CN102220531A

CN102220531A - 一种转炉炼钢出钢水口扩孔器金属陶瓷刀头材料

Info

Publication number: CN102220531A
Application number: CN 201110143281
Authority: CN
Inventors: 黄强; 黄玉叔
Original assignee: Wuhan Xinke Metallurgy Equipment Manufacture Co Ltd
Current assignee: Wuhan Xinke Metallurgy Equipment Manufacture Co Ltd
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2011-10-19

Abstract

本发明涉及转炉炼钢出钢水口扩孔器金属陶瓷刀头材料，所述的金属陶瓷刀头材料包含的组分及其质量百分含量为：TiC42-48%，WC28-32%，NbC1-2%，TaC1-2%，Ni6-9%，Co6-8%，Cr3-5%，Mo3-5%，Y0.5-1%。本发明具有如下优越性：本发明的金属陶瓷刀头材料制备的刀头在600℃以前，基本不发生任何性能变化，在600-1200℃其物理性能只发生轻微的变化，仍然保持着较好的物理机械性能只发生轻微的变化，仍然保持着较好的物理机械性能，在1200℃，仍然达到如下物理性能：硬度HRA≥89.5，抗弯强度N/mm²≥2300，比重9.20g/cm³。

Description

一种转炉炼钢出钢水口扩孔器金属陶瓷刀头材料

技术领域

本发明涉及一种转炉炼钢出钢水口扩孔器金属陶瓷刀头材料。

背景技术

转炉炼钢存在出钢水的问题，即是在炼钢过程中出钢水时，需要把转炉倾斜到45°，让钢水从出钢水口中流出。出钢水口是用高强耐火材料压制的，每出一次钢水都受到钢水的冲刷和化学腐蚀，孔就会形成不规则的扩大，约出80—120次钢水，耐火材料水口内孔就由原来的φ150变成φ200了，如继续使用，钢渣就会同钢水一起流出来了，严重影响钢水的质量。因此，此时就必须在拆炉机上装上扩孔器，把废水口钻掉，再换上一个新水口继续使用。所以，炼钢厂转炉更换出钢口，必须用扩孔器打孔就成为一项不可缺少的正常工序。现有的出钢水口存在以下特点：⑴炼钢温度高：大转炉多炼特种合金钢，温度在1530—1670℃左右，对扩孔器刀头的耐高温的红硬性要求高；⑵炉壁厚，行程长：大型转炉炉壁多在1600mm—2200mm范围内，也就是扩孔器扩孔原来在高温下行程只有一米长，而现在要行程2米长，对扩孔器刀头的强度和性能提出了更高要求；⑶出钢水口耐火材料成份及加工方法存在变化：原水口的耐火材料除氧化镁和石墨碳质外，现在又添加了三氧化二铝、碳化硅、氮化硼、金属Cr等难溶化合物，同时加工方法由原来普通压制改为等静压。水口的密度、强度、硬度都提高了，给扩孔器刀头的耐磨性能都提出了更高的要求。现有的刀头采用合金工具钢的耐高温只能在400℃起作用，若采用硬质合金在500℃工作，性能基本不变，而到800℃强度下降一半，在1000℃时强度只有四分之一，都不能适应大型转炉扩孔器在1000-1200℃高温的技术要求。

发明内容

本发明为解决上述技术而提出一种转炉炼钢出钢水口扩孔器金属陶瓷刀头材料，其具有耐磨性、高温硬度、强度高等优点，适应大型转炉扩孔器在1000-1200℃高温的技术要求。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案：一种转炉炼钢出钢水口扩孔器金属陶瓷刀头材料，其特征在于所述的金属陶瓷刀头材料包含的组分及其质量百分含量为：

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，所述的金属陶瓷刀头材料包含的组分及其质量百分含量最佳配比为：

TiC 45%，WC 29%，NbC 1%，TaC 2%，

Ni 8%，Co 7%，Cr 4%， Mo 3%，Y 1%。

下面具体对本发明选用的材料进行说明：

1）本发明选用Co、Ni、Mo、Cr四种金属作为本发明材料的粘结相，主要是基于如下几点要求：

①选用Co相，因为WC、TiC、TaC、NbC等难溶金属碳化物在Co相中的湿润角为最大，特别是在含C条件下Co相在1000℃左右开始了出现液相，在1400℃左右这些难溶金属碳化物能充分实现在Co溶液中溶解析出过程，从而达到多金属原子之间充分共晶；

②少量增加Ni相和Cr相，是为了提高金属陶瓷刀头在1000℃以上高温下确保刀头的抗氧化、耐腐蚀性能，保持金属陶瓷刀头在1000℃高温时，表面不过快氧化和良好的机械物理性能；

③极少量增加Mo相，在含C气氛下少量Mo相在1350℃以上完全溶解到Co相中，并在金属陶瓷的快速冷却过程中来不及析出而与Co相、Ni相、Cr相形成共晶混合相，而Ni相的耐高温性能使本来对高温没有优势的Co相和Ni相起了很大的作用，使得混合相的高温度必然能保持其固有的常温下的物理性能，从而大幅度提高金属陶瓷刀头的高温下的恒韧性，得以保持金属陶瓷刀头在1000℃—1200℃高温下应有的强度和硬度；

2）本发明选用WC、TiC为金属陶瓷刀头的主要硬质相，是因为金属陶瓷刀头切削的对象是钢渣和高强耐火材料，因此必须选用W—Co—Ti共晶合金，而W—C—Ti共晶合金的共晶湿度比单纯的W—Co共晶合金共晶温度高出150℃左右，其特有的性能决定W—C—Ti共晶合金比Co—W共晶合金的耐高温性能要优越很多;

选用碳化钛为主要比例的硬质相，还是因为TiC的性能更优于WC。TiC的熔点3250℃（高于WC，2630℃），密度只有WC的1/3。抗氧化性能优于碳化钨，而且都能被Co润湿。以碳化钨为主的产品耐热性为600℃，到了800℃强度就下降一半。

以TiC为主要原料，对于提高产品的红硬性，耐磨性，使用温度可达1000-1200℃。但WC-TiC有一个范围相当宽的碳量均相区，加入TiC后，产品的抗弯强度，抗压强度有所降低。为此采用以Co、Ni、Mo、Cr四种元素为粘结相，以Y元素为添加剂，可以有效提高产品的强度，满足2400-2600（N/mm²）的要求，从而使产品既达到耐高温、耐磨的良好性能，又保持了较高的强度和韧性。

3）本发明选用TaC、NbC作为少量硬质相，是将保持TaC、NbC这金属陶瓷制造过程中比WC、TiC提前溶入粘结相的相液中，并持续保持一定的饱和度，阻碍WC、TiC等硬质相在粘结相中的溶解和析出，从而控制WC、TiC硬质相在共晶过程中不出现晶粒涨粗，这样就保持了金属陶瓷刀头的晶粒均匀性，保持其高硬度要求；

同时，TaC特别是NbC在金属陶瓷制造过程中，因其特有的个性，在一定程度上提高了W—Co—Ti共晶温度，无形中又提高了金属陶瓷高温下的恒韧性；

4）添加剂Y元素：在金属陶瓷过程中极少量地添加金属钇粉，主要是因为本发明的金属陶瓷材料使用混合粘结相元素过多，在使用钇粉作为添加剂后，能促进多种粘结相均匀固熔，并改变整个金属陶瓷晶格常数，保持金属陶瓷晶粒均匀、充分共晶。

由于本发明采取如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

采用本发明的金属陶瓷刀头材料制备的刀头在600℃以前，基本不发生任何性能变化，在600-1200℃其物理性能只发生轻微的变化，仍然保持着较好的物理机械性能只发生轻微的变化，仍然保持着较好的物理机械性能，在1200℃左右，仍然达到如下物理性能：硬度HRA≥89.5，抗弯强度N/mm²≥2300，比重9.17g/cm³。

附图说明

图1为本发明的转炉炼钢出钢水口扩孔器金属陶瓷刀头的抗弯强度与温度变化曲线图；

图2为本发明的转炉炼钢出钢水口扩孔器金属陶瓷刀头的硬度与温度变化曲线图；

图3为本发明的转炉炼钢出钢水口扩孔器金属陶瓷刀头的比重与温度变化曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明，但是该说明不会构成对本发明的限制。

实施例1

一种转炉炼钢出钢水口扩孔器金属陶瓷刀头材料，所述的金属陶瓷刀头材料的包含的组分及其质量百分含量为：

TiC 45%，WC29%，NbC1%，TaC2%，Ni8%，Co7%，Cr4%， Mo 3%，Y 1%，其中TiC，WC，NbC和TaC作为硬质相，Ni，Co，Cr和Mo作为粘结相，Y作为添加剂。

1、混合料的制取

按上述选取的物料进行配料-球磨-干燥-喷雾制粒；其中球磨时间为72h，球磨介质为无水酒精，TiC、NbC 和TaC粒度大小1.2-1.8μm，WC 4.0-6.0μm， Ni、Co、Cr4%、Mo 和Y 1.0-1.5μm，干燥时间为16h，干燥温度为150℃左右；

2、压制成型

采用双向浮动压制-产品干燥，即得到半成品；其中双向浮动压制是采用315吨压力机，干燥时间为2h，干燥温度为300℃；

3、热加工、成品检查

真空低压烧结-加压烧结-成品表面处理-成品检查-入库。其中加压烧结采用2个大气压，烧结温度为1420-1480℃。

上述制备工艺均采用现有粉末冶金的方法，在此不再详细描述。需要说明的是在压制成型步骤，为保证压制的密度，采取双向浮动压制，使压制品受力整个部位均匀。在真空低压烧结步骤，需要在1420-1480℃高真空、低压热等静压气氛，达到碳平衡，进行液相烧结，使产品合金化。产品经各道工序处理后，必须进行物理机械性能的检查，硬度、强度、密度和磁力等；用高倍显微镜对合金组织机构进行检查。

经检测，本发明的转炉炼钢出钢水口扩孔器金属陶瓷刀头，其技术性能指数如下，

硬度HRA 91.5，抗弯强度N/mm² 2600-2800，

比重 9.20g/cm³，磁力 3.5，抗高温性能 1000-1200℃。

如图1-3所示，可以看出，金属陶瓷刀头在600℃以前，基本不发生任何性能变化，在600℃—1200℃中其物理性能只发生轻微的变化，依然保持着较好的物理机械性能，在1200℃左右，仍然达到如下物理性能：

硬度HRA 89.5-90.5，抗弯强度N/mm² 2300-2500，

比重 9.17g/cm³。

其具体数据参见下表：

扩孔器金属陶瓷刀头的高温机械物理性能表

Figure 2011101432812100002DEST_PATH_IMAGE001

本发明制备得到的刀头，通过几十家钢厂（武钢，宝钢，沙钢，攀钢，重钢，湘钢，宁钢，天钢，柳钢，新钢和印度金德勒钢厂等）长期使用，打一个孔平均5-10分钟，可打10-15个孔，生产成本大幅下降。

Claims

1.一种转炉炼钢出钢水口扩孔器金属陶瓷刀头材料，其特征在于所述的金属陶瓷刀头材料包含的组分及其质量百分含量为：

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.按权利要求1所述的转炉炼钢出钢水口扩孔器金属陶瓷刀头材料，其特征在于所述的金属陶瓷刀头材料包含的组分及其质量百分含量配比为：

TiC 45%，WC 29%，NbC 1%，TaC 2%，

Ni 8%，Co 7%，Cr 4%， Mo 3%，Y 1%。