、高温均质化处理、锻造、超细化处理、球化退火处理等步骤。通过对制备方法的改进结合组分含量的改变，使得大幅提高刀圈使用硬度的同时，不降低韧性，以满足高硬度、高韧性、高耐磨性、使用条件苛刻等性能要求。

Description

高硬度、高韧性掘进机刀圈用钢ZW552的制备方法
技术领域
本发明属于钢合金领域，具体涉及一种高硬度、高韧性掘进机刀圈用钢ZW552的制备方法。
背景技术
掘进机刀圈作为盾构机工作部分的易损件，其成本约占隧道施工费的三分之一。目前，主流掘进机刀圈材料主要为H13(4Cr5MoSiV1)基础上增加百分之十碳含量的衍生钢种，且生产流程主要为直接拔长或镦拔方式，成分与生产流程差异导致强度与韧性不能满足硬质岩层的工作，使用寿命达不到高端刀具要求，造成成本和效率的浪费。通过提高C、Mo等元素含量，降低Si、V含量，并添加微量元素Nb，同时控制残余元素Ti。并进行电渣重熔、高温均质化处理、三维锻造、超细化处理、球化退火等，提高材料强度、硬度、韧性的同时，改善等向性，解决以上技术问题，可应用于高端掘进机刀圈。
发明内容
本发明通过提出一种高硬度、高韧性掘进机刀圈用钢ZW552的制备方法。
其中ZW552为本发明钢的牌号名称。
采用成分优化设计、合理设计微观结构及所述的制备方法，高温扩散技术、特殊的锻造技术、超细化处理技术、球化退火技术的应用，有效改善大块状液析碳化物、带状组织及球化组织均匀性、二次碳化物形态及分布均匀性及C、合金含量，为淬火提供良好的预备组织，从而提高钢硬度的同时，韧性无明显变化，解决背景技术存在的上述问题。
具体通过如下技术手段实现：
(1)电炉冶炼，按照掘进机刀圈用钢ZW552组分含量进行废钢和合金料的配料，在电炉中熔化冶炼，温度为1635～1655℃时氧化扒渣，扒渣后加入硅铁合金、石灰和萤石，出钢温度为1645～1675℃，出钢过程中加铝进行脱氧；出钢后在线喂铝线，喂铝量1m/t，喂线速度≥120m/min。
其中所述高硬度、高韧性掘进机刀圈用钢ZW552的化学成分按质量百分比含量计为：C 0.45-0.55％，Si≤0.30％，Mn 0.30-0.50％，Cr 4.80-5.50％，Mo 2.00-2.40％，V0.50-0.70％，Nb 0.005-0.080％，P≤0.015％，S≤0.003％，Ni≤0.020％，Cu≤0.010％，Ti≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
(2)LF炉精炼，入LF炉后接通氩气，氩气压力0.6-0.9Mpa，随后送电升温，加入石灰和萤石调整炉渣流动性，采用碳粉和铝粒扩散脱氧，加热保温时间为10～20min，渣白后取样分析，白渣保持时间为30～50min，取样分析完毕后根据分析结果进行成分微调，LF炉出钢温度为1675～1685℃；
(3)VD精炼，钢包到位后喂硅钙线，喂线量1.2m/t，随后抽真空，极限真空度＜67Pa，保持该极限真空度16～35min，破真空后取样分析，成分合格后软吹入氩气至吊包，软吹氩气的时间为15～30min，吊包温度为1545～1565℃；
(4)浇铸电极坯，预热锭模为150～250℃，然后对锭模充入氩气，每个锭盘充氩气时间为3～5min，然后撤出氩气管，用盖子将锭模盖好后进行浇铸，浇铸全过程采用加挂石棉布的氩气保护浇铸件进行保护，氩气保护流量为18～28m3/h，浇铸时间为4～8min，电极坯直径为450～530mm，3～5h后脱模；
(5)电极坯退火，退火温度710～760℃，保温时间1～1.5min/mm，炉冷至300～350℃后出炉；
(6)电渣重熔，采用步骤(5)得到的电极坯，表面清理磨光，采用氟化钙(CaF2)、氧化铝(Al2O3)和氧化钙(CaO)三元渣系进行冶炼，电渣冶炼稳态阶段的起点熔速值为7～9kg/min，终点熔速值为5.0～6.0kg/min，得到电渣锭，然后停电炉冷80～120min后送锻造工序；
(7)高温均质化处理，将步骤(6)得到的电渣锭加热至1270～1300℃，保温25～35h进行高温均质化处理；
(8)锻造，步骤(7)处理过的电渣锭温度降至1200～1240℃保温2～3h，进行X、Y和Z三个方向的墩粗后再次拔长至最终尺寸，开锻温度1050～1150℃，终锻温度850-900℃；其中所述X、Y和Z三个方向即为长、宽和高三个方向；
(9)超细化处理，将步骤(8)锻后的工件进行控冷操作，冷却至表面400～500℃，冷却速度为15～45℃/min，然后重新加热至1050～1100℃的固溶温度，保温5～12h，然后采用水空交替的控时冷却方式继续进行冷却，最终冷却至芯部450±50℃后出水空冷；
(10)球化退火，将步骤(9)得到的半成品在250～350℃装炉，并升温至820～870℃，保温8～20h，再随炉缓慢冷却至700～750℃，保温15～30h，随炉缓冷至350～450℃出炉空冷至室温。
用于对产品进行性能检验，在步骤(10)后取样继续进行如下步骤：
将步骤(10)得到的成品在中心取10*10*55mm冲击试样及Φ10mm拉伸试样(非保护气氛炉需预留适当余量)，在1020～1040℃进行奥氏体化，保温20～40min，油冷，然后在200～250℃的温度下至少回火2次，每次回火的时间为2～2.5h，使得最终回火硬度≥56HRC，然后将得到的试样毛坯精加工至10*10*55mm的冲击试样及Φ10mm的拉伸试样，分别进行室温U型缺口冲击及拉伸试验。
作为优选，所述电极冶炼电渣锭直径为625mm，重量3.5～4.6t。
作为优选，步骤(6)的所述三元渣系中CaF2∶Al2O3∶CaO为：(38.5～42.5％)∶(27.5～32.5％)∶(27.5～32.5％)。
作为优选，步骤(6)中的渣量为152～182kg。
作为优选，步骤(6)中渣料使用前在700～750℃烘烤6～8小时。
本发明的效果在于：
1，采用电炉炼钢、LF炉外精炼、VD真空脱氧除杂，氩气保护浇铸，电渣二次重熔，并且具体控制各个步骤的具体参数(如出钢温度的设定、吊包温度的设定、白渣保持时间，吹氩时间等等)，使得得到氧含量低至13ppm，A、B、C、D类夹杂物粗系、细系之和分别≤1.0级的高洁净钢锭。
2，通过设计电渣锭高温、长时间的均质化处理，结合三维锻造，超细化处理及球化退火，以及合理设计各个步骤的具体参数以及各个步骤之间参数的有效匹配，有效提高钢的均匀性，改善各向异性，横、纵向无缺口冲击功之比(等向性)≥0.90。
3，通过合理设计试样淬火和回火步骤和具体参数，并且设计最终淬回火处理硬度，使得工件经淬回火处理硬度达到56HRC以上，U型缺口冲击功≥20J，抗拉强度≥2000MPa。
附图说明
图1本发明制备方法流程图。
具体实施方式
实施例1
高硬度、高韧性掘进机刀圈用钢ZW552的制备方法，所述钢化学成分按质量百分比含量计为：C 0.48％，Si 0.26％，Mn 0.38％，Cr 5.12％，Mo 2.31％，V 0.58％，Nb0.011％，P 0.010％，S 0.0009％，Ni 0.010％，Cu 0.005％，Ti 0.004％，余量为Fe和不可避免的杂质；
包括如下步骤：
(1)电炉冶炼，按照掘进机刀圈用钢ZW552组分含量进行废钢和合金料的配料，在电炉中熔化冶炼，温度为1636℃时氧化扒渣，扒渣后加入硅铁合金、石灰、萤石，出钢温度为1655℃，出钢过程中加铝进行脱氧；出钢后在线喂铝线，喂铝量1m/t，喂线速度125m/min。
(2)LF炉精炼，入LF炉后接通氩气，氩气压力0.7Mpa，随后送电升温，加入石灰和萤石调整炉渣流动性，采用碳粉和铝粒扩散脱氧，加热保温时间为18min，渣白后取样分析，白渣保持时间为35min，取样分析完毕后根据分析结果进行成分微调，LF炉出钢温度为1683℃；
(3)VD精炼，钢包到位后喂硅钙线，喂线量1.2m/t，随后抽真空，极限真空度＜67Pa，保持该极限真空度20min，破真空后取样分析，成分合格后软吹入氩气至吊包，软吹氩气的时间为20min，吊包温度为1560℃；
(4)浇铸电极坯，预热锭模为180℃，然后对锭模充入氩气，每个锭盘充氩气时间为3min，然后撤出氩气管，用盖子将锭模盖好后进行浇铸，浇铸全过程采用加挂石棉布的氩气保护浇铸件进行保护，氩气保护流量为20m3/h，浇铸时间为4min，电极坯直径为450mm，3h后脱模；
(5)电极坯退火，退火温度740℃，保温时间540min，炉冷至350℃出炉；
(6)电渣重熔，采用步骤(5)得到的电极坯，表面清理磨光，采用氟化钙、氧化铝和氧化钙三元渣系进行冶炼，电渣冶炼稳态阶段的起点熔速值为8kg/min，终点熔速值为6kg/min，得到Φ625mm电渣锭，然后停电炉冷90min后送锻造工序；
(7)高温均质化处理，将步骤(6)得到的电渣锭加热至1285℃，保温30h进行高温均质化处理；
(8)锻造，步骤(7)处理过的电渣锭温度降至1200℃保温2h，进行X、Y和Z三个方向(即长、宽和高三个方向)的墩粗后再次拔长至最终尺寸，开锻温度1100℃，终锻温度862℃；
(9)超细化处理，将步骤(8)锻后的工件进行风冷操作，冷却至表面450℃，冷却速度为30℃/min，然后重新加热至1060℃的固溶温度，保温12h，然后采用水空交替的控时冷却方式继续进行冷却，最终冷却至芯部450℃后出水空冷；
(10)球化退火，将步骤(9)得到的半成品在300℃装炉，并升温至860℃，保温12h，再随炉缓慢冷却至730℃，保温16h，随炉缓冷至350℃出炉空冷至室温。
(11)淬火，将步骤(10)得到的成品在中心取10*10*55mm冲击试样及Φ10mm拉伸试样，在1025℃进行奥氏体化，保温30min，出炉快速油冷至室温。
(12)回火，将步骤(11)淬火后得到的冲击及拉伸试样置入回火炉中，加热至220℃，保温时间120min，然后空冷至室温。
(13)二次回火，重复步骤(12)的回火方式，进行硬度检测，使得冲击试样及拉伸试样最终硬度达到56～60HRC后进行性能检测。
所述电极冶炼电渣锭直径为625mm，重量4.2t。
步骤(6)的所述三元渣系中CaF2∶Al2O3∶CaO为：40％∶30％∶30％。
步骤(6)中的渣量为180kg。
步骤(6)中渣料使用前在750℃烘烤6小时。
实施例2
高硬度、高韧性掘进机刀圈用钢ZW552的制备方法，所述钢化学成分按质量百分比含量计为：C 0.50％，Si 0.23％，Mn 0.39％，Cr 5.10％，Mo 2.26％，V 0.57％，Nb0.009％，P 0.010％，S 0.0007％，Ni 0.010％，Cu 0.005％，Ti 0.003％，余量为Fe和不可避免的杂质；
包括如下步骤：
(1)电炉冶炼，按照掘进机刀圈用钢ZW552组分含量进行废钢和合金料的配料，在电炉中熔化冶炼，温度为1642℃时氧化扒渣，扒渣后加入硅铁合金、石灰、萤石，出钢温度为1659℃，出钢过程中加铝进行脱氧；出钢后在线喂铝线，喂铝量1m/t，喂线速度122m/min。
(2)LF炉精炼，入LF炉后接通氩气，氩气压力0.7Mpa，随后送电升温，加入石灰和萤石调整炉渣流动性，采用碳粉和铝粒扩散脱氧，加热保温时间为19min，渣白后取样分析，白渣保持时间为33min，取样分析完毕后根据分析结果进行成分微调，LF炉出钢温度为1682℃；
(3)VD精炼，钢包到位后喂硅钙线，喂线量1.2m/t，随后抽真空，极限真空度＜67Pa，保持该极限真空度22min，破真空后取样分析，成分合格后软吹入氩气至吊包，软吹氩气的时间为25min，吊包温度为1563℃；
(4)浇铸电极坯，预热锭模为200℃，然后对锭模充入氩气，每个锭盘充氩气时间为4min，然后撤出氩气管，用盖子将锭模盖好后进行浇铸，浇铸全过程采用加挂石棉布的氩气保护浇铸件进行保护，氩气保护流量为22m3/h，浇铸时间为5min，电极坯直径为450mm，3h后脱模；
(5)电极坯退火，退火温度740℃，保温时间540min，炉冷至350℃出炉；
(6)电渣重熔，采用步骤(5)得到的电极坯，表面清理磨光，采用氟化钙、氧化铝和氧化钙三元渣系进行冶炼，电渣冶炼稳态阶段的起点熔速值为7.5kg/min，终点熔速值为6kg/min，得到Φ625mm电渣锭，然后停电炉冷90min后送锻造工序；
(7)高温均质化处理，将步骤(6)得到的电渣锭加热至1290℃，保温30h进行高温均质化处理；
(8)锻造，步骤(7)处理过的电渣锭温度降至1200℃保温2h，进行X、Y和Z三个方向(即长、宽和高三个方向)的墩粗后再次拔长至最终尺寸，开锻温度1080℃，终锻温度870℃；
(9)超细化处理，将步骤(8)锻后的工件进行风冷操作，冷却至440℃，冷却速度为28℃/min，然后重新加热至1055℃的固溶温度，保温10h，然后采用水空交替的控时冷却方式继续进行冷却，最终冷却至芯部420℃后出水空冷；
(10)球化退火，将步骤(9)得到的半成品在280℃装炉，并升温至860℃，保温10h，再随炉缓慢冷却至720℃，保温15h，随炉缓冷至370℃出炉空冷至室温。
(11)淬火，将步骤(10)得到的成品在中心取10*10*55mm冲击试样及Φ10mm拉伸试样，在1025℃进行奥氏体化，保温30min，出炉快速油冷至室温。
(12)回火，将步骤(11)淬火后得到的冲击及拉伸试样置入回火炉中，加热至220℃，保温时间120min，然后空冷至室温。
(13)二次回火，重复步骤(12)的回火方式，进行硬度检测，使得冲击试样及拉伸试样最终硬度达到56～60HRC后进行性能检测。
所述电极冶炼电渣锭直径为625mm，重量3.7t。
步骤(6)的所述三元渣系中CaF2∶Al2O3∶CaO为：41.5％∶28.5％∶30％。
步骤(6)中的渣量为168kg。
步骤(6)中渣料使用前在750℃烘烤7小时。
实施例3
高硬度、高韧性掘进机刀圈用钢ZW552的制备方法，所述钢化学成分按质量百分比含量计为：C 0.51％，Si 0.20％，Mn 0.37％，Cr 5.13％，Mo 2.32％，V 0.60％，Nb0.008％，P 0.011％，S 0.0010％，Ni 0.010％，Cu 0.005％，Ti 0.003％，余量为Fe和不可避免的杂质；
包括如下步骤：
(1)电炉冶炼，按照掘进机刀圈用钢ZW552组分含量进行废钢和合金料的配料，在电炉中熔化冶炼，温度为1636℃时氧化扒渣，扒渣后加入硅铁合金、石灰、萤石，出钢温度为1650℃，出钢过程中加铝进行脱氧；出钢后在线喂铝线，喂铝量1m/t，喂线速度125m/min。
(2)LF炉精炼，入LF炉后接通氩气，氩气压力0.6Mpa，随后送电升温，加入石灰和萤石调整炉渣流动性，采用碳粉和铝粒扩散脱氧，加热保温时间为19min，渣白后取样分析，白渣保持时间为36min，取样分析完毕后根据分析结果进行成分微调，LF炉出钢温度为1680℃；
(3)VD精炼，钢包到位后喂硅钙线，喂线量1.2m/t，随后抽真空，极限真空度＜67Pa，保持该极限真空度26min，破真空后取样分析，成分合格后软吹入氩气至吊包，软吹氩气的时间为24min，吊包温度为1560℃；
(4)浇铸电极坯，预热锭模为210℃，然后对锭模充入氩气，每个锭盘充氩气时间为3min，然后撤出氩气管，用盖子将锭模盖好后进行浇铸，浇铸全过程采用加挂石棉布的氩气保护浇铸件进行保护，氩气保护流量为18m3/h，浇铸时间为5min，电极坯直径为450mm，3h后脱模；
(5)电极坯退火，退火温度740℃，保温时间540min，炉冷至340℃出炉；
(6)电渣重熔，采用步骤(5)得到的电极坯，表面清理磨光，采用氟化钙、氧化铝和氧化钙三元渣系进行冶炼，电渣冶炼稳态阶段的起点熔速值为7.8kg/min，终点熔速值为6.2kg/min，得到Φ625mm电渣锭，然后停电炉冷90min后送锻造工序；
(7)高温均质化处理，将步骤(6)得到的电渣锭加热至1280℃，保温30h进行高温均质化处理；
(8)锻造，步骤(7)处理过的电渣锭温度降至1200℃保温2h，进行X、Y和Z三个方向(即长宽高三个方向)的墩粗后再次拔长至圆棒尺寸，开锻温度1085℃，终锻温度877℃；
(9)超细化处理，将步骤(8)锻后的工件进行风冷操作，冷却至表面445℃，冷却速度为32℃/min，然后重新加热至1065℃的固溶温度，保温15h，然后采用水空交替的控时冷却方式继续进行冷却，最终冷却至芯部452℃后出水空冷；
(10)球化退火，将步骤(9)得到的半成品在303℃装炉，并升温至865℃，保温15h，再随炉缓慢冷却至725℃，保温18h，随炉缓冷至351℃出炉空冷至室温。
(11)淬火，将步骤(10)得到的成品在中心取10*10*55mm冲击试样及Φ10mm拉伸试样，在1025℃进行奥氏体化，保温30min，出炉快速油冷至室温。
(12)回火，将步骤(11)淬火后得到的冲击及拉伸试样置入回火炉中，加热至220℃，保温时间120min，然后空冷至室温。
(13)二次回火，重复步骤(12)的回火方式，进行硬度检测，使得冲击试样及拉伸试样最终硬度达到56～60HRC后进行性能检测。
所述电极冶炼电渣锭直径为625mm，重量4.3t。
步骤(6)的所述三元渣系中CaF2∶Al2O3∶CaO为：39.5％∶31.5％∶29％。
步骤(6)中的渣量为185kg。
步骤(6)中渣料使用前在750℃烘烤6小时。
实施例的高倍、调质硬度及力学性能检测结果见表1-表3：
表1 各实施例高倍结果
表1中A类为硫化物类夹杂物，B类为氧化铝类夹杂物，C类为硅酸盐类夹杂物，D类为球形氧化物类夹杂物，均为本领域通用概念。
表2 各实施例调质硬度
表3 各实施例力学性能
对比试样 U缺口冲击功/J 抗拉强度/MPa
实施例1 27.2 2135
实施例2 28.4 2162
实施例3 27.9 2140

Claims (7)

1.一种高硬度、高韧性掘进机刀圈用钢ZW552的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)电炉冶炼，按照掘进机刀圈用钢ZW552组分含量进行废钢和合金料的配料，在电炉中熔化冶炼，温度为1635～1655℃时氧化扒渣，扒渣后加入硅铁合金、石灰和萤石，出钢温度为1645～1675℃，出钢过程中加铝进行脱氧；出钢后在线喂铝线，喂铝量1m/t，喂线速度≥120m/min。
(2)LF炉精炼，入LF炉后接通氩气，氩气压力0.6-0.9Mpa，随后送电升温，加入石灰和萤石调整炉渣流动性，采用碳粉和铝粒扩散脱氧，加热保温时间为10～20min，渣白后取样分析，白渣保持时间为30～50min，取样分析完毕后根据分析结果进行成分微调，LF炉出钢温度为1675～1685℃；
(3)VD精炼，钢包到位后喂硅钙线，喂线量1.2m/t，随后抽真空，极限真空度＜67Pa，保持该极限真空度16～35min，破真空后取样分析，成分合格后软吹入氩气至吊包，软吹氩气的时间为15～30min，吊包温度为1545～1565℃；
(4)浇铸电极坯，预热锭模为150～250℃，然后对锭模充入氩气，每个锭盘充氩气时间为3～5min，然后撤出氩气管，用盖子将锭模盖好后进行浇铸，浇铸全过程采用加挂石棉布的氩气保护浇铸件进行保护，氩气保护流量为18～28m3/h，浇铸时间为4～8min，电极坯直径为450～530mm，3～5h后脱模；
(5)电极坯退火，退火温度710～760℃，保温时间1～1.5min/mm，炉冷至300～350℃后出炉；
(6)电渣重熔，采用步骤(5)得到的电极坯，表面清理磨光，采用氟化钙(CaF2)、氧化铝(Al2O3)和氧化钙(CaO)三元渣系进行冶炼，电渣冶炼稳态阶段的起点熔速值为7～9kg/min，终点熔速值为5.0～6.0kg/min，得到电渣锭，然后停电炉冷80～120min后送锻造工序；
(7)高温均质化处理，将步骤(6)得到的电渣锭加热至1270～1300℃，保温25～35h进行高温均质化处理；
(8)锻造，步骤(7)处理过的电渣锭温度降至1200～1240℃保温2～3h，进行X、Y和Z三个方向的墩粗后再次拔长至最终尺寸，开锻温度1050～1150℃，终锻温度850-900℃；其中所述X、Y和Z三个方向即为长、宽和高三个方向；
(9)将步骤(8)锻后的工件进行控冷操作，冷却至表面400～500℃，冷却速度为15～45℃/min，然后重新加热至1050～1100℃的固溶温度，保温5～12h，然后采用水空交替的控时冷却方式继续进行冷却，最终冷却至芯部450±50℃后出水空冷；
(10)球化退火，将步骤(9)得到的半成品在250～350℃装炉，并升温至820～870℃，保温8～20h，再随炉缓慢冷却至700～750℃，保温15～30h，随炉缓冷至350～450℃出炉空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高硬度、高韧性掘进机刀圈用钢ZW552的化学成分按质量百分比含量计为：C 0.45-0.55％，Si≤0.30％，Mn 0.30-0.50％，Cr 4.80-5.50％，Mo 2.00-2.40％，V 0.50-0.70％，Nb 0.005-0.080％，P≤0.015％，S≤0.003％，Ni≤0.020％，Cu≤0.010％，Ti≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(10)后取样继续进行如下步骤：
将步骤(10)得到的成品在中心取10*10*55mm冲击试样及Φ10mm拉伸试样，在1020～1040℃进行奥氏体化，保温20～40min，油冷，然后在200～250℃的温度下至少回火2次，每次回火的时间为至少2h，使得最终回火硬度≥56HRC，然后将得到的试样毛坯精加工至10*10*55mm的冲击试样及Φ10mm的拉伸试样，分别进行室温U型缺口冲击及拉伸试验。
4.权利要求1-2所述的制备方法，其特征在于，所述电极冶炼电渣锭直径为625mm，重量3.5～4.6t。
5.权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)的所述三元渣系中CaF2∶Al2O3∶CaO为：(38.5～42.5)∶(27.5～32.5)∶(27.5～32.5)。
6.权利要求1-3所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)中的渣量为152～178kg。
7.权利要求1-3所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)中渣料使用前在700～750℃烘烤6～8小时。
CN201910167368.XA 2019-02-26 2019-02-26 高硬度、高韧性掘进机刀圈用钢zw552的制备方法 Pending CN109957702A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910167368.XA CN109957702A (zh) 2019-02-26 2019-02-26 高硬度、高韧性掘进机刀圈用钢zw552的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910167368.XA CN109957702A (zh) 2019-02-26 2019-02-26 高硬度、高韧性掘进机刀圈用钢zw552的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109957702A true CN109957702A (zh) 2019-07-02

Family

ID=67023920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910167368.XA Pending CN109957702A (zh) 2019-02-26 2019-02-26 高硬度、高韧性掘进机刀圈用钢zw552的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109957702A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112048668A (zh) * 2020-08-28 2020-12-08 北京科技大学 一种高硬度盾构刀具用钢及其制造方法
CN112359283A (zh) * 2020-11-03 2021-02-12 林国忠 一种特级优质压铸模具钢锻造模块制造工艺
CN114134392A (zh) * 2021-12-08 2022-03-04 唐山志威科技有限公司 高纯净度高硬度zw680塑料模具钢的制备方法
CN114737138A (zh) * 2022-04-14 2022-07-12 唐山志威科技有限公司 一种高镜面、高韧性超大截面zw863模具钢
CN115109986A (zh) * 2022-07-11 2022-09-27 中国铁建重工集团股份有限公司 一种大尺寸电渣重熔高锰钢锻坯及其制造方法
CN116855703A (zh) * 2023-07-13 2023-10-10 广东韶铸精锻有限公司 一种坯件的锻造工艺方法
CN117051330A (zh) * 2023-08-04 2023-11-14 威海天润新材料科技有限公司 一种用于极硬岩的隧道挖掘机滚刀刀圈用钢及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107060789A (zh) * 2016-12-31 2017-08-18 马鞍山精创工程刀具制造有限公司 一种盾构刀具的刀圈材料和热处理工艺
CN107058717A (zh) * 2017-01-18 2017-08-18 抚顺特殊钢股份有限公司 改善大规格模具扁钢锻材球化组织的热处理工艺
CN107488813A (zh) * 2017-08-10 2017-12-19 唐山志威科技有限公司 高韧性、高等向性zw868热作模具钢的制备方法
CN107653416A (zh) * 2017-08-10 2018-02-02 唐山志威科技有限公司 一种具有高韧性、高等向性的高级热作模具钢
CN107699789A (zh) * 2017-08-24 2018-02-16 唐山志威科技有限公司 一种高韧性、高热稳定性zw866压铸用热作模具钢及其制备方法
CN108559922A (zh) * 2018-05-28 2018-09-21 山东易斯特工程工具有限公司 一种隧道掘进机滚刀刀圈合金材料及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107060789A (zh) * 2016-12-31 2017-08-18 马鞍山精创工程刀具制造有限公司 一种盾构刀具的刀圈材料和热处理工艺
CN107058717A (zh) * 2017-01-18 2017-08-18 抚顺特殊钢股份有限公司 改善大规格模具扁钢锻材球化组织的热处理工艺
CN107488813A (zh) * 2017-08-10 2017-12-19 唐山志威科技有限公司 高韧性、高等向性zw868热作模具钢的制备方法
CN107653416A (zh) * 2017-08-10 2018-02-02 唐山志威科技有限公司 一种具有高韧性、高等向性的高级热作模具钢
CN107699789A (zh) * 2017-08-24 2018-02-16 唐山志威科技有限公司 一种高韧性、高热稳定性zw866压铸用热作模具钢及其制备方法
CN108559922A (zh) * 2018-05-28 2018-09-21 山东易斯特工程工具有限公司 一种隧道掘进机滚刀刀圈合金材料及其制备方法

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112048668A (zh) * 2020-08-28 2020-12-08 北京科技大学 一种高硬度盾构刀具用钢及其制造方法
CN112048668B (zh) * 2020-08-28 2021-09-07 北京科技大学 一种高硬度盾构刀具用钢及其制造方法
CN112359283A (zh) * 2020-11-03 2021-02-12 林国忠 一种特级优质压铸模具钢锻造模块制造工艺
CN112359283B (zh) * 2020-11-03 2021-10-19 林国忠 一种特级优质压铸模具钢锻造模块制造工艺
CN114134392A (zh) * 2021-12-08 2022-03-04 唐山志威科技有限公司 高纯净度高硬度zw680塑料模具钢的制备方法
CN114134392B (zh) * 2021-12-08 2022-05-17 唐山志威科技有限公司 高纯净度高硬度zw680塑料模具钢的制备方法
CN114737138A (zh) * 2022-04-14 2022-07-12 唐山志威科技有限公司 一种高镜面、高韧性超大截面zw863模具钢
CN114737138B (zh) * 2022-04-14 2022-09-23 唐山志威科技有限公司 一种高镜面、高韧性超大截面zw863模具钢
CN115109986A (zh) * 2022-07-11 2022-09-27 中国铁建重工集团股份有限公司 一种大尺寸电渣重熔高锰钢锻坯及其制造方法
CN115109986B (zh) * 2022-07-11 2023-10-10 中国铁建重工集团股份有限公司 一种大尺寸电渣重熔高锰钢锻坯及其制造方法
CN116855703A (zh) * 2023-07-13 2023-10-10 广东韶铸精锻有限公司 一种坯件的锻造工艺方法
CN116855703B (zh) * 2023-07-13 2024-03-08 广东韶铸精锻有限公司 一种坯件的锻造工艺方法
CN117051330A (zh) * 2023-08-04 2023-11-14 威海天润新材料科技有限公司 一种用于极硬岩的隧道挖掘机滚刀刀圈用钢及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107488813B (zh) 高韧性、高等向性zw868热作模具钢的制备方法
CN109957702A (zh) 高硬度、高韧性掘进机刀圈用钢zw552的制备方法
CN101328522B (zh) 一种聚变堆用低活化马氏体钢的冶炼生产方法
CN109112408B (zh) 大规格p92耐热钢锻件的制造方法
CN108220766B (zh) 一种Cr-V系热作模具钢及其制备方法
CN107937831A (zh) 压力容器用12Cr2Mo1V合金钢及其锻造热处理工艺
CN106917033B (zh) 一种高品质40Cr合金结构直条圆钢的制备方法
CN105562965A (zh) 制备镍基合金焊丝的方法
CN110055459B (zh) 中合金超高强韧稀土钢及其制备方法
CN110066904A (zh) 一种高强度高韧性轻量化工具钢及其制备方法
CN103949798A (zh) 一种成材率较高的镍基合金焊丝的制备方法
CN109280743B (zh) 一种轧辊用高强度耐磨钢及其生产方法
CN113846266A (zh) 一种高塑韧性屈服强度1300MPa级调质钢板的生产方法
CN115612929A (zh) 一种稠油热采井用石油套管及其制备方法
CN103962747A (zh) 一种直径小于3mm的镍基合金焊丝
CN103962755A (zh) 一种直径小于3mm镍基合金焊丝的制备方法
CN103526121B (zh) 一种抗刮伤芯棒材料
CN114672735A (zh) 一种500hb级以上的耐磨钢及其生产方法
CN114540699A (zh) 一种高性能热作模具钢及其制备方法
CN104694820B (zh) 一种抗拉强度500MPa以上低合金钢热轧钢带及其制备方法
CN112501382B (zh) 一种获得低网状碳化物的碳素工具钢的制备方法
CN115786816B (zh) 一种可控共晶碳化物高强高韧冷作模具钢及其制备方法
CN113846263B (zh) 一种无δ铁素体的高韧性耐热钢及制备方法
CN112522624B (zh) 高锰奥氏体耐磨钢及其制造方法
CN103949800A (zh) 一种由Cr28Ni48W5镍基合金制成的焊丝

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190702

RJ01 Rejection of invention patent application after publication