CN104131240B - 一种低碳高铌耐冲击性合金钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低碳高铌耐冲击性合金钢及其制造方法，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.1-0.3%、硅0.2-0.5%、锰0.3-0.5%、铌1.2-1.3%、钛0.57-0.63%、钌0.05-0.06%、钇0.004-0.007%、铼0.01-0.02%、锂0.2-0.4%、铍0.08-0.1%、钼0.023-0.058%、铋0.062-0.065%、钡0.2-0.32%、硫0.05-0.06%、磷0.022-0.025%、余量为铁；本发明以低合金、低碳原则，通过添加铌、钛、钌、钇、铼金属元素以及多种其他原料组合，使得合金钢获得的合金钢常规力学性能良好，有较强的耐冲击性，本发明的合金钢结构稳定，硬度高，强度大，能较广泛地应用于制造高强度钻头。

Description

一种低碳高铌耐冲击性合金钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种合金钢及其制造方法，特别涉及一种低碳高铌耐冲击性合金钢的制造方法。

背景技术

在现有技术中，合金钢的碳含量都较高，例如美国材料与试验协会标准ASTMA709/A709M-01b中的100、100W钢，其碳含量大于0.10%，这种合金钢虽然具有高强度，但其韧性、焊接性能都较差；目前国内的实际应用中，依然是高锰钢一统天下，几种主流材质中，高锰钢韧性好，但是耐磨性和耐腐蚀性还不理想；高铬铸铁耐磨性好，但韧性又差；中低合金钢脆性和耐腐蚀性都不达标，需要从原材料、工艺等方面研究开发综合性能更加优异的衬板材料，以提高生产效率，减少磨损，降低成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低碳高铌耐冲击性合金钢的制造方法。

本发明采用如下技术方案：

低碳高铌耐冲击性合金钢，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.1-0.3%、硅0.2-0.5%、锰0.3-0.5%、铌1.2-1.3%、钛0.57-0.63%、钌0.05-0.06%、钇0.004-0.007%、铼0.01-0.02%、锂0.2-0.4%、铍0.08-0.1%、钼0.023-0.058%、铋0.062-0.065%、钡0.2-0.32%、硫0.05-0.06%、磷0.022-0.025%、余量为铁。

低碳高铌耐冲击性合金钢的制造方法，包括以下步骤：

（1）将高碳锰铁、生铁和废钢按等1:1：3-4混合，再加入废铁，熔炼成钢水，再加入硅含量为50%的硅铁合金，于1550℃-1600℃下，依次加入重量为硅铁合金量的0.2-0.4%的硼砂脱氧剂、0.3-0.5%碳酸钡和0.5-1.5%碳酸钙，搅拌混合均匀；

（2）按化学元素成分的质量百分比称取氧化钌、二氧化钛和氧化钇；充分混合均匀压片，进行烧制，烧制的温度为1000-1200摄氏度；最后进行烧制金和喷雾造粒，其造粒的颗粒粒度为50-100目；

（3）将步骤（2）的混合粉末加入步骤（1）炼钢炉中，熔融搅拌混合后，再向其中按组成原料质量百分比加入其他剩余合金元素，在0.1-0.15%氧体积含量的氮气氛中，在1450-1620℃温度下保温20-30分钟，然后取样，分析成分后，调整成分，熔化20-30min，铸造成型，出钢温度为1360-1550℃，然后在0.15-0.18%氧体积含量的氮气氛中以70-90℃/小时速率降温至室温即得；

（4）热处理：将铸件从室温开始匀速升温至500℃，用时60-70分钟；保温40-50分钟；然后进行二次升温，升温至550-600℃；用时10-15分钟；保温30-40分钟；然后进行三次升温，调整升温速率，升温至680-730℃；用时18-25分钟；保温55-65分钟，保温结束后采用直接出炉，用风扇迅速降温。

本发明的有益效果：

本发明以低合金、低碳原则，通过添加铌、钛、钌、钇、铼金属元素以及多种其他原料组合，使得合金钢获得的合金钢常规力学性能良好，有较强的耐冲击性，本发明的合金钢结构稳定，硬度高，强度大，能较广泛地应用于制造高强度钻头。

具体实施方式

实施例1：低碳高铌耐冲击性合金钢，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.2%、硅0.35%、锰0.4%、铌1.25%、钛0.6%、钌0.055%、钇0.005%、铼0.015%、锂0.3%、铍0.09%、钼0.04%、铋0.063%、钡0.25%、硫0.055%、磷0.023%、余量为铁。

低碳高铌耐冲击性合金钢的制造方法，包括以下步骤：

（1）将高碳锰铁、生铁和废钢按等1:1：3.5混合，再加入废铁，熔炼成钢水，再加入硅含量为50%的硅铁合金，于1580℃下，依次加入重量为硅铁合金量的0.3%的硼砂脱氧剂、0.4%碳酸钡和1%碳酸钙，搅拌混合均匀；

（2）按化学元素成分的质量百分比称取氧化钌、二氧化钛和氧化钇；充分混合均匀压片，进行烧制，烧制的温度为1100摄氏度；最后进行烧制金和喷雾造粒，其造粒的颗粒粒度为80目；

（3）将步骤（2）的混合粉末加入步骤（1）炼钢炉中，熔融搅拌混合后，再向其中按组成原料质量百分比加入其他剩余合金元素，在0.13%氧体积含量的氮气氛中，在1450-1620℃温度下保温25分钟，然后取样，分析成分后，调整成分，熔化20-30min，铸造成型，出钢温度为1360-1550℃，然后在0.15%氧体积含量的氮气氛中以80℃/小时速率降温至室温即得；

（4）热处理：将铸件从室温开始匀速升温至500℃，用时65分钟；保温45分钟；然后进行二次升温，升温至580℃；用时12分钟；保温35分钟；然后进行三次升温，调整升温速率，升温至700℃；用时20分钟；保温60分钟，保温结束后采用直接出炉，用风扇迅速降温。

本发明制造的的合金钢材料试验数据：抗拉强度σb≥1315MPa；屈服强度σ_0.2≥1210MPa；冲击吸收功64J，低温冲击韧性σku(-40℃)≥61.3J/cm²；硬度HRC68-71。

Claims (2)

1.一种低碳高铌耐冲击性合金钢，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.1-0.3%、硅0.2-0.5%、锰0.3-0.5%、铌1.2-1.3%、钛0.57-0.63%、钌0.05-0.06%、钇0.004-0.007%、铼0.01-0.02%、锂0.2-0.4%、铍0.08-0.1%、钼0.023-0.058%、铋0.062-0.065%、钡0.2-0.32%、硫0.05-0.06%、磷0.022-0.025%、余量为铁。

2.一种如权利要求1所述的低碳高铌耐冲击性合金钢的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将高碳锰铁、生铁和废钢按1:1：3-4混合，再加入废铁，熔炼成钢水，再加入硅含量为50%的硅铁合金，于1550℃-1600℃下，依次加入重量为硅铁合金量的0.2-0.4%的硼砂脱氧剂、0.3-0.5%碳酸钡和0.5-1.5%碳酸钙，搅拌混合均匀；

（2）按化学元素成分的质量百分比称取氧化钌、二氧化钛和氧化钇；充分混合均匀压片，进行烧制，烧制的温度为1000-1200摄氏度；最后进行烧制和喷雾造粒，其造粒的颗粒粒度为50-100目；

（3）将步骤（2）的混合粉末加入步骤（1）炼钢炉中，熔融搅拌混合后，再向其中按组成原料质量百分比加入其他剩余合金元素，在0.1-0.15%氧体积含量的氮气氛中，在1450-1620℃温度下保温20-30分钟，然后取样，分析成分后，调整成分，熔化20-30min，铸造成型，出钢温度为1360-1550℃，然后在0.15-0.18%氧体积含量的氮气氛中以70-90℃/小时速率降温至室温即得；

（4）热处理：将铸件从室温开始匀速升温至500℃，用时60-70分钟；保温40-50分钟；然后进行二次升温，升温至550-600℃；用时10-15分钟；保温30-40分钟；然后进行三次升温，调整升温速率，升温至680-730℃；用时18-25分钟；保温55-65分钟，保温结束后采用直接出炉，用风扇迅速降温。