CN105478702A - 用于细化TiC颗粒增强型耐磨钢中TiC的方法 - Google Patents

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穆润青
孙新军
李昭东
雍岐龙
贾书君
刘清友
康韶光
朱秀光
高助忠
吴建鹏
李经涛
刘俊
陈玉辉
徐国庆
韩全君
潘贵明
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Abstract

一种用于细化TiC颗粒增强型耐磨钢中TiC的方法，属于合金钢技术领域。采用连铸工艺，工艺参数如为：浇注温度：液相线温度+(20-40℃)；板坯结晶器：热流密度0.8-2.5MW/m2；二冷比水量：0.3-0.8L/kg；矫直点温度大于950℃。可有效细化、均匀化碳化物颗粒尺寸，大幅提高材料的塑韧性。与模铸工艺相比，钢板中TiC平均尺寸可从5μm细化至1μm，钢板延伸率从7％提高到11％，室温冲击功从12J提高至20J，冷弯性能满足弯心直径6a，90度合格。

Description

用于细化TiC颗粒增强型耐磨钢中TiC的方法
技术领域
本发明属于合金钢技术领域，特别是提供了用于细化TiC颗粒增强型耐磨钢中TiC的方法，可有效细化、均匀化碳化物颗粒尺寸，大幅提高材料的塑韧性。
背景技术
耐磨钢广泛应用于工作条件特别恶劣，要求高强度、高耐磨性能的工程、采矿、建筑、农业、水泥生产、港口、电力以及冶金等机械产品上，如刮板运输机、转载机、挖掘机、自卸车及各种矿山机械等。传统低合金耐磨钢的组织通常选择单相马氏体，提高其耐磨性的主要方法是提高钢中碳含量和淬火马氏体的硬度。然而，随着硬度的增加，钢的加工性和焊接性将严重恶化，难以满足装备制造相关要求。发明专利申请“一种超硬粒子增强型马氏体耐磨钢板及其制造方法，申请号：CN201410742793”提供一种TiC颗粒增强型马氏体耐磨钢板及其制造方法，解决了现有高硬度耐磨钢焊接性能及加工性能差、难以满足设备制造要求的难题，钢板耐磨性可达相同硬度传统马氏体耐磨钢的1.5倍。但是TiC粒子的引入对材料的塑韧性具有不利影响，特别是在采用模铸工艺下，TiC粒子尺寸较粗大且分布不均匀，钢材韧塑性显著降低。例如，传统马氏体耐磨钢Hardox450的室温冲击功约为30-50J，而采用模铸生产的TiC颗粒增强型马氏体耐磨钢冲击功仅为10-15J，且冷弯性能也较差。因此，如何细化、均匀化TiC粒子的尺寸成为TiC颗粒增强型耐磨钢工业化应用的关键技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供用于细化TiC颗粒增强型耐磨钢中TiC的方法，大幅改善钢材的塑韧性，解决工程使用过程中冷弯及韧性不足等问题。本发明提供一种的超硬粒子TiC增强型耐磨钢的生产方法，可使析出相平均尺寸细化到1μm左右，延伸率提高到10％以上，室温冲击功可提高至18-25J，冷弯性能可实现弯心直径6a、90度合格，同时耐磨性基本保持不变。
本发明工艺的耐磨钢板化学组成与CN201410742793提供的成分相同，按重量百分含量(wt.％)为C：0.20-0.40；Mn：0.50-1.00；Si：0.30-0.60；Cr：0.50-0.80；Ni：0.40-0.60；Mo：0.30-0.40；Ti：0.40-0.80；Cu：0.30-0.50；B:0.0005-0.003；S≤0.005；P≤0.015；余量为Fe和不可避免的杂质元素。
此类钢成分设计的基本思路是在凝固过程中形成一定数量的析出相(TiC)，因为只有在凝固过程析出的微合金碳化物才能达到微米级，而只有微合金碳化物尺寸达到微米级时才可以大幅提高基体的抗磨粒磨损性能。由于在凝固过程中发生离异共晶相变，微合金碳化物在相变时作为单独一相分布于晶界、枝晶等最后凝固处，使得共晶组织两相交替的特征消失。细化碳化物的主要技术思路是控制凝固过程冷却，通过提高冷速增加碳化物的形核位置，细化碳化物尺寸，均匀化碳化物分布。
模铸生产钢锭热流密度在10-50KW/m2之间，厚板坯连铸生产时结晶器的热流密度约为在0.8-2MW/m2，而薄板坯连铸生产时结晶器的热流密度可以达到3-7MW/m2，热流密度提高了1-1.5个数量级。连铸坯冷却到700℃约20分钟，平均冷却约为40℃/分钟；而模铸生产时钢锭冷却到700℃大约需要6-10小时，冷速约1-3℃/分钟。连铸坯凝固冷却速度与模铸生产时钢锭的冷却速度约差1-1.5个数量级。TiC的颗粒尺寸随冷速的升高显著细化，颗粒尺寸与凝固冷速的关系见附图。
本发明的生产工艺流程及主要参数如下：
转炉冶炼—炉外精炼(LF-RH/VD)—板坯连铸—铸坯加热—轧制—热处理；
其中连铸及轧制是控制析出相尺寸的关键工序；
连铸工序工艺参数：
1)浇注温度：液相线20-40℃；
浇注温度较常规钢种提高5-10℃，主要原因是减少高钛钢连铸过程的“结鱼”，保证生产顺行；
2)板坯结晶器：热流密度0.8-2.5MW/m2；
结晶器要保证足够的冷却强度以细化TiC颗粒尺寸；
3)二冷比水量：0.3-0.8L/kg；
采用前段强冷，后段弱冷的原则；
4)矫直点温度大于950℃；
此钢种塑性较低，低于950℃进入第二脆性区，面缩率小于50％，因此要保证矫直点高于950℃，才能减少板坯横裂纹；
轧制工艺参数：
加热温度：1200-1220℃；
终轧温度：小于900℃；
压缩比大于3。保证TiC颗粒碎化，均匀化。
采用本发明提供的工艺参数，和模铸生产相比，钢板中TiC的体积分数基本保持不变，仍为0.5-1.5％；TiC平均尺寸可从5μm细化至1μm，钢板延伸率从7％提高到11％，室温冲击功从12J提高至20J，冷弯性能满足弯心直径6a，90度合格。通过连铸工艺细化了微米级TiC，有效改善了TiC颗粒增强型马氏体耐磨钢的塑韧性，解决了钢板机加工及实际工况使用时的力学性能问题，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为TiC颗粒尺寸与凝固冷速之间的关系图。
图2为采用本发明工艺生产超硬粒子增强型马氏体耐磨钢铸态组织图，图中白色粒子为TiC。
图3为采用模铸工艺生产超硬粒子增强型马氏体耐磨钢铸态组织图，图中白色粒子为TiC。
图4为采用本发明工艺生产超硬粒子增强型马氏体耐磨钢的轧态组织图，TiC粒子粒度分布。
图5为采用模铸工艺生产超硬粒子增强型马氏体耐磨钢的轧态组织图，TiC粒子粒度分布。
具体实施方式：
实施例1、本发明的化学组成按重量百分含量为：C：0.31；Si：0.48；Mn：0.92；Cr：0.91；Ni：0.51；Mo：0.32，Ti，0.58，Cu：0.35；S：0.005，P：0.015，余量为Fe及不可避免的杂质。制造工艺：转炉冶炼，LF精炼，板坯连铸(板坯厚度：250mm)，轧制，热处理；
连铸工艺参数：
浇注温度：1520℃；
结晶器热流密度：1.1MW/m2；
二冷比水量：0.35L/kg；
矫直点温度：960℃；
轧制工艺参数：
加热温度：1220℃；
终轧温度：890℃；
压缩比：8.3。
其余工艺参数参考CN104357758A。
实施例2、本发明的化学组成按重量百分含量为：C：0.31；Si：0.48；Mn：0.92；Cr：0.91；Ni：0.51；Mo：0.32，Ti，0.58，Cu：0.35；S：0.005，P：0.015，余量为Fe及不可避免的杂质。制造工艺：转炉冶炼，LF精炼，板坯连铸(板坯厚度：150mm)，轧制，热处理；
连铸工艺参数：
浇注温度：1515℃；
结晶器热流密度：2.1MW/m2；
二冷比水量：0.35L/kg；
矫直点温度：1030℃；
轧制工艺参数：
加热温度：1220℃；
终轧温度：890℃；
压缩比：5。
其余工艺参数参考CN104357758A。
试样编号 屈服强度(Rp0.2)，MPa 抗拉强度，MPa 延伸率A5，％ 表面硬度(HB) 冲击功(室温)，J
实施例1# 1110 1320 10.5 465 23
实施例2# 1130 1350 10.5 455 21

Claims (2)

1.一种细化TiC颗粒增强型耐磨钢中TiC的工艺方法，其特征是：采用连铸工艺，参数如下：
1)浇注温度：液相线20-40℃；
2)板坯结晶器：热流密度0.8-2.5MW/m2；
3)二冷比水量：0.3-0.8L/kg；
4)矫直点温度大于950℃；
5)轧制工艺参数：
加热温度：1200-1220℃；
终轧温度：小于900℃；
压缩比大于3。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：钢板中TiC的体积分数保持不变，仍为0.5-1.5％；TiC平均尺寸从5um细化至1um，钢板延伸率从7％提高到11％，室温冲击功从12J提高至20J，冷弯性能满足弯心直径6a，90度合格。
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