CN103834859A - 一种高硬度高塑性低碳钢材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高硬度高塑性低碳钢材料,其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.1-0.25、锰2.5-2.8、钴1.8-2.2、硼0.5-0.8、铝0.7-0.9、硅1.0-1.3、铌0.6-0.9、钨0.005-0.009、钛0.03-0.05、锆0.06-0.09、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁。本发明通过使用铝、硼、钛、铌等原料组合，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较好的综合力学性能，尤其具有高强度、高硬度、耐磨性极好的特点，同时还有优异的塑性和韧性；并使用部分废铁作为原料，使合金的质量稳定均一；通过加入精炼剂，气孔度降低1-2度。

Description

一种高硬度高塑性低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，尤其涉及一种高硬度高塑性低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高硬度高塑性低碳钢材料及其制备方法，该合金材料具有高硬度、高塑性的特点。
本发明的技术方案如下：
一种高硬度高塑性低碳钢材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.1-0.25、锰2.5-2.8、钴1.8-2.2、硼0.5-0.8、铝0.7-0.9、硅1.0-1.3、铌0.6-0.9、钨0.005-0.009、钛0.03-0.05、锆0.06-0.09、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁。
所述的高硬度高塑性低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）硅、钨、硼；（2）铝、钛、铌；（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为8-10分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以170-190℃/小时速率升温至925-940℃，保温3-4小时；再以140-160℃/小时速率降温至630-645℃，保温40-60分钟；再以105-120℃/小时速率降温至315-330℃，保温2-3小时；再以150-170℃/小时速率升温至500-520℃，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10-12、石灰石3-4、海泡石2-3、氟硅酸钠2-3、硝酸钠1-2、蛭石5-6、碳化硅9-11、钛白粉2-3、莹石6-8、氢氧化铝8-10、玉石粉3-4、蒙脱石1-2；制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态并搅拌均匀去渣，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
本发明通过使用铝、硼、钛、铌等原料组合，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较好的综合力学性能，尤其具有高强度、高硬度、耐磨性极好的特点，同时还有优异的塑性和韧性；并使用部分废铁作为原料，使合金的质量稳定均一。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
一种高硬度高塑性低碳钢材料,其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.1-0.25、锰2.5-2.8、钴1.8-2.2、硼0.5-0.8、铝0.7-0.9、硅1.0-1.3、铌0.6-0.9、钨0.005-0.009、钛0.03-0.05、锆0.06-0.09、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁。
所述的高硬度高塑性低碳钢材料的生产方法为：
（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）硅、钨、硼；（2）铝、钛、铌；（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为9分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以180℃/小时速率升温至930℃，保温3.5小时；再以150℃/小时速率降温至635℃，保温50分钟；再以110℃/小时速率降温至320℃，保温2.5小时；再以160℃/小时速率升温至510℃，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10、石灰石3、海泡石2、氟硅酸钠2、硝酸钠2、蛭石5、碳化硅9、钛白粉2、莹石8、氢氧化铝8、玉石粉3、蒙脱石2；制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态并搅拌均匀去渣，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%的硅烷偶联剂KH-550、1%的纳米碳粉，混合均匀后，在12-15Mpa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。
本发明高硬度高塑性低碳钢材料的机械性能为：拉伸强度1178MPa，屈服强度879MPa，延伸率14％，断面收缩率25％，冲击吸收功53J，冲击韧性63J/cm2，硬度256HB。

Claims (4)

1.一种高硬度高塑性低碳钢材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.1-0.25、锰2.5-2.8、钴1.8-2.2、硼0.5-0.8、铝0.7-0.9、硅1.0-1.3、铌0.6-0.9、钨0.005-0.009、钛0.03-0.05、锆0.06-0.09、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁。
2.根据权利要求1所述的高硬度高塑性低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）硅、钨、硼；（2）铝、钛、铌；（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为8-10分钟，投料后搅拌均匀。
3.根据权利要求2所述的高硬度高塑性低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170-190℃/小时速率升温至925-940℃，保温3-4小时；再以140-160℃/小时速率降温至630-645℃，保温40-60分钟；再以105-120℃/小时速率降温至315-330℃，保温2-3小时；再以150-170℃/小时速率升温至500-520℃，保温2-3小时，取出空冷即得。
4.根据权利要求2所述的高硬度高塑性低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10-12、石灰石3-4、海泡石2-3、氟硅酸钠2-3、硝酸钠1-2、蛭石5-6、碳化硅9-11、钛白粉2-3、莹石6-8、氢氧化铝8-10、玉石粉3-4、蒙脱石1-2；制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态并搅拌均匀去渣，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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