CN103667951A - 一种内韧外硬的特殊钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内韧外硬的特殊钢及其制造方法，该特殊钢是由两种含碳量不同的钢水浇注而成，形成核心部、中间层和外层，外层的含碳量大于核心部的含碳量；中间层由该两种不同含碳量的钢水自然接触形成；外层的硬度大于核心部的硬度。本发明还提供该内韧外硬的特殊钢的制备方法。本发明的特殊钢具有内韧外硬的性能，直接可用于制造各种内韧外硬的刀具、齿轮等，可省去如齿轮渗碳、渗氮等部分后续处理过程，降低生产成本；制备方法采用常规连铸、模铸设备，浇注工艺简单。

Description

一种内韧外硬的特殊钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种特殊钢，尤其涉及一种内韧外硬的特殊钢及其制造方法，属于特殊钢生产制造领域。

背景技术

特殊钢的生产大多采用连铸或模铸的形式，具有特殊性能的特殊钢产品大多进行渗碳、渗氮处理，以达到产品内韧外硬等生产的要求。如生产齿轮，齿轮成品后均要进行渗碳或渗氮处理，以增加外部硬度，提高齿轮使用寿命，成本高，效果差；一些特殊的刀具也需要具备内韧外硬的特性，其生产除进行必要的热处理外，大多采用“夹芯”方式生产，即外部采用硬度高的钢铁，内部加入低碳软钢，采用反复冶炼锻打的方式得到，费时费力，成本高，效率低，很难进行大规模工业化生产。

中国专利文献CN101486083A（200810046719.3）公开了一种冶金轧辊、注塑机料筒等机械制造中应用的溶渣离心铸造双金属特殊钢管,它具有两种不同金属成份的内层和外层,是采用特殊的溶渣离心铸造,在合金成份差异很大的外层金属和内层金属之间产生一个厚度为3-15MM,具有第三种成份的混合层,该混合层改双金属的面结合为层结合,暨能加强内外层金属的结合、防止开裂。又是机械制造中硬度、强度等机械性能的过渡层。能改善双金属钢管的机械性能,提高使用寿命,简化机加工,促进双金属钢管的广泛使用,降低管筒件制造的材料损耗。但该特殊钢管通过专门的溶渣离心铸造工艺制备，不仅步骤繁琐，而且应用范围有限。中国专利文献CN102554189A（201010596901.3）公开了一种高抗磨双金属复合铸造工艺，采用两种金属液平做立浇的方式，所述两种金属液在同一浇道中直接浇注，型腔的最上面设有补缩保温冒口，浇道选用圆锥柱状，且浇道的位置设在两种金属的结合处，浇注时将第一种金属液浇入至浇道下口边水平位置时停止，再浇入第二种金属液直至补缩保温冒口。本发明采用的上述工艺，两种金属液在零界面混合厚度为2-4mm，复合效果优良，加之简化了浇注工艺，降低了成本，提高了效率。但是，该方法仍然需要特殊的浇注装置，而且浇注工艺繁琐。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种特殊钢及其制造方法，尤其提供一种内韧外硬的特殊钢及其制造方法。

本发明的技术方案如下：

一种特殊钢，该特殊钢是由两种含碳量不同的钢水浇注而成，形成核心部、中间层和外层，外层含碳量为0.12～1.00wt％，核心部含碳量为0.05～0.45wt％，且外层的含碳量大于核心部的含碳量；中间层由该两种不同含碳量的钢水自然接触形成；该特殊钢核心部的硬度为100HV～220HV，外层的硬度为140HV～330HV，且外层的硬度大于核心部的硬度。

根据本发明，优选的，所述的特殊钢的核心部的硬度为140HV～165HV，外层的硬度为150HV～330HV，外层的硬度大于核心部的硬度。

根据本发明，优选的，所述的特殊钢的外层的含碳量为0.42～1.00wt％，核心部含碳量为0.12～0.23wt％，外层的含碳量大于核心部的含碳量。

本发明的特殊钢由两种含碳量不同的钢水浇注而成，形成内韧外硬的特殊钢；特殊钢的核心部和外层的厚度可根据需要进行调节。

根据本发明，优选的，所述的特殊钢是圆型钢，在圆柱长度方向的垂直横截面上，外层厚度为核心部半径的1/5～1/3，中间层厚度为外层厚度的1-2倍。

根据本发明，优选的，所述的特殊钢是板型钢，在板的厚度方向上，外层厚度为核心部厚度的1/10～1/5，中间层厚度为外部厚度的1-2倍。

本发明还提供上述特殊钢的制备方法。

一种特殊钢的制备方法，步骤如下：

采用连铸或模铸的方式，将两种含碳量不同的钢水通过内、外套装的浇注口同时进行浇注，所述浇注口由两个形状相同、尺寸不同的套筒同心套装而成，内里的套筒为内浇注口，两套筒之间的夹道为外浇注口；含碳量高的钢水通过外浇注口浇注，含碳量低的钢水通过内浇注口浇注。

所述浇注口可为本领域任一种形状，例如圆环形、椭圆环形或长方形。进一步优选浇注口为圆环形。

本发明在内浇注口和外浇注口分别注入含碳量不同钢水，可根据钢种要求，分别对两种钢水的流量进行调节，使钢水在结晶器或钢锭模内凝固，两种材质的钢水自然接触同时凝固成中间层，得到外层厚度不同的特殊钢。

根据本发明，优选的，所述的含碳量高的钢水的化学组成重量百分数如下：

C：0.12～1.00％，Si：0.17～0.37%，Mn：0.50～0.80%，Cr≤0.25%，Ni≤0.3%，Cu≤0.25%，余量为Fe和不可避免的杂质。

根据本发明，优选的，所述的含碳量低的钢水的化学组成重量百分数如下：

C：0.05～0.45％，Si：≤0.07%，Mn：O.25～0.50%，Cr≤0.25%，Ni≤0.3%，Cu≤0.25%，余量为Fe和不可避免的杂质。

采用本发明生产的特殊钢核心部的硬度100HV～220HV，外层的硬度为140HV～330HV，可直接用于制造各种内韧外硬的刀具、齿轮等；无需传统钢材制品所必须的后处理，如传统钢的齿轮需要渗碳、渗氮等部分后续处理过程，工艺复杂。

本发明的有益效果：

1、本发明的特殊钢具有内韧外硬的性能，可直接用于制造各种内韧外硬的刀具、齿轮等，可以省去如齿轮渗碳、渗氮等部分后续处理过程，降低生产成本。得到采用传统方法无法生产的、具有特殊性能的特殊钢制品。根据含碳比例不同，内外硬度不同，外层厚度不同，可以方便地调整产品型号，满足各种不同特殊钢制品的要求。

2、本发明特殊钢的制备方法采用常规连铸、模铸设备，不需特殊设备即可完成，浇注工艺简单。

附图说明

图1为实施例1制备的特殊钢的横截面示意图；其中，1、特殊钢的核心部，2、特殊钢的外层，3、特殊钢的中间层。

图2为实施例1用于浇注特殊钢的圆环形浇注口的横截面示意图；其中，4、内浇注口，5、外浇注口。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步说明，但不限于此。

实施例中钢水冶炼为：采用电炉方式冶炼的两种含碳量不同的钢水，通过精炼，VD炉和RH炉等真空处理，使得钢水成分、温度、质量等满足要求，备用；标号为1的钢种为含碳量低的钢水，标号为2的钢种为含碳量高的钢水，钢水的化学组成均为重量百分含量。

实施例1

一种特殊钢，由两种含碳量不同的钢水浇注而成，形成核心部1、中间层3和外层2，外层2含碳量为0.12～0.18wt％，核心部1含碳量为0.05～0.11wt％；中间层3由该两种不同含碳量的钢水自然接触形成；该特殊钢核心部1的硬度为126HV～140HV，外层2硬度142HV～150HV。

所述两种含碳量不同的钢水的化学组成如下：

表1

采用连铸或模铸的方式，将上述两种含碳量不同的钢水通过内、外套装的圆环形浇注口同时进行浇注，浇注口横截面如图1所示，所述浇注口由两个半径不同的圆筒同心套装而成，内里的套筒为内浇注口4，两套筒之间的夹道为外浇注口5。含碳量高的钢水通过外浇注口5浇注，含碳量低的钢水通过内浇注口4浇注。外浇注口5的钢水浇注速率约是内浇注口4钢水浇注速率的1/5。根据钢种要求，可以分别对两种钢水的流量进行调节，使钢水在结晶器或钢锭模内部分混浇、凝固，得到内韧外硬的特殊钢。

本实施例制备的特殊钢的外型为圆柱形，如图1所示，在圆柱长度方向的垂直横截面上，外层2厚度为核心部1半径的1/5，中间层3厚度为外层2厚度的1.2倍。本实施例制备的内韧外硬的特殊钢核心部1硬度为126HV～140HV，外层2硬度142HV～150HV。

实施例2

如实施例1所述，所不同的是两种钢水的化学组成如表2所示；

表2

本实施例中外浇注口5的钢水浇注速率约是内浇注口4钢水浇注速率的1/4。制备的内韧外硬的特殊钢的核心部1硬度为142HV～148HV，外层2硬度150HV～165HV；在圆柱长度方向的垂直横截面上，外层2厚度为核心部1半径的1/4，中间层3厚度为外层2厚度的1倍。

实施例3

如实施例1所述，所不同的是两种钢水的化学组成如表3所示；

表3

本实施例中外浇注口5的钢水浇注速率约是内浇注口4钢水浇注速率的1/5，制得的内韧外硬的特殊钢为板型钢。特殊钢的核心部1硬度为142HV～150HV，外层2硬度193HV～208HV；在板的厚度方向上，外层2厚度为核心部1厚度径的1/5，中间层3厚度为外层2厚度的1倍。

实施例4

如实施例1所述，所不同的是两种钢水的化学组成如表4所示；

表4

本实施例中外浇注口的钢水浇注速率是内浇注口钢水浇注速率的1/10，制得的内韧外硬的特殊钢为板型钢。特殊钢的核心部1硬度为148HV～165HV，外层2硬度224HV～241HV；在板的厚度方向上，外层2厚度为核心部1厚度径的1/10，中间层3厚度为外层2厚度的1倍。

实施例5

如实施例1所述，所不同的是两种钢水的化学组成如表5所示；

表5

本实施例制备的特殊钢的核心部1硬度为193HV～208HV，外层2硬度294HV～318HV；在圆柱长度方向的垂直横截面上，外层2厚度为核心部1半径的1/3，中间层3厚度为外层2厚度的2倍。

Claims (9)

1.一种特殊钢，其特征在于，该特殊钢是由两种含碳量不同的钢水浇注而成，形成核心部、中间层和外层，外层含碳量为0.12～1.00wt％，核心部含碳量为0.05～0.45wt％，且外层的含碳量大于核心部的含碳量；中间层由该两种不同含碳量的钢水自然接触形成；该特殊钢核心部的硬度为100HV～220HV，外层的硬度为140HV～330HV，且外层的硬度大于核心部的硬度。

2.根据权利要求1所述的特殊钢，其特征在于，所述的特殊钢的核心部的硬度为140HV～165HV，外层的硬度为150HV～330HV，外层的硬度大于核心部的硬度。

3.根据权利要求1所述的特殊钢，其特征在于，所述的特殊钢的外层的含碳量为0.42～1.00wt％，核心部含碳量为0.12～0.23wt％，外层的含碳量大于核心部的含碳量。

4.根据权利要求1所述的特殊钢，其特征在于，所述的特殊钢是圆型钢，在圆柱长度方向的垂直横截面上，外层厚度为核心部半径的1/5～1/3，中间层厚度为外层厚度的1-2倍。

5.根据权利要求1所述的特殊钢，其特征在于，所述的特殊钢是板型钢，在板的厚度方向上，外层厚度为核心部厚度径的1/10～1/5，中间层厚度为外层厚度的1-2倍。

6.一种权利要求1～5任一项所述的特殊钢的制备方法，步骤如下：

采用连铸或模铸的方式，将两种含碳量不同的钢水通过内、外套装的浇注口同时进行浇注，所述浇注口由两个形状相同、尺寸不同的套筒同心套装而成，内里的套筒为内浇注口，两套筒之间的夹道为外浇注口；含碳量高的钢水通过外浇注口浇注，含碳量低的钢水通过内浇注口浇注。

7.根据权利要求6所述的特殊钢的制备方法，其特征在于，所述浇注口为圆环形。

8.根据权利要求6所述的特殊钢的制备方法，其特征在于，所述的含碳量高的钢水的化学组成重量百分数如下：

C：0.12～1.00％，Si：0.17～0.37%，Mn：0.50～0.80%，Cr≤0.25%，Ni≤0.3%，Cu≤0.25%，余量为Fe和不可避免的杂质。

9.根据权利要求6所述的特殊钢的制备方法，其特征在于，所述的含碳量低的钢水的化学组成重量百分数如下：

C：0.05～0.45％，Si：≤0.07%，Mn：O.25～0.50%，Cr≤0.25%，Ni≤0.3%，Cu≤0.25%，余量为Fe和不可避免的杂质。

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