CN105695879B - 高强韧性空冷钎具用钢及其生产方法 - Google Patents

高强韧性空冷钎具用钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强韧性空冷钎具用钢及其生产方法，其成分重量百分比如下：C：0.1‑0.40%，Si：0.7‑1.3%，Mn:1.7‑2.5%，Cr：0.7‑2.0，Mo：0.1‑0.3%，V：0.04‑0.2%,Al:0.02‑0.6%，Sc：0.001‑0.08%，或同时添加其余稀土元素Ce、La:0.001‑0.02%，余量为铁。Sc来自Al‑Sc中间合金，Sc在中间合金中的重量百分数为1.5‑4%。本发明能增加韧性和塑性，使钎具等构件具有佳强韧性配合，显著提高钎具使用疲劳寿命，不易变形，成本低。

Description

高强韧性空冷钎具用钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体来说涉及一种高强韧性空冷钎具用钢，同时还涉及该高强韧性空冷钎具用钢的生产方法。
背景技术
凿岩钎具为细长杆件，直接进行液体淬火容易导致变形严重无法使用，因此重型钎杆制造均采用低碳合金钢加工成形后进行渗碳风冷淬火、低温回火以降低淬火变形。在表面渗碳层获得马氏体、心部获得马氏体加贝氏体作为最终使用组织。然而这类钢目前大多采用低碳Ni-Cr系钢，它具有性能稳定，强韧性优良，缺口敏感性低、渗碳后表层碳浓度梯度平缓等优点。但较高的Ni含量导致材料成本显著增加，同时这类材料渗碳后表层显微组织较粗大，这对提高钎杆的疲劳寿命不利。为此有人采用低成本的Si-Mn-Mo系低中碳贝氏体钢来代替Ni-Cr系钢以降低成本，这类钢渗碳后在适当空冷冷速条件下，可以获得高的强韧性，其空冷淬透性良好，整个截面上可以获得均匀的贝氏体组织，但Si-Mn-Mo-Cr系空冷贝氏体钢在渗碳过程易于产生晶界氧化，同时还存在第一类回火脆性范围宽等问题，这将损害钎具的疲劳强度和寿命，同时也不利于钎具强韧性的进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点而提供的一种能增加韧性和塑性，使钎具等构件具有佳强韧性配合，显著提高钎具使用疲劳寿命，不易变形，成本低的高强韧性空冷钎具用钢。
本发明的另一目的在于提供该高强韧性空冷钎具用钢的生产方法。
本发明的一种高强韧性空冷钎具用钢，其成分重量百分比如下：
C：0.1-0.40%，Si：0.7-1.3%，Mn: 1.7-2.5%，Cr：0.7-2.0，Mo：0.1-0.3%，V：0.04-0.2%, Al: 0.02-0.6%，Sc：0.001-0.08%，或同时添加其余稀土元素Ce、La: 0.001-0.02%，余量为铁。
上述的一种高强韧性空冷钎具用钢，其中：Sc来自Al-Sc中间合金，Sc在中间合金中的重量百分数为1.5-4%。
一种高强韧性空冷钎具用钢的生产方法，包括以下步骤：
（1）采用Al-Sc中间合金作为添加料，其Sc在中间合金中的重量百分数为1.5-4%，在冶炼脱氧后的精炼过程中采用插入法将该中间合金添加到钢液中均匀化后得到含Al-Sc的钢锭坯；
（2）钢锭坯经1100℃锻轧成材，再经880-900℃加热后空冷： 1-100℃/min冷速获得贝氏体组织，100-200℃/min冷速获得贝氏体+马氏体组织；经100℃-400℃回火；
（3）经900℃-920℃渗碳后在10-200℃/min冷速下常规空冷。
本发明与现有技术相比，具有明显的有益效果，从以上技术方案可知：本发明为大幅降低添加钪元素的成本，采用铝-钪中间合金作为添加料，在精炼脱氧后的冶炼过程采用插入法将中间合金添加到钢液中，由于Al是强脱氧剂，在加入后会与钢液剩余氧结合形成渣上浮后去除掉，保护了钪能有效加入钢中，而Al含量由于脱氧过程消耗了大部，因此剩余少部分Al保留在钢中起到合金化作用。钪加入后主要集中在晶界和亚晶界上，具有细化奥氏体晶粒和亚组织的作用，同时也可与其它稀土元素共同添加，起到以钪为主的多元微合金化作用。另一方面处于晶界上的钪具有较大活性，在渗碳过程遇氧可结合成氧化物起到阻止氧在晶界的扩散，从而保护晶界不产生内氧化。由于钪与Al同时进入钢中，在晶界和亚晶界上含量较高，而钪对空冷后的残留奥氏体具有大的热稳定化作用，因此在一定温度范围回火，亚稳的残留奥氏体不会大量分解，同时，钢中Al的加入会降低贝氏体组织中的残留奥氏体量，这样随回火温度提高，残留奥氏体逐步少量分解有利于保存薄膜状残留奥氏体，从而对材料强韧性起到重要作用。
通过多炉次熔炼实验和分析得出采用中间合金添加到钢中可以起到细化过渡形态贝氏体和马氏体中的亚组织片条尺寸，使韧性和塑性都有大幅增加。采用本发明，在钎具渗碳过程基本可以避免晶界内氧化问题，同时钪、硅等元素对亚稳的残留奥氏体具有重要的热稳定化作用，同时Al又降低了残留奥氏体量，进而显著提高了第一类回火脆性产生的温度，使材料和钎具可以通过提高回火温度来调节强度，增加韧性和塑性，以使钎具等构件具有佳强韧性配合，显著提高钎具使用疲劳寿命。同时本发明在10 ~100℃/min冷速范围内整个截面可以获得均匀的贝氏体组织，超过100/min冷速可获得部分马氏体组织，具有较大的空冷淬透性。这对细长的凿岩钎具可以通过降低风冷速率来进一步减少冷却过程产生的变形，也就减少了钎具后续的校直量，对提高钎具服役寿命具有很好的作用。
具体实施方式
实施例1：
一种高强韧性空冷钎具用钢的生产方法，包括以下步骤：
按重量百分比如下：
C：0.323%，Si：1.05%，Mn: 2.092%，Cr：1.8，Mo：0.25%，V：0.08%, Al: 0.127%，Sc：0.008%，或同时添加其余稀土元素Ce、La: 0.001-0.02%，余量为铁。
（1）采用Al-Sc中间合金作为添加料，其Sc在中间合金中的重量百分数为1.5%。在冶炼脱氧后的精炼过程中采用插入法将该中间合金添加到钢液中均匀化后得到含Al-Sc的钢锭坯；
（2）钢锭坯经1100℃锻轧成材，再经880℃加热后空冷：50℃/min冷速获得贝氏体组织，经250℃回火均具有优异的强韧性，不产生第一类回火脆性；
（3）经900℃渗碳后在100℃/min冷速下常规空冷。经检测表面硬度HRC60，无内氧化缺陷，心部HRC38。
实施例2：
一种高强韧性空冷钎具用钢的生产方法，包括以下步骤：
按重量百分比如下：
C：0.193%，Si：1.02%，Mn: 2.02%，Mo：0.21%，Cr：1.2，V：0.11%, Al: 0.501%，Sc：0.010%，或同时添加其余稀土元素Ce: 0.006%余量为铁。
（1）采用Al-Sc中间合金作为添加料，其Sc在中间合金中的重量百分数为2%。在冶炼脱氧后的精炼过程中采用插入法将该中间合金添加到钢液中均匀化后得到含Al-Sc的钢锭坯；
（2）钢锭坯经1100℃锻轧成材，再经880℃加热后空冷，100℃/min冷速获得贝氏体+马氏体组织，经250℃回火均具有优异的强韧性，不产生第一类回火脆性；
（3）经920℃渗碳后在100℃/min冷速下空冷，经检测表面硬度可获得HRC58，无内氧化缺陷，心部HRC39。
实施例3：
一种高强韧性空冷钎具用钢的生产方法，包括以下步骤：
按重量百分比如下：
C：0.1%，Si：0.7%，Mn: 1.7%， Mo：0.1%，Cr：0.7，V：0.2%, Al: 0.02%，Sc：0.001%，或同时添加其余稀土元素Ce、La: 0.02，余量为铁。
（1）采用Al-Sc中间合金作为添加料，其Sc在中间合金中的重量百分数为3%。在冶炼脱氧后的精炼过程中采用插入法将该中间合金添加到钢液中均匀化后得到含Al-Sc的钢锭坯；
（2）钢锭坯经1100℃锻轧成材，再经900℃加热后空冷，200℃/min冷速获得贝氏体+马氏体组织，经180℃回火均具有优异的强韧性，不产生第一类回火脆性；
（3）经910℃渗碳后在10℃/min冷速下空冷，表面硬度可获得HRC56，无内氧化缺陷，心部HRC35。
实施例4：
一种高强韧性空冷钎具用钢的生产方法，包括以下步骤：
按重量百分比如下：
C：0.40%，Si：1.3%，Mn：2.5%, Mo：0.3%，Cr：2.0，V：0.04%, Al: 0.6%，Sc：0.08%，或同时添加其余稀土元素Ce、La: 0.001%余量为铁。
（1）采用Al-Sc中间合金作为添加料，其Sc在中间合金中的重量百分数为4%。在冶炼脱氧后的精炼过程中采用插入法将该中间合金添加到钢液中均匀化后得到含Al-Sc的钢锭坯；
（2）钢锭坯经1100℃锻轧成材，再经900℃加热后空冷，100℃/min冷速获得贝氏体+马氏体组织，经400℃回火均具有优异的强韧性，不产生第一类回火脆性；
（3）经920℃渗碳后在200℃/min冷速下空冷，表面硬度可获得HRC63，无内氧化缺陷，心部HRC40。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种高强韧性空冷钎具用钢，其成分重量百分比如下：
C：0.40%，Si：1.3%，Mn:2.5%，Cr：2.0，Mo：0.3%，V：0.04%,Al:0.6%，Sc：0.08%，或同时添加其余稀土元素Ce、La:0.001%，余量为铁。
2.如权利要求1所述的一种高强韧性空冷钎具用钢，其中：Sc来自Al-Sc中间合金，Sc在中间合金中的重量百分数为1.5-4%。
3.一种权利要求1所述的高强韧性空冷钎具用钢的生产方法，包括以下步骤：
（1）采用Al-Sc中间合金作为添加料，其Sc在中间合金中的重量百分数为1.5-4%，在冶炼脱氧后的精炼过程中采用插入法将该中间合金添加到钢液中均匀化后得到含Al-Sc的钢锭坯；
（2）钢锭坯经1100℃锻轧成材，再经880-900℃加热后空冷：1-100℃/min冷速获得贝氏体组织，100-200℃/min冷速获得贝氏体+马氏体组织；经100℃-400℃回火；
（3）经900℃-920℃渗碳后在10-200℃/min冷速下常规空冷。
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