CN103667970A - 一种热强高碳钢材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种热强高碳钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.6-0.8、镍13.0-14.5、钴2.0-2.3、锰0.03-0.05、钼0.006-0.009、铬3.5-3.7、钛0.002-0.005、铝0.01-0.015、铜0.07-0.09、硼0.007-0.009、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁。本发明通过使用镍、钴等多种金属原料，合理设置配比和生产工艺，合理设置投放次序，形成的合金材料具有优异的综合力学性能，尤其具有超高的强度、硬度、耐磨性和高温抗氧化性、高温强度高的特点；本发明适合用于制作在高温下长期使用的零件。通过加入精炼剂，气孔度降低1-2度。

Description

一种热强高碳钢材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料制备领域，尤其涉及一种热强高碳钢材料及其制备方法。
背景技术
合金钢的发展已经有100多年的历史了，到目前为止，多种多样的合金钢在工业上被应用，主要有以下类型：调质钢、弹簧钢、工具钢、高速钢、模具钢、高中低碳合金钢等，目前为止，虽然合金钢技术得到很大发展，但是，仍有很多问题存在，如耐磨度、硬度、防锈性能、耐腐蚀性能、耐高低温性能、脆性、韧性、成本等不能兼顾，在很多场合还不能满足生产的要求，还需要进一步改进，以提高生产效率，降低成本，提高安全性，为高精尖技术发展提供保障，为社会发展提供动力，任务还很艰巨。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热强高碳钢材料及其制备方法，该合金材料具有高温下抗氧化性强、较高的高温强度和硬度高的特点。
本发明的技术方案如下：
一种热强高碳钢材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.6-0.8、镍13.0-14.5、钴2.0-2.3、锰0.03-0.05、钼0.006-0.009、铬3.5-3.7、钛0.002-0.005、铝0.01-0.015、铜0.07-0.09、硼0.007-0.009、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁。
所述的热强高碳钢材料的生产方法，其特征在于：
（1）、将生铁与废铁按1：2比例投入炉中熔化作为铁基质来源；进行脱硫、脱氧、合金化、采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理等；
（2）、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为：（1）锰、硼、铝；（2）铜、钛、钼；（3）铬、镍、钴；（4）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为9-11分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以200-230℃/小时速率升温至940-950℃，保温3-4小时；再以150-170℃/小时速率降温至620-630℃，保温40-60分钟；再以120-130℃/小时速率降温至310-330℃，保温2-3小时；再以150-170℃/小时速率升温至530-550℃，保温2-3小时，取出空冷即得。
所述的精炼剂由下列重量份的原料制成：工具钢粉3-4、粘土13-16、轻质碳酸钙2-3、二氧化硅2-3、氧化锌1-2、硅灰石粉3-4、氢氧化镁10-12、硅藻土4-5、氢氧化铝8-10、玉石粉3-4、蒙脱石1-2、BaCO3 3-4、BaF2 2-3；制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2-3%的硅烷偶联剂KH-550、1-2%的纳米碳粉，混合均匀后，在8-15Mpa下压制成坯，然后，在900-950℃下煅烧3-4小时，冷却后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
本发明的有益效果
本发明通过使用镍、钴等多种金属原料，合理设置配比和生产工艺，合理设置投放次序，形成的合金材料具有优异的综合力学性能，尤其具有超高的强度、硬度、耐磨性和高温抗氧化性、高温强度高的特点，可以显著延长抗磨部件寿命，降低机械的损坏率，增加了安全系数；并使用部分废铁作为原料，提高合金的质量稳定均一；本发明适合用于制作在高温下长期使用的零件。本发明精炼剂用于铸造生产，明显提高成品率，特别是铸件中的气孔度降低1-2度，得到有效的控制，不会在铸件表面产生气孔，夹杂氧化物也明显降低，氧化夹杂物在2级左右。
具体实施方式
一种热强高碳钢材料：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.6-0.8、镍13.0-14.5、钴2.0-2.3、锰0.03-0.05、钼0.006-0.009、铬3.5-3.7、钛0.002-0.005、铝0.01-0.015、铜0.07-0.09、硼0.007-0.009、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁。
所述的热强高碳钢材料的生产方法：
（1）、将生铁与废铁按1：2比例投入炉中熔化作为铁基质来源；进行脱硫、脱氧、合金化、采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理等；
（2）、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为：（1）锰、硼、铝；（2）铜、钛、钼；（3）铬、镍、钴；（4）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为10分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以220℃/小时速率升温至945℃，保温3.6小时；再以160℃/小时速率降温至626℃，保温50分钟；再以125℃/小时速率降温至320℃，保温2.5小时；再以160℃/小时速率升温至540℃，保温2.5小时，取出空冷即得。
所述的精炼剂由下列重量份（公斤）的原料制成：工具钢粉4、粘土13、轻质碳酸钙2、二氧化硅3、氧化锌1、硅灰石粉4、氢氧化镁12、硅藻土4、氢氧化铝8、玉石粉3、蒙脱石2、BaCO3 3、BaF2 2；制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2-3%的硅烷偶联剂KH-550、1-2%的纳米碳粉，混合均匀后，在8-15Mpa下压制成坯，然后，在900-950℃下煅烧3-4小时，冷却后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
本发明热强高碳钢材料的机械性能为：拉伸强度1380MPa，屈服强度973MPa，延伸率12％，断面收缩率21％，冲击吸收功48J，冲击韧性58J/cm2，硬度295HB。

Claims (4)

1.一种热强高碳钢材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.6-0.8、镍13.0-14.5、钴2.0-2.3、锰0.03-0.05、钼0.006-0.009、铬3.5-3.7、钛0.002-0.005、铝0.01-0.015、铜0.07-0.09、硼0.007-0.009、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁。
2.根据权利要求1所述的热强高碳钢材料的生产方法，其特征在于：
（1）、将生铁与废铁按1：2比例投入炉中熔化作为铁基质来源；进行脱硫、脱氧、合金化、采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理等；
（2）、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为：（1）锰、硼、铝；（2）铜、钛、钼；（3）铬、镍、钴；（4）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为9-11分钟，投料后搅拌均匀。
3.根据权利要求2所述的热强高碳钢材料的生产方法，其特征在于：所述的铸后热处理是：先由室温以200-230℃/小时速率升温至940-950℃，保温3-4小时；再以150-170℃/小时速率降温至620-630℃，保温40-60分钟；再以120-130℃/小时速率降温至310-330℃，保温2-3小时；再以150-170℃/小时速率升温至530-550℃，保温2-3小时，取出空冷即得。
4.根据权利要求2所述的热强高碳钢材料的生产方法，其特征在于：所述的精炼剂由下列重量份的原料制成：工具钢粉3-4、粘土13-16、轻质碳酸钙2-3、二氧化硅2-3、氧化锌1-2、硅灰石粉3-4、氢氧化镁10-12、硅藻土4-5、氢氧化铝8-10、玉石粉3-4、蒙脱石1-2、BaCO3 3-4、BaF2 2-3；制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2-3%的硅烷偶联剂KH-550、1-2%的纳米碳粉，混合均匀后，在8-15Mpa下压制成坯，然后，在900-950℃下煅烧3-4小时，冷却后，再粉碎成150-250目粉末，即得。
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