CN103526121B - 一种抗刮伤芯棒材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗刮伤芯棒材料，尤其是一种提高抗冲击性能的芯棒材料，属于金属材料技术领域。其由C 0.28%-0.35%、Si 0.4%-0.8%、Mn 0.2%-0.6%、S≤0.003%、P≤0.012%、Cr 4%-5%、Mo：1.1%-1.3%、V 0.6%-0.8%、Ni 0.2%-0.5%，其余为Fe。本发明通过调整，减少了降低冲击韧性的元素含量，添加提高冲击韧性元素的含量，使材料的冲击性能大幅度提高。例如：降低了C、Cr、V的含量，增加了金属镍的含量。通过这样进行成份的调整，降低了钢中碳化物的含量及形成的碳化物尺寸，减少了金属材料对冲击力产生的缺口敏感性，提高了冲击韧性指标。

Description

一种抗刮伤芯棒材料

技术领域

本发明涉及一种抗刮伤芯棒材料，尤其是一种提高抗冲击性能的芯棒材料，属于金属材料技术领域。

背景技术

芯棒是用于生产无缝钢管的精密模具，使用过程主要是冷热疲劳，摩擦和刮伤。有些厂家在使用芯棒的过程中，由于轧机调整的不好，芯棒经常受到刮伤，在芯棒还没有产生疲劳裂纹前就已经刮伤报废了。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种提高抗冲击韧性的芯棒材料。

按照本发明提供的技术方案，一种抗刮伤芯棒材料，配方比例按重量百分比计如下：C 0.28%-0.35%、Si 0.4%-0.8%、Mn 0.2%-0.6%、S≤0.003%、P≤0.012%、Cr 4%-5%、Mo：1.1%-1.3%、V 0.6%-0.8%、Ni 0.2%-0.5%，其余为Fe。

所述C含量为0.28%-0.32%。所述Cr含量为4%-4.75%。

所述芯棒材料的制备方法如下：

（1）电炉冶炼：炉料由本钢返回、生铁、碳素钢返回及废钢组成。

（2）造渣脱磷：在电炉底部装入炉料前加入白灰、20-30公斤/吨钢，以利提前形成熔化渣去磷，在炉料全部熔化后加入萤石及白灰，造流动性良好的熔化渣，根据炉中磷含量，逐步加入矿石，以利去磷，为达到去磷的目的，可以采用流渣操作或全部扒渣操作，电炉出钢磷必须小于0.005％，以保证成品磷小于0.012％。

（3）LF炉冶炼：电炉出钢后迅速吊到扒渣台，扒净氧化渣，以免回磷，钢包座到钢包车上以后接通氩气，搅拌钢液，以利于钢渣的形成，加入CaO、10-15公斤/吨钢，合成渣6-8公斤/吨钢，调C、Mn、Cr、Mo、V合金进规格下限，采用Si-C粉白渣法脱氧、脱硫，Si-C粉1-2公斤/吨钢，Al粉1公斤/吨钢，白渣时间要大于30分钟，保证钢液充分脱氧、脱硫。调整金属元素含量达到标准要求后进入VD炉冶炼。

（4）VD炉冶炼：入VD炉之前要先扒除部分钢渣，保证钢渣厚度在40-60mm，不能裸露钢水及在抽真空状太下不抽出钢渣。在真空度达到100Pa时大于10分钟，以保证在真空状太下充分去除钢中有害气体。

钢水出VD炉后浇注成电极棒，以备电渣重熔使用。

（5）电渣重熔：将电极棒在电渣炉中进行重新熔化并经过钢渣过滤，进一步去除钢水中的有害杂质，钢锭模水冷快速凝固，减少钢水在凝固过程中产生的偏析。使用Al₂O₃:CaF₂二元渣系，配比为Al₂O₃:CaF₂＝70％：30％，造渣量为20-40公斤/吨钢水。

（6）电渣重熔后的电渣锭热送至锻造分厂，进入热加炉进行加热。

（7）均质化处理：在加热炉中把电渣锭加热至1230-1250℃保温20-50小时，使电渣钢锭在高温的作用下，组织结构和化学元素进行充分扩散，最后使整个钢锭的组织和化学成份均匀一致。

（8）将均质化处理后电渣锭在快锻机上经多火锻造成芯棒母材或经快锻机多火开坯后由精锻机锻造成芯棒母材。为提高材料的等向性能，采用六面锻造方式，即镦粗后拔长工艺。

（9）锻后晶粒细化处理：终锻后温度控制在900-1000℃之间，然后快速入水冷却，达到细化晶粒，提高冲击性能的目的，水冷后采用820-840℃回火处理，处理后的硬度HB180-220。

（10）锻造好的芯棒母材经车光后进行调质处理，芯棒母材加热到1030-1070℃进行保温，升温速度小于100℃/小时，在600℃和800℃进行1-2小时的保温，1030-1070℃保温4-8小时，然后快速出炉油冷，冷却到200-300℃时出油空冷，空冷至100℃以下进入回火炉进行回火处理，回火温度在580-650℃，每次回火出炉后进行热校直，冷却至室温后进行硬度测试。

本发明的有益效果：本发明通过调整，减少了降低冲击韧性的元素含量，添加提高冲击韧性元素的含量，使材料的冲击性能大幅度提高。例如：降低了C、Cr、V的含量，增加了金属镍的含量。通过这样进行成份的调整，降低了钢中碳化物的含量及形成的碳化物尺寸，减少了金属材料对冲击力产生的缺口敏感性，提高了冲击韧性指标。

具体实施方式

实施例1

一种抗刮伤芯棒材料，配方比例按重量百分比计如下：C 0.28%、Si 0.4%、Mn 0.2%、S≤0.003%、P≤0.012%、Cr 4%、Mo：1.1%、V 0.6%、Ni 0.2%，其余为Fe。

所述抗刮伤芯棒材料的制备方法如下：

（1）电炉冶炼：炉料由本钢返回、生铁、碳素钢返回及废钢组成。

（2）造渣脱磷：在电炉底部装入炉料前加入白灰，以利提前形成熔化渣去磷，在炉料全部熔化后加入萤石及白灰，造流动性良好的熔化渣，根据炉中磷含量，逐步加入矿石，以利去磷，为达到去磷的目的，可以采用流渣操作或全部扒渣操作，电炉出钢磷必须小于0.005％，以保证成品磷小于0.012％。

（3）LF炉冶炼：电炉出钢后迅速吊到扒渣台，扒净氧化渣，以免回磷，钢包座到钢包车上以后接通氩气，搅拌钢液，以利于钢渣的形成，加入CaO、10-15公斤/吨钢，合成渣6-8公斤/吨钢，调C、Mn、Cr、Mo、V合金进规格下限，采用Si-C粉白渣法脱氧、脱硫，Si-C粉、钢，Al粉，白渣时间要大于30分钟，保证钢液充分脱氧、脱硫。调整金属元素含量达到标准要求后进入VD炉冶炼。

（4）VD炉冶炼：入VD炉之前要先扒除部分钢渣，保证钢渣厚度在40mm，不能裸露钢水及在抽真空状太下不抽出钢渣。在真空度达到100Pa时大于10分钟，以保证在真空状太下充分去除钢中有害气体。

钢水出VD炉后浇注成电极棒，以备电渣重熔使用。

（5）电渣重熔：将电极棒在电渣炉中进行重新熔化并经过钢渣过滤，进一步去除钢水中的有害杂质，钢锭模水冷快速凝固，减少钢水在凝固过程中产生的偏析。使用Al₂O₃:CaF₂二元渣系，配比为Al₂O₃:CaF₂＝70％：30％，造渣量为20-40公斤/吨钢水。

（6）电渣重熔后的电渣锭热送至锻造分厂，进入热加炉进行加热。

（7）均质化处理：在加热炉中把电渣锭加热至1230-1250℃保温20-50小时，使电渣钢锭在高温的作用下，组织结构和化学元素进行充分扩散，最后使整个钢锭的组织和化学成份均匀一致。

（8）将均质化处理后电渣锭在快锻机上经多火锻造成芯棒母材或经快锻机多火开坯后由精锻机锻造成芯棒母材。为提高材料的等向性能，采用六面锻造方式，即镦粗后拔长工艺。

（9）锻后晶粒细化处理：终锻后温度控制在900℃之间，然后快速入水冷却，达到细化晶粒，提高冲击性能的目的，水冷后采用840℃回火处理，处理后的硬度HB180-220。

（10）锻造好的芯棒母材经车光后进行调质处理，芯棒母材加热到1030-1070℃进行保温，升温速度小于100℃/小时，在600℃和800℃进行1小时的保温，1030℃保温8小时，然后快速出炉油冷，冷却到200℃时出油空冷，空冷至100℃以下进入回火炉进行回火处理，回火温度在650℃，每次回火出炉后进行热校直，冷却至室温后进行硬度测试。

实施例2

一种抗刮伤芯棒材料，配方比例按重量百分比计如下：C 0.35%、Si 0.8%、Mn 0.6%、S≤0.003%、P≤0.012%、Cr 5%、Mo： 1.3%、V 0.8%、Ni 0.5%，其余为Fe。

所述抗刮伤芯棒材料的制备方法如下：

（1）电炉冶炼：炉料由本钢返回、生铁、碳素钢返回及废钢组成。

（2）造渣脱磷：在电炉底部装入炉料前加入白灰，以利提前形成熔化渣去磷，在炉料全部熔化后加入萤石及白灰，造流动性良好的熔化渣，根据炉中磷含量，逐步加入矿石，以利去磷，为达到去磷的目的，可以采用流渣操作或全部扒渣操作，电炉出钢磷必须小于0.005％，以保证成品磷小于0.012％。

（3）LF炉冶炼：电炉出钢后迅速吊到扒渣台，扒净氧化渣，以免回磷，钢包座到钢包车上以后接通氩气，搅拌钢液，以利于钢渣的形成，加入CaO、10-15公斤/吨钢，合成渣，调C、Mn、Cr、Mo、V合金进规格下限，采用Si-C粉白渣法脱氧、脱硫，Si-C粉，Al粉，白渣时间要大于30分钟，保证钢液充分脱氧、脱硫。调整金属元素含量达到标准要求后进入VD炉冶炼。

（4）VD炉冶炼：入VD炉之前要先扒除部分钢渣，保证钢渣厚度在60mm，不能裸露钢水及在抽真空状太下不抽出钢渣。在真空度达到100Pa时大于10分钟，以保证在真空状太下充分去除钢中有害气体。

钢水出VD炉后浇注成电极棒，以备电渣重熔使用。

（5）电渣重熔：将电极棒在电渣炉中进行重新熔化并经过钢渣过滤，进一步去除钢水中的有害杂质，钢锭模水冷快速凝固，减少钢水在凝固过程中产生的偏析。使用Al₂O₃:CaF₂二元渣系，配比为Al₂O₃:CaF₂＝70％：30％，造渣量为20-40公斤/吨钢水。

（6）电渣重熔后的电渣锭热送至锻造分厂，进入热加炉进行加热。

（7）均质化处理：在加热炉中把电渣锭加热至1230-1250℃保温20-50小时，使电渣钢锭在高温的作用下，组织结构和化学元素进行充分扩散，最后使整个钢锭的组织和化学成份均匀一致。

（8）将均质化处理后电渣锭在快锻机上经多火锻造成芯棒母材或经快锻机多火开坯后由精锻机锻造成芯棒母材。为提高材料的等向性能，采用六面锻造方式，即镦粗后拔长工艺。

（9）锻后晶粒细化处理：终锻后温度控制在1000℃之间，然后快速入水冷却，达到细化晶粒，提高冲击性能的目的，水冷后采用820℃回火处理，处理后的硬度HB180-220。

（10）锻造好的芯棒母材经车光后进行调质处理，芯棒母材加热到1070℃进行保温，升温速度小于100℃/小时，在600℃和800℃进行2小时的保温，1030℃保温4-8小时，然后快速出炉油冷，冷却到200℃时出油空冷，空冷至100℃以下进入回火炉进行回火处理，回火温度在580℃，每次回火出炉后进行热校直，冷却至室温后进行硬度测试。

实施例3

一种抗刮伤芯棒材料，配方比例按重量百分比计如下：C 0.32%、Si 0.6%、Mn 0.4%份、S≤0.003%、P≤0.012%、Cr 4.5%、Mo：1.2%、V 0.7%、Ni 0.4%，其余为Fe。

所述抗刮伤芯棒材料的制备方法如下：

（1）电炉冶炼：炉料由本钢返回、生铁、碳素钢返回及废钢组成。

（2）造渣脱磷：在电炉底部装入炉料前加入白灰，以利提前形成熔化渣去磷，在炉料全部熔化后加入萤石及白灰，造流动性良好的熔化渣，根据炉中磷含量，逐步加入矿石，以利去磷，为达到去磷的目的，可以采用流渣操作或全部扒渣操作，电炉出钢磷必须小于0.005％，以保证成品磷小于0.012％。

（3）LF炉冶炼：电炉出钢后迅速吊到扒渣台，扒净氧化渣，以免回磷，钢包座到钢包车上以后接通氩气，搅拌钢液，以利于钢渣的形成，加入CaO、10-15公斤/吨钢，合成渣，调C、Mn、Cr、Mo、V合金进规格下限，采用Si-C粉白渣法脱氧、脱硫，Si-C粉，Al粉，白渣时间要大于30分钟，保证钢液充分脱氧、脱硫。调整金属元素含量达到标准要求后进入VD炉冶炼。

（4）VD炉冶炼：入VD炉之前要先扒除部分钢渣，保证钢渣厚度在50mm，不能裸露钢水及在抽真空状太下不抽出钢渣。在真空度达到100Pa时大于10分钟，以保证在真空状太下充分去除钢中有害气体。

钢水出VD炉后浇注成电极棒，以备电渣重熔使用。

（5）电渣重熔：将电极棒在电渣炉中进行重新熔化并经过钢渣过滤，进一步去除钢水中的有害杂质，钢锭模水冷快速凝固，减少钢水在凝固过程中产生的偏析。使用Al₂O₃:CaF₂二元渣系，配比为Al₂O₃:CaF₂＝70％：30％，造渣量为20-40公斤/吨钢水。

（6）电渣重熔后的电渣锭热送至锻造分厂，进入热加炉进行加热。

（7）均质化处理：在加热炉中把电渣锭加热至1230-1250℃保温20-50小时，使电渣钢锭在高温的作用下，组织结构和化学元素进行充分扩散，最后使整个钢锭的组织和化学成份均匀一致。

（8）将均质化处理后电渣锭在快锻机上经多火锻造成芯棒母材或经快锻机多火开坯后由精锻机锻造成芯棒母材。为提高材料的等向性能，采用六面锻造方式，即镦粗后拔长工艺。

（9）锻后晶粒细化处理：终锻后温度控制在950℃之间，然后快速入水冷却，达到细化晶粒，提高冲击性能的目的，水冷后采用830℃回火处理，处理后的硬度HB180-220。

（10）锻造好的芯棒母材经车光后进行调质处理，芯棒母材加热到1050℃进行保温，升温速度小于100℃/小时，在600℃和800℃进行1.5小时的保温，1050℃保温6小时，然后快速出炉油冷，冷却到250℃时出油空冷，空冷至100℃以下进入回火炉进行回火处理，回火温度在620℃，每次回火出炉后进行热校直，冷却至室温后进行硬度测试。

应用实施例1

采用同样的生产工艺生产不同化学成份的金属材料，分别取实施例1-3制备的抗刮伤芯棒，在半径1/2处各取两个横向冲击试样做一组，冲击试样为10mm×10mm×55mm，V型缺口试样；依次标号为1-6。采用1030℃-1050℃，±5℃保温1小时，采用油淬冷却，通过550℃-680℃保温2小时回火得到不同的硬度，然后进行冲击试验，试验结果如下：

正常的芯棒使用硬度在320HB-370HB，主要是保证材料有足够的冲击韧性，防止芯棒在使用过程中的开裂。但硬度低的时候容易造成芯棒使用过程中的刮伤。我们通过提高材料的冲击韧性，在同样的冲击韧性条件下，我们可以把芯棒的使用硬度提高到380HB-420HB，这样就可以大大的提高了芯棒抗刮伤的能力，同时保证芯棒在使用过程中不开裂。

通过成份的调整，采用同样的生产工艺制造出的芯棒材料，在同样热处理硬度条件下，冲击性能可以提高50％。在同样的冲击韧性条件下，材料的硬度可以提40-60HB。通过硬度的提高，可以大大提高芯棒的抗刮伤能力。

Claims (3)

1.一种抗刮伤芯棒材料的制备方法，其特征是该芯棒材料的配方比例按重量百分比计如下：C 0.28%-0.35%、Si 0.4%-0.8%、Mn 0.2%-0.6%、S≤0.003%、P≤0.012%、Cr 4%-5%、Mo：1.1%-1.3%、V 0.6%-0.8%、Ni 0.2%-0.5%，其余为Fe；

其制备方法如下：

（1）电炉冶炼：炉料由本钢返回、生铁、碳素钢返回及废钢组成；

（2）造渣脱磷：在电炉底部装入炉料前加入白灰、20-30公斤/吨钢，以利提前形成熔化渣去磷，在炉料全部熔化后加入萤石及白灰，造流动性良好的熔化渣，根据炉中磷含量，逐步加入矿石，以利去磷，为达到去磷的目的，采用流渣操作或全部扒渣操作，电炉出钢磷必须小于0.005％，以保证成品磷小于0.012％；

（3）LF炉冶炼：电炉出钢后迅速吊到扒渣台，扒净氧化渣，以免回磷，钢包坐到钢包车上以后接通氩气，搅拌钢液，以利于钢渣的形成，加入CaO、10-15公斤/吨钢，合成渣6-8公斤/吨钢，调C、Mn、Cr、Mo、V合金进规格下限，采用Si-C粉白渣法脱氧、脱硫，Si-C粉1-2公斤/吨钢，Al粉1公斤/吨钢，白渣时间要大于30分钟，保证钢液充分脱氧、脱硫；调整金属元素含量达到标准要求后进入VD炉冶炼；

（4）VD炉冶炼：入VD炉之前要先扒除部分钢渣，保证钢渣厚度在40-60mm，不能裸露钢水及在抽真空状态下不抽出钢渣；在真空度达到100Pa时大于10分钟，以保证在真空状态下充分去除钢中有害气体；

钢水出VD炉后浇注成电极棒，以备电渣重熔使用；

（5）电渣重熔：将电极棒在电渣炉中进行重新熔化并经过钢渣过滤，进一步去除钢水中的有害杂质，钢锭模水冷快速凝固，减少钢水在凝固过程中产生的偏析；

使用Al₂O₃:CaF₂二元渣系，配比为Al₂O₃：CaF₂＝70％：30％，造渣量为20-40公斤/吨钢水；

（6）电渣重熔后的电渣锭热送至锻造分厂，进入热加炉进行加热；

（7）均质化处理：在加热炉中把电渣锭加热至1230-1250℃保温20-50小时，使电渣钢锭在高温的作用下，组织结构和化学元素进行充分扩散，最后使整个钢锭的组织和化学成份均匀一致；

（8）将均质化处理后电渣锭在快锻机上经多火锻造成芯棒母材或经快锻机多火开坯后由精锻机锻造成芯棒母材；

为提高材料的等向性能，采用六面锻造方式，即镦粗后拔长工艺；

（9）锻后晶粒细化处理：终锻后温度控制在900-1000℃之间，然后快速入水冷却，达到细化晶粒，提高冲击性能的目的，水冷后采用820-840℃回火处理，处理后的硬度HB180-220；

（10）锻造好的芯棒母材经车光后进行调质处理，芯棒母材加热到1030-1070℃进行保温，升温速度小于100℃/小时，在600℃和800℃进行1-2小时的保温，1030-1070℃保温4-8小时，然后快速出炉油冷，冷却到200-300℃时出油空冷，空冷至100℃以下进入回火炉进行回火处理，回火温度在580-650℃，每次回火出炉后进行热校直，冷却至室温后进行硬度测试。

2.如权利要求1所述抗刮伤芯棒材料的制备方法，其特征是按重量百分比计：所述C含量为0.28%-0.32%。

3.如权利要求1所述抗刮伤芯棒材料的制备方法，其特征是按重量百分比计：所述Cr含量为4%-4.75%。