CN105441630B - 一种微合金添加剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微合金添加剂及其应用，属于冶金技术领域。微合金添加剂是一种改善钢材内部组织、细化晶粒，由多种稀有合金元素配制而成的粉末状物质，分为炉前变质剂和浇注孕育剂，在钢材的熔炼、浇注过程中通过自吸式输送喷枪加入；炉前变质剂在熔炼合格(钢水成分合格，达到出炉温度)，钢水从炉中倒入钢包内时均匀加入，加入量：0.5份；浇注孕育剂是在钢水从钢包内浇入型腔时均匀加入，加入量：0.1份。含有微合金添加剂的铸件在凝固过程中，得到细化的晶粒组织，晶相级别可提高1～2个等级，提高钢材的综合机械性能，特别是耐磨性能是未加添加剂的20％以上，大幅度提高了铸件的使用寿命。

Description

一种微合金添加剂及其应用
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种微合金添加剂及其在钢材熔炼中的应用。
背景技术
钢，是对含碳量质量百分比介于0.02份至2.06份之间的铁碳合金的统称，其性能指标包括脆性、延性、弹性、展性和韧性。耐磨钢是当今耐磨材料中用量最大的一种。磨损是铸件失效的主要形式之一，磨损造成了能源和原材料的大量消耗，根据不完全统计，能源的1/3到1/2消耗于摩擦与磨损。据原联邦德国技术科学部估测，原联邦德国因磨损造成的损失每年达到100亿马克。美国机械工程师学会(ASME)和美国能源发展局(ERDA)提出的一项减轻摩擦和磨损的发展计划，可使美国每年节支160亿美元，即为能源消耗的11份。据美国刊物介绍，美国几大类产品每年由于磨损所造成的损失是：飞机134亿美元，船舶64亿美元，汽车400亿美元，切削工具28亿美元。中国对摩擦和磨损所造成的损失尚缺乏全面的统计，根据中国机械部门1974～1975年的调查报告，汽车配件年耗用钢材23万t，其中2/3用于维修，而大部分是由于磨损所致。另据中国电力、建材、冶金、采煤和农机等5个部门的不完全统计，每年备件消耗钢材在150万t以上，以煤矿所用刮板输送机为例，由于中部槽磨损所造成的损失每年为1～2亿元人民币。其他机械设备磨损造成的经济损失和钢材的消耗同样是很惊人。
化工、建材、矿山等耐磨钢和对性能要求比较高的钢材通过普通熔炼工艺铸造出的铸件，其使用性能有待进一步提高，传统的添加剂是单一的微量元素(钒、钼、硼、稀土硅等)，对细化晶粒，提高性能有一定作用，但存在很难控制且效果有限的问题，应用在实际生产中无法达到预期的机械性能指标。
综上所述，亟需本领域技术人员开发出一种能够改善钢材熔炼工艺并提高钢材性能的添加剂，以降低由于磨损造成的损失，满足实际生产需要。
发明内容
本发明的目的之一是为解决上述的问题，提供一种微合金添加剂，并将其应用于钢材的熔炼过程中，作为炉前变质剂和浇注孕育剂，改善钢材熔炼工艺并提高钢材性能。
本发明所采用的技术方案是：
一种微合金添加剂，包括炉前变质剂和浇注孕育剂，所述炉前变质剂的包含如下组分： V、Nb、B、Ti、Re，所述浇注孕育剂包含如下组分：W、Si、Mo、Ti。
进一步的，所述炉前变质剂各组分的重量分数为：V:0.03～0.07份，Nb:0.02～0.06份，B:0.002～0.005份，Ti:0.15～0.3份，Re:0.01～0.06份，粒度为4～6目；所述浇注孕育剂各组分的重量分数为：W:0.015～0.025份，Si:0.1～0.25份，Mo:0.1～0.6份，Ti:0.2～0.5份，粒度为120～220目。
进一步的，所述炉前变质剂各组分的重量分数为：V:0.04～0.06份，Nb:0.02～0.05份，B:0.003～0.005份，Ti:0.15～0.2份，Re0.01～0.05份，粒度为5目；所述浇注孕育剂各组分的重量分数为：W:0.015～0.02份，Si:0.1～0.2份，Mo:0.1～0.5份，Ti:0.2～0.4份，粒度为150～200目。
微合金添加剂应用于钢材熔炼，具体应用步骤如下：
a.称量：按照熔化钢水的总重量，分别称取炉前变质剂和浇注孕育剂，前者按总重量的0.5份称量，后者按总重量的0.1份称量，烘干待用；
b.对钢材料进行熔炼：在钢水熔炼成分的炉前分析合格、达到出炉温度时，从熔炼炉中倒入钢水包的过程中，将所述炉前变质剂均匀加入到钢水中；
c.对钢水进行浇注：在钢水从钢水包中浇注到铸件型腔的过程中，将所述浇注孕育剂均匀加入到钢液中；
d.铸件开箱、打磨、热处理、机加工；
e.晶相分析及机械性能检测。
进一步的，通过自吸式输送喷枪分别将所述炉前变质剂和浇注孕育剂加入到钢水中。
进一步的，所述的自吸式输送喷枪，包括：输送钢管、加料漏斗、球阀和氩气入口；所述氩气入口设置在输送钢管上靠近球阀一端，所述加料漏斗通过球阀与输送钢管连接。
进一步的，通过氩气输送方式加入所述炉前变质剂和所述浇注孕育剂，流量为：0.08Kg/S。
进一步的，所述的出炉温度为1450℃～1480℃。
进一步的，浇筑过程的浇注温度1420℃～1450℃。
本发明的有益效果在于：
加入微合金添加剂后，在以下几个方面有明显的改善效果：
1、晶粒组织：从断面看，未加微合金的晶粒比较粗大，加了微合金添加剂的铸件晶粒比较细小、比较均匀，机械性能和耐磨性大幅度提高；
2、表面硬度：加入微合金添加剂后比未加微合金的初始硬度相差布氏硬度10～20；
3、加工方面：加微合金的高锰钢铸件比较难切削，刀削泛白色，刀片磨损较快；未加微合金的铸件加工安全容易，刀削呈蓝色，刀片寿命长；
4、同种材质，加入微合金的铸件耐磨，使用寿命长。
附图说明
图1所示为本发明实施例中铸件11380-4b-3-2未加微合金的金相照片；
图2所示为本发明实施例中铸件2044-3-3加微合金的金相照片；
图3所示为本发明实施例中铸件4200-5-1加微合金的金相照片；
图4所示为本发明实施例中铸件22131148-12-2加微合金的金相照片；
图5所示为本发明实施例中铸件22131148-12-3加微合金的金相照片；
图6所示为本发明实施例中铸件x7.014-4-2未加微合金的金相照片；
图7所示为本发明实施例中铸件下刀盘-2未加微合金的金相照片；
图8所示为本发明实施例中自吸式输送喷枪的结构示意图；
图9所示为本发明表1中图号为710-11004-01铸件15的金相照片；
图10所示为本发明表1中图号为710-11004-01铸件18金相照片；
图11所示为本发明表1中图号为Z14241B铸件5的金相照片；
图12所示为本发明表1中图号为1380-4B铸件3金相照片。
具体实施方式
下文将结合具体实施例详细描述本发明具体内容。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。
实施例1
一种微合金添加剂包括炉前变质剂和浇注孕育剂，炉前变质剂各组分的重量分数为：V:0.03～0.07份，Nb:0.02～0.06份，B:0.002～0.005份，Ti:0.15～0.3份，Re:0.01～0.06份，粒度为4～6目；浇注孕育剂各组分的重量分数为：W:0.015～0.025份，Si:0.1～0.25份，Mo:0.1～0.6份，Ti:0.2～0.5份，粒度为120～220目。
实施例2
一种微合金添加剂是一种致力改善钢材内部组织、细化晶粒，由多种稀有合金元素配制而成的粉末状物质，分为炉前变质剂和浇注孕育剂。
所述炉前变质剂各组分的重量分数为：V:0.04～0.06份，Nb:0.02～0.05份，B:0.003～0.005份，Ti:0.15～0.2份，Re0.01～0.05份，粒度为5目；所述浇注孕育剂各组分的重量分数为：W:0.015～0.02份，Si:0.1～0.2份，Mo:0.1～0.5份，Ti:0.2～0.4份，粒度为150～200目。
具体加入步骤如下：
步骤1、称量：按照熔化钢水的重量，分别称取炉前变质剂和浇注孕育剂，前者按0.5份称量，后者按0.1份称量，烘干待用。
步骤2、对钢材料进行熔炼：在钢水熔炼合格(成分炉前分析合格、达到出炉温度，出炉温度为1450℃～1480℃)，从熔炼炉中倒入钢水包中时通过自吸式输送喷枪均匀加入炉前变质剂；自吸式输送喷枪的结构如图8所示，包括：输送钢管2、加料漏斗1、球阀3和氩气入口4；所述氩气入口4设置在输送钢管2上靠近球阀3一端，所述加料漏斗1通过球阀3与输送钢管2连接。
步骤3、对钢水进行浇注：在钢水从钢水包中浇注到铸件型腔的过程中通过自吸式输送喷枪均匀加入浇注孕育剂，浇筑过程的浇注温度1420℃～1450℃。
步骤4、铸件开箱、打磨、热处理、机加工。
步骤5、晶相分析及机械性能检测。
铸件在凝固过程中，得到细化的晶粒组织(晶相级别可提高1～2个等级)，提高钢材的综合机械性能，特别是耐磨性能是未加添加剂的20份以上，大幅度提高铸件的使用寿命，为用户带来较好的经济效益。
实施例3
设置对比试验，将常规方法(未加入炉前变质剂和浇注孕育剂)生产的铸件，与通过加入本发明的炉前变质剂和浇注孕育剂生产的铸件进行对比，如图1为铸件11380-4b-3-2未加微合金的金相照片，图6为铸件x7.014-4-2未加微合金的金相照片，图7为铸件下刀盘-2未加微合金的金相照片，图2为铸件2044-3-3加微合金的金相照片，图3为铸件4200-5-1加微合金的金相照片，图4为铸件22131148-12-2加微合金的金相照片，图5为铸件22131148-12-3加微合金的金相照片。对比上述金相照片可知，从断面看晶粒组织，未加微合金的晶粒比较粗大，加了微合金添加剂的铸件晶粒比较细小、比较均匀，机械性能和耐磨性大幅度提高。
1.金相和硬度对比，对比结果如下表1所示：
注：执行标准为GB/T 13925-2010，GB/T 6394-2002；图号为710-11004-01，铸件号为15的金相照片如9所示；图号为710-11004-01铸件18金相照片如图10所示；图号为Z14241B铸件5的金相照片如图11所示；图号为1380-4B铸件3金相照片如图12所示。
由上表1可知：晶粒组织：从断面看，未加微合金的晶粒比较粗大，加了微合金添加剂的铸件晶粒比较细小、比较均匀，机械性能和耐磨性大幅度提高；表面硬度：加入微合金添加剂后比未加微合金的初始硬度相差布氏硬度10～20；
2.力学性能对比：
如下表2为未加微合金铸件力学性能表：
表3为加微合金后铸件力学性能表：
由表2和表3对比可知，在材质相同的情况下，加入微合金添加剂后的铸件的力学性能提高至少19％，冲击功提高至少10％。
本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离 本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (8)

1.一种微合金添加剂，其特征在于，包括炉前变质剂和浇注孕育剂，所述炉前变质剂的包含如下组分：V、Nb、B、Ti、Re，所述浇注孕育剂包含如下组分：W、Si、Mo、Ti；
所述炉前变质剂各组分的含量为：V:0.03～0.07重量份，Nb:0.02～0.06重量份，B:0.002～0.005重量份，Ti:0.15～0.3重量份，Re:0.01～0.06重量份，粒度为4～6目；所述浇注孕育剂各组分的含量为：W:0.015～0.025重量份，Si:0.1～0.25重量份，Mo:0.1～0.6重量份，Ti:0.2～0.5重量份，粒度为120～220目。
2.如权利要求1所述的微合金添加剂，其特征在于，所述炉前变质剂各组分的含量为：V:0.04～0.06重量份，Nb:0.02～0.05重量份，B:0.003～0.005重量份，Ti:0.15～0.2重量份，Re0.01～0.05重量份，粒度为5目；所述浇注孕育剂各组分的含量为：W:0.015～0.02重量份，Si:0.1～0.2重量份，Mo:0.1～0.5重量份，Ti:0.2～0.4重量份，粒度为150～200目。
3.如权利要求2所述的微合金添加剂的应用，其特征在于，应用于钢材熔炼，具体应用步骤如下：
a.称量：按照熔化钢水的总重量，分别称取炉前变质剂和浇注孕育剂，前者按总重量的0.5份称量，后者按总重量的0.1份称量，烘干待用；
b.对钢材料进行熔炼：在钢水熔炼成分的炉前分析合格、达到出炉温度时，从熔炼炉中倒入钢水包的过程中，将所述炉前变质剂均匀加入到钢水中；
c.对钢水进行浇注：在钢水从钢水包中浇注到铸件型腔的过程中，将所述浇注孕育剂均匀加入到钢液中；
d.铸件开箱、打磨、热处理、机加工；
e.晶相分析及机械性能检测。
4.如权利要求3所述的微合金添加剂的应用，其特征在于，通过自吸式输送喷枪分别将所述炉前变质剂和浇注孕育剂加入到钢水中。
5.如权利要求4所述的微合金添加剂的应用，其特征在于，所述的自吸式输送喷枪，包括：输送钢管、加料漏斗、球阀和氩气入口；所述氩气入口设置在输送钢管上靠近球阀一端，所述加料漏斗通过球阀与输送钢管连接。
6.如权利要求5所述的微合金添加剂的应用，其特征在于，通过氩气输送方式加入所述炉前变质剂和所述浇注孕育剂，流量为：0.08Kg/S。
7.如权利要求6所述的微合金添加剂的应用，其特征在于，所述的出炉温度为1450℃～1480℃。
8.如权利要求7所述的微合金添加剂的应用，其特征在于，浇注过程的浇注温度1420℃～1450℃。
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