CN109338214B - 高强高韧的凿岩钎具用钢及其生产方法 - Google Patents

高强高韧的凿岩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高韧的凿岩钎具用钢及其生产方法，其化学成分及质量百分含量为：C 0.18%～0.24%、Si 0.80%～1.20%、Mn 2.30%～2.60%、Cr≤0.30%、Mo 0.30%～0.40%、Ni≤0.30%、V 0.06%～0.12%、Al 0.010%～0.040%、P≤0.020%、S≤0.015%、N 0.0050%～0.0080%，余量为Fe和不可避免的杂质。本钢种不添加贵重合金Ni和低淬透性元素Cr，通过提高Si、Mn、Mo、V等合金元素的含量，显著提高了凿岩钎具钢的强度、冲击韧性和淬透性，达到了凿岩钎具低成本、锻造性能良好、高淬透性、高强度、高韧性的要求。本方法采用“冶炼＋连铸＋连轧”的工艺生产，生产流程简便，产品抗拉强度≥1450Mpa，冲击Aku2≥60J；具有成本低、工艺简单、产品性能稳定的特点。

Description

高强高韧的凿岩钎具用钢及其生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，尤其是一种高强高韧的凿岩钎具用钢及其生产方法。
背景技术
随着我国经济建设的快速发展，矿石开采、基础施工、能源建设、交通道路发展等建设工程领域对凿岩钎具的需求日益增多。凿岩钎具是工程建设领域中十分关键的机械零部件，钎具的质量决定了施工过程中的进度及工作效率，因此对钎具产品的性能和质量也提出了更高的要求。凿岩过程中，钎具本身承受着巨大的冲击、扭转以及外部磨损，工作条件十分恶劣，造成凿岩钎具成为一种易损易耗品。目前传统的凿岩钎具一般采用SiMnMo、SiMn、CrMo、CrNiMo等牌号的钢种。凿岩钎具大多使用中高碳钢，锻造性能较差，造成凿岩钎具冲击韧性较低，使用寿命较短，而性能优良的凿岩钎具的用钢使用大量的贵重合金Ni，成本较高。因此迫切需要一种低成本、锻造性能良好、高强高韧的凿岩钎具用钢。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低成本的高强高韧的凿岩钎具用钢；本发明还提供了一种高强高韧的凿岩钎具用钢的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明化学成分及质量百分含量为：C 0.18%～0.24%、Si0.80%～1.20%、Mn 2.30%～2.60%、Cr≤0.30%、Mo 0.30%～0.40%、Ni≤0.30%、V 0.06%～0.12%、Al 0.010%～0.040%、P≤0.020%、S≤0.015%、N 0.0050%～0.0080%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明各化学成分在钢中的作用机理为：
C：提高钢材硬度和强度的主要元素，C含量过低，材料在热处理后强度过低，无法满足凿岩钎具用钢所需强度要求；C含量过高容易降低材料塑、韧性。
Si：显著强化铁素体，是保证强度的必须元素，过低强度不够；过高引起铁素体基体变脆，韧性下降。
Mn：为珠光体形成元素，可降低相变温度，对强度和韧性均有良好作用；但Mn含量过高则容易生成贝氏体，降低材料组织及硬度均匀性。
N：最经济有效的合金化元素，可以通过与Al结合形成AlN加强沉淀强化及细化晶粒效果；但是N含量过高容易生成较多的AlN增大连铸坯裂纹敏感性，同时增加钢中TiN夹杂的含量及尺寸，损害钢材韧性。
Al：与N结合细化晶粒，利于提高强韧性；但Al含量过高容易引起连铸时流动性变差，连铸坯容易产生裂纹，增大钢的冶炼难度。
S：元素控制过高会降低钢的洁净度，恶化钢的性能。
P：增加钢的脆性，降低冲击性能，将P元素含量控制在不超过0.020%，可以防止降低钢的综合性能。
Mo：强化化铁素体，提高钢的强度和硬度，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性，提高钢的耐热性和高温强度，提高钢的耐磨性。钼加入钢中，也能使钢表面钝化，提高钢的抗蚀性与防止点蚀倾向等。
V：钢中常见添加的微合金元素，它可以细化组织晶粒、提高强度和韧性，钒与碳形成的碳化物，在高温下可提高抗氢腐蚀能力，VC是典型的高熔点、高硬度、高弥散度碳化物，是强烈提高耐磨性的元素，对凿岩钎具提高使用寿命特别有用。
本发明方法包括连铸、加热、轧制和冷却工序；所述连铸工序中钢坯的化学成分及质量百分含量如上所述。
本发明方法所述加热工序：钢坯加热至1120～1250℃，保温3～3.5h。
本发明方法所述轧制工序：开轧温度1060～1120℃，终轧温度920～980℃。
本发明方法所述冷却工序：先空冷至380～500℃，再入坑缓冷。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、本发明不添加贵重合金Ni，可有效降低合金成本。2、本发明不添加低淬透性元素Cr，通过添加Mn合金代替Cr合金，提高钢的强度，增加凿岩钎具钢的淬透性。3、本发明通过添加Al形成AlN粒子，细化晶粒，提高强度的同时不损害钢的韧性。4、本发明通过添加Mo提高了微合金元素(V、Ti)在奥氏体中的固溶度，促进微合金碳氮化物在铁素体中的析出，提高钢的强度。Mo能够融入铁素体中析出的微合金碳氮化物的晶格中，形成（V，Mo）（C，N）,从而增强了沉淀强化作用，提高钢的耐热性和高温强度。钼加入钢中，也能使钢表面钝化，提高钢的抗蚀性与防止点蚀倾向等。5、本发明通过添加微合金元素V与碳形成的碳化物，它可以细化组织晶粒、提高强度和韧性，在高温下可提高抗氢腐蚀能力，VC是典型的高熔点、高硬度、高弥散度碳化物，是强烈提高耐磨性的元素，对凿岩钎具提高使用寿命特别有用。6、通过Al、Mo和V的复合作用，显著提高了普通凿岩钎具钢的抗拉强度、冲击韧性、耐磨性，达到了凿岩钎具高强高韧、耐磨性的要求。综上所述，本发明不添加贵重合金Ni和低淬透性元素Cr，通过提高Si、Mn、Mo、V等合金元素的含量，显著提高了凿岩钎具钢的强度、冲击韧性和淬透性，达到了凿岩钎具低成本、锻造性能良好、高淬透性、高强度、高韧性的要求。
本发明方法采用“冶炼＋连铸＋连轧”的工艺生产，生产流程简便，产品抗拉强度≥1450Mpa，冲击Aku2≥60J；具有成本低、工艺简单、产品性能稳定的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1－12：高强高韧的凿岩钎具用钢及其生产方法采用下述工艺。
（1）冶炼工序：包括有转炉冶炼、LF精炼和VD真空处理过程；转炉冶炼的出钢过程中加入锰铁31.6～33.7kg/t，加入硅铁17.6～19.4kg/t，钼铁5.7～6.4kg/t；LF精炼过程中，钢包内加入钒铁1.1～2.6kg/t钢；VD真空处理过程中，脱气处理后喂入铝丝0.1～0.5kg/t钢。各实施例冶炼工序的工艺参数见表1。
表1：冶炼工序的工艺参数
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（2）连铸、加热、轧制和冷却工序：所述连铸工序中，钢水经连铸得到钢坯，所述钢坯的化学成分及质量百分含量见表2。所述加热工序中，钢坯加热至保温温度1120～1250℃，保温时间3～3.5h；为防止奥氏体晶粒过分长大在对钢坯的加热过程要严格控制加热温度及保温时间。所述轧制工序，开轧温度1060～1120℃，终轧温度920～980℃。所述冷却工序中，钢坯经加热、轧制后，先空冷至380～500℃，再入坑缓冷至室温。各实施例所述加热、轧制和冷却工序的工艺参数见表3。
表2：钢坯的化学成分（wt%）
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表2中，化学成分的余量为Fe和不可避免的杂质。
表3：加热、轧制和冷却工序的工艺参数
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（3）性能检测：对实施例1－12所得钎具用钢产品进行力学性能检测，检测结果见表4。
表4：力学性能检测结果
Figure DEST_PATH_IMAGE008
由表4中产品性能检测结果可知实施例1-12中凿岩钎具用钢产品抗拉强度≥1450Mpa，冲击Aku2≥60J，满足了凿岩钎具低成本、锻造性能良好、高淬透性、高强度、高韧性的要求，且产品性能稳定。

Claims (2)

1. 一种高强高韧的凿岩钎具用钢，其特征在于，其化学成分及质量百分含量为：C0.18%～0.24%、Si 0.80%～1.20%、Mn 2.30%～2.60%、Cr≤0.30%、Mo 0.30%～0.40%、Ni≤0.30%、V 0.06%～0.12%、Al 0.010%～0.040%、P≤0.020%、S≤0.015%、N 0.0050%～0.0080%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述钢的抗拉强度≥1450Mpa、冲击Aku2≥60J；所述钢由下述方法生产：包括连铸、加热、轧制和冷却工序；所述加热工序中，钢坯加热至1120～1250℃，保温3～3.5h；所述轧制工序中，开轧温度1060～1120℃，终轧温度920～980℃；所述冷却工序中，先空冷至380～500℃，再入坑缓冷。
2.一种如权利要求1所述的高强高韧的凿岩钎具用钢的生产方法，其特征在于：其包括连铸、加热、轧制和冷却工序；所述连铸工序中钢坯的化学成分及质量百分含量为：C 0.18%～0.24%、Si 0.80%～1.20%、Mn 2.30%～2.60%、Cr≤0.30%、Mo 0.30%～0.40%、Ni≤0.30%、V0.06%～0.12%、Al 0.010%～0.040%、P≤0.020%、S≤0.015%、N 0.0050%～0.0080%，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述加热工序：钢坯加热至1120～1250℃，保温3～3.5h；
所述轧制工序：开轧温度1060～1120℃，终轧温度920～980℃；
所述冷却工序：先空冷至380～500℃，再入坑缓冷。
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