CN104073743B - 一种高镍高碳钢材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高镍高碳钢材料,其含有的化学元素成分及其质量百分比为：C1.2-1.4、Cr1.2-1.5、Ni13.0-13.5、Co2.3-2.5、B0.6-0.8、Si0.2-0.5、铜1.5-1.8、锰4-4.3、钕0.3-0.5、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁。本发明的合金材料不仅具有高碳钢极高的强度、硬度、耐磨性，同时具有较好的韧性和可塑性；稀土元素和硼的使用大大增加了材料的耐磨性；钴的使用增加了材料的热强性能；并使用部分废铁作为原料，使合金的质量稳定均一；本发明高碳钢适合于长期处于高温环境、磨损大的部件。通过加入精炼剂，气孔度降低1-2度。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料制备领域，尤其涉及一种高镍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高镍高碳钢材料及其制备方法，该合金材料具有极高的硬度、强度、耐磨性、较高的韧性的特点。
本发明的技术方案如下：
一种高镍高碳钢材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：C1.2-1.4、Cr1.2-1.5、Ni13.0-13.5、Co2.3-2.5、B0.6-0.8、Si0.2-0.5、铜1.5-1.8、锰4-4.3、钕0.3-0.5、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁。
所述的高镍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、Co；（2）Si、Cr、Ni；（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为12-15分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以180-200℃/小时速率升温至930-950℃，保温3-4小时；再以120-140℃/小时速率降温至640-660℃，保温50-70分钟；再以100-120℃/小时速率降温至320-340℃，保温2-3小时；再以150-170℃/小时速率升温至520-540℃，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、凹凸棒土100-120、生石灰2-3、纳米玉石粉3-4、蒙脱石粉1-2、珍珠岩95-110、BaCO33-4、氟硅酸钠4-5、氟化钙2-3；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
本发明通过使用镍、稀土元素等原料组合，合理设置配比和生产工艺，合理设置投放次序，形成的合金材料不仅具有高碳钢极高的强度、硬度、耐磨性，同时具有较好的韧性和可塑性；稀土元素和硼的使用大大增加了材料的耐磨性；钴的使用增加了材料的热强性能；并使用部分废铁作为原料，使合金的质量稳定均一；本发明高碳钢适合于长期处于高温环境、磨损大的部件。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
一种高镍高碳钢材料,其含有的化学元素成分及其质量百分比为：C1.2-1.4、Cr1.2-1.5、Ni13.0-13.5、Co2.3-2.5、B0.6-0.8、Si0.2-0.5、铜1.5-1.8、锰4-4.3、钕0.3-0.5、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁。
所述的高镍高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）锰、Co；（2）Si、Cr、Ni；（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为14分钟，投料后搅拌均匀。
所述的铸后热处理是：先由室温以190℃/小时速率升温至940℃，保温3.5小时；再以130℃/小时速率降温至650℃，保温60分钟；再以110℃/小时速率降温至330℃，保温2.5小时；再以160℃/小时速率升温至530℃，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：所述的精炼剂由下列重量份(公斤)的原料制成：工具钢粉3、凹凸棒土100-、生石灰2、纳米玉石粉3、蒙脱石粉2、珍珠岩95、BaCO34、氟硅酸钠4、氟化钙3；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。
本发明高镍高碳钢材料的机械性能为：拉伸强度1380MPa，屈服强度973MPa，延伸率13％，断面收缩率23％，冲击吸收功51J，冲击韧性62J/cm2，硬度295HB。
Claims (1)
1.一种高镍高碳钢材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：C1.2-1.4、Cr1.2-1.5、Ni13.0-13.5、Co2.3-2.5、B0.6-0.8、Si0.2-0.5、铜1.5-1.8、锰4-4.3、钕0.3-0.5、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁；
所述的高镍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；
（2）、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为：1）锰、Co；2）Si、Cr、Ni；
（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为12-15分钟，投料后搅拌均匀；
所述的铸后热处理是：先由室温以180-200℃/小时速率升温至930-950℃，保温3-4小时；再以120-140℃/小时速率降温至640-660℃，保温50-70分钟；再以100-120℃/小时速率降温至320-340℃，保温2-3小时；再以150-170℃/小时速率升温至520-540℃，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、凹凸棒土100-120、生石灰2-3、纳米玉石粉3-4、蒙脱石粉1-2、珍珠岩95-110、BaCO33-4、氟硅酸钠4-5、氟化钙2-3；精炼剂的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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