CN112626305A - 一种用于高速钢材质中加入vc颗粒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高性能复合材料技术领域，具体涉及一种用于高速钢材质中加入VC颗粒的方法，制备出与高速钢材质钢液密度相近的VC颗粒，采用感应熔炼炉内熔炼高速钢材质，在1min内均匀加入3～6%wt的VC颗粒；本发明加入VC颗粒试样的试样硬度比未加入颗粒试样的硬度提高1.2倍，而对于耐磨性，加入颗粒的试样是未加入颗粒样的1.6倍以上，加入VC颗粒的高速钢轧辊材料在使用寿命上相对于未加入VC颗粒的高速钢轧辊材料大幅提高。

Description

一种用于高速钢材质中加入VC颗粒的方法
技术领域
本发明涉及高性能复合材料技术领域，具体涉及一种用于高速钢材质中加入VC颗粒的方法。
背景技术
随着钢铁领域发展，尤其是高强、超薄等钢种的崛起，提高轧制行业主要部件的轧辊耐磨性以及抗热疲劳性能，提升我国钢厂整体轧辊质量，降低轧辊消耗量势在必行。提高轧辊材料性能单凭加入高合金等传统方式已不能提高产品性价比，加入的Cr、Mo等合金元素均以块状的聚集碳化物析出。VC颗粒熔点高、硬度大，线膨胀系数小，具有良好的稳定性，如果能利用VC颗粒高强度、高耐磨性的性能将使传统耐磨材料发生质的变化，如何将VC颗粒很好的熔入基体，如何选取基体材料，都是开发颗粒材料急需解决的问题。
发明内容
本发明目的是在高速钢材质中加入VC颗粒，来提高轧制行业轧辊耐磨性以及抗热疲劳性能，提升轧辊质量，降低轧辊消耗量。
为实现上述技术，本发明提供如下技术方案：
一种用于高速钢材质中加入VC颗粒的方法，包括如下步骤：
步骤A、制备出与高速钢材质钢液密度相近的VC颗粒，对VC颗粒进行破碎、碾磨使其粒度为1～3mm，然后将VC颗粒在100-130℃下干燥、预热待用；
步骤B、在感应熔炼炉内熔炼高速钢材质，在熔炼钢液达到设计要求后提温至1650～1750℃，低功率保温1.5～3min，保证钢液表面无钢渣；
步骤C、不停电的情况下1min内均匀加入3～6％wt的VC颗粒，然后大功率送电，电磁搅拌，送电过程中保证熔炼钢液温度不超过1600℃，搅拌1.5～3min后停电、浇注。
进一步的，所述步骤A或步骤B中的高速钢材质的合金成分重量百分比为：C1.3～1.5％，Si0.9～1.1％，Mn0.9～1.1％，P≤0.05％，S≤0.06％，15％≥Cr+Mo≥10％，1.5≤V≤2.5％，余量为Fe。
进一步的，所述Cr、Mo重量百分比15％≥Cr+Mo≥10％中，Cr、Mo取其两种或任一种。
进一步的，所述步骤A中VC颗粒是烧结VC，烧结VC的制备方法是将C粉和VFe粉均匀混合后，采用放电等离子烧结装置进行烧结，烧结温度为1300～1400℃，保温6～10min，烧结VC呈疏松结构。
进一步的，VC颗粒的密度是7.6～7.8g/cm3。
进一步的，所述步骤B中的低功率保温的低功率为10～13kW。
进一步的，所述步骤C中的大功率送电中的大功率为40～60kW。
与现有技术相比，本发明提供的一种用于高速钢材质中加入VC颗粒的方法有益效果如下：
1.本发明提供一种用于高速钢材质中加入VC颗粒的方法，对基体材料成分、VC颗粒的加入方式、加入时机及加入后熔解时间进行了研究，针对颗粒的熔入方式，最终目的是能保证VC颗粒能以质点的形式在分布在钢液中，提供形核剂，起到非均匀形核的作用，提高形核率。
2.本发明提供一种用于高速钢材质中加入VC颗粒的方法，以感应熔炼炉为熔炼设备，通过炉内加入颗粒的方式，利用感应熔炼炉自身的磁搅拌功能，使颗粒均匀分布在钢液内部，在加入颗粒后的保温时间，一方面使颗粒有足够的时间进行分布，另一方面不会使颗粒在高温钢液中分解。
3.本发明提供一种用于高速钢材质中加入VC颗粒的方法，改善基体中耐磨相即碳化物的形貌，降低共晶碳化物的平均尺寸，提高晶粒状碳化物的比例。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种用于高速钢材质中加入VC颗粒的显微组织示意图。
图2为本发明实施例7中显微组织示意图。
具体实施方式
下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，所述一种用于高速钢材质中加入VC颗粒的方法，包括如下步骤：
步骤A、制备出与高速钢材质钢液密度相近的VC颗粒，对VC颗粒进行破碎、碾磨使其粒度为1～3mm，然后将VC颗粒在100-130℃下干燥、预热待用；
步骤B、在感应熔炼炉内熔炼高速钢材质，在熔炼钢液达到设计要求后提温至1650～1750℃，低功率保温1.5～3min，保证钢液表面无钢渣；
步骤C、不停电的情况下1min内均匀加入3～6％wt的VC颗粒，然后大功率送电，电磁搅拌，送电过程中保证熔炼钢液温度不超过1600℃，搅拌1.5～3min后停电、浇注。
优选的，所述步骤A或步骤B中的高速钢材质的合金成分重量百分比为：C1.3～1.5％，Si0.9～1.1％，Mn0.9～1.1％，P≤0.05％，S≤0.06％，15％≥Cr+Mo≥10％，1.5≤V≤2.5％，余量为Fe。
优选的，所述Cr、Mo重量百分比15％≥Cr+Mo≥10％中，Cr、Mo取其两种或任一种。
优选的，所述步骤A中VC颗粒是烧结VC，烧结VC的制备方法是将C粉和VFe粉均匀混合后，采用放电等离子烧结装置进行烧结，烧结温度为1300～1400℃，保温6～10min，烧结VC呈疏松结构。
优选的，VC颗粒的密度是7.6～7.8g/cm3。
优选的，所述步骤B中的低功率保温的低功率为10～13kW。
优选的，所述步骤C中的大功率送电中的大功率为40～60kW。
步骤A，制备出与高速钢材质钢液密度相近的VC颗粒，对VC颗粒进行破碎、碾磨使其粒度为1～3mm，然后将VC颗粒在130℃下干燥、预热待用；
步骤B，在感应熔炼炉内熔炼高速钢材质，在熔炼钢液达到设计要求后提温至1650～1750℃，低功率保温1.5～3min，提高钢液内部温度均匀性，保证钢液表面无钢渣；
步骤C，不停电的情况下1min内均匀加入3～6％wt的VC颗粒，然后大功率送电，电磁搅拌，送电过程中保证熔炼钢液温度不超过1600℃，搅拌1.5～3min后停电、浇注。
步骤A或步骤B中的高速钢材质的合金成分及各合金成分的重量百分比含量为：C1.3～1.5％，Si0.9～1.1％，Mn0.9～1.1％，P≤0.05％，S≤0.06％，15％≥Cr+Mo≥10％，1.5≤V≤2.5％，余量为Fe。
Cr、Mo中，15％≥Cr+Mo≥10％，1.5≤V≤2.5％，由于需在基体内形成碳化物，因此需加入一定量的碳化物形成元素，同时，为降低加入的VC颗粒作为合金熔入基体的概率，一方面在溶液中加入一定量的V(1.5≤V≤2.5％)，降低VC在基体中的熔解度，因此Cr、Mo可选一种或两种，只要具备一定的碳化物析出即可。
步骤A中VC颗粒是烧结VC，烧结VC的制备方法是将C粉和VFe粉均匀混合后，采用放电等离子烧结装置进行烧结，烧结温度为1300～1400℃，保温6～10min，烧结VC呈疏松结构，这样制备的VC颗粒的密度是7.6～7.8g/cm3，由于钢液密度是7.8左右，因此特制的VC颗粒恰好悬浮并均匀分布在高速钢钢液内部中，并以颗粒的形式镶嵌在基体中。
步骤B中的低功率保温的低功率为10～13kW，可以确保钢液不会因低温凝固。步骤C中的大功率送电中的大功率为40～60kW，在加入颗粒后的保温时间，一方面使颗粒有足够的时间进行分布，另一方面不会使颗粒在高温钢液中分解。
如图1所示的显微组织图片，在放大500倍的情况下，碳化物形貌呈颗粒状，大块状聚集碳化物明显减小，加入的VC起到形核质点的作用。
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1
以废钢为原料，利用100～200Kg熔炼炉进行熔炼，成分达到高速钢基体组分：C1.33％，Si0.95％，Mn1.05％，P≤0.05％，S≤0.06％，Cr+Mo＝11.56％，V＝1.80％和Fe余量的标准成分后，将钢液温度加热到1700℃，12kW低功率送电保温2min后保证钢液表面无钢渣，然后在不停电的情况下1min内均匀加入VC颗粒，VC颗粒加入量为钢液的5％wt，然后50kW大功率送电，加颗粒结束后送电过程中钢液温度保持在1600℃保温并电磁搅拌2min，搅拌保温后停电、出炉、浇注；VC颗粒是烧结VC，烧结VC的制备方法是将C粉和VFe粉均匀混合后，采用放电等离子烧结装置进行烧结，烧结温度为1300～1400℃，保温6～10min，烧结VC呈疏松结构。
实施例2
本实施例与实施例1的区别为：以废钢为原料，利用100～200Kg熔炼炉进行熔炼，成分达到高速钢基体组分：C1.39％，Si0.99％，Mn0.99％，P≤0.05％，S≤0.06％，Cr+Mo＝11.30％和Fe余量的标准成分后，将钢液温度加热到1680℃，11kW低功率送电保温1.5min后保证钢液表面无钢渣，然后在不停电的情况下1min内均匀加入VC颗粒，VC颗粒加入量为钢液的3％wt，然后40kW大功率送电，加颗粒结束后送电过程中钢液温度保持在1590℃保温并电磁搅拌1.5min，搅拌保温后停电、出炉、浇注。
实施例3
本实施例与实施例1的区别为：本实施例与实施例1的区别为：以废钢为原料，利用100～200Kg熔炼炉进行熔炼，成分达到高速钢基体组分：C1.4％，Si1.0％，Mn1.0％，P≤0.05％，S≤0.06％，Cr+Mo＝13％和Fe余量的标准成分后，将钢液温度加热到1710℃，12kW低功率送电保温2.5min后保证钢液表面无钢渣，然后在不停电的情况下1min内均匀加入VC颗粒，VC颗粒加入量为钢液的4％wt，然后45kW大功率送电，加颗粒结束后送电过程中钢液温度保持在1580℃保温并电磁搅拌2.5min，搅拌保温后停电、出炉、浇注。
实施例4
本实施例与实施例1的区别为：本实施例与实施例1的区别为：以废钢为原料，利用100～200Kg熔炼炉进行熔炼，成分达到高速钢基体组分：C1.50％，Si1.05％，Mn1.06％，P≤0.05％，S≤0.06％，Cr+Mo＝13.9％和Fe余量的标准成分后，将钢液温度加热到1720℃，12kW低功率送电保温2.5min后保证钢液表面无钢渣，然后在不停电的情况下1min内均匀加入VC颗粒，VC颗粒加入量为钢液的4.5％wt，然后55kW大功率送电，加颗粒结束后送电过程中钢液温度保持在1595℃保温并电磁搅拌3min，搅拌保温后停电、出炉、浇注。
实施例5
本实施例与实施例1的区别为：本实施例与实施例1的区别为：以废钢为原料，利用100～200Kg熔炼炉进行熔炼，成分达到高速钢基体组分：C1.45％，Si1.1％，Mn1.1％，P≤0.05％，S≤0.06％，Cr+Mo＝11.2％和Fe余量的标准成分后，将钢液温度加热到1720℃，13kW低功率送电保温3min后保证钢液表面无钢渣，然后在不停电的情况下1min内均匀加入VC颗粒，VC颗粒加入量为钢液的6％wt，然后60kW大功率送电，加颗粒结束后送电过程中钢液温度保持在1600℃保温并电磁搅拌3min，搅拌保温后停电、出炉、浇注。
实施例6
本实施例与实施例1的区别为：本实施例与实施例1的区别为：以废钢为原料，利用100～200Kg熔炼炉进行熔炼，成分达到高速钢基体组分：C1.50％，Si1.08％，Mn1.06％，P≤0.05％，S≤0.06％，Cr+Mo＝13.60％和Fe余量的标准成分后，将钢液温度加热到1700℃，12.5kW低功率送电保温2.6min后保证钢液表面无钢渣，然后在不停电的情况下1min内均匀加入VC颗粒，VC颗粒加入量为钢液的5.5％wt，然后55kW大功率送电，加颗粒结束后送电过程中钢液温度保持在1598℃保温并电磁搅拌3min，搅拌保温后停电、出炉、浇注。
实施例7
实施例7为对照例，直接按基体成分进行熔炼，不加入VC颗粒。
取实施例1～实施例7产品进行产品拉伸力学性能检测，性能检测执行国家标准GB/T1503-2008.检测结果见表1：
Figure BDA0002803008050000071
通过对颗粒的试样与未加入颗粒试样进行性能对比，通过对比发现，加入颗粒试样的试样硬度可达到未加入颗粒试样的硬度的1.2倍，而对于耐磨性，加入颗粒的试样是未加入颗粒样的1.6倍以上，颗粒碳化物的存在对比材料在服役受力时对基体均匀支撑，减轻了块状碳化物导致的基体不均匀磨损，使用寿命大大提高；根据性能检测结果，加入颗粒的高速钢轧辊材料在使用寿命上相对于未加入颗粒的高速钢轧辊材料大大提高。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于高速钢材质中加入VC颗粒的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A，制备出与高速钢材质钢液密度相近的VC颗粒，对VC颗粒进行破碎、碾磨使其粒度为1～3mm，然后将VC颗粒在100-130℃下干燥、预热待用；
步骤B，在感应熔炼炉内熔炼高速钢材质，在熔炼钢液达到设计要求后提温至1650～1750℃，低功率保温1.5～3min，保证钢液表面无钢渣；
步骤C，不停电的情况下1min内均匀加入3～6%wt 的VC颗粒，然后大功率送电，电磁搅拌，送电过程中保证熔炼钢液温度不超过1600℃，搅拌1.5～3min后停电、浇注。
2.根据权利要求1所述一种用于高速钢材质中加入VC颗粒的方法，其特征在于：所述步骤A或步骤B中的高速钢材质的合金成分重量百分比为：C1.3～1.5%，Si0.9～1.1%，Mn0.9～1.1%，P≤0.05%，S≤0.06%，15%≥Cr+Mo≥10%，1.5≤V≤2.5%，余量为Fe。
3.根据权利要求2所述一种用于高速钢材质中加入VC颗粒的方法，其特征在于：所述Cr、Mo重量百分比15%≥Cr+Mo≥10%中，Cr、Mo取其两种或任一种。
4.根据权利要求1所述一种用于高速钢材质中加入VC颗粒的方法，其特征在于：所述步骤A中VC颗粒是烧结VC，烧结VC的制备方法是将C粉和VFe粉均匀混合后，采用放电等离子烧结装置进行烧结，烧结温度为1300～1400℃，保温6～10min，烧结VC呈疏松结构。
5.根据权利要求4所述一种用于高速钢材质中加入VC颗粒的方法，其特征在于：所述VC颗粒的密度是7.6～7.8g/cm3。
6.根据权利要求1所述一种用于高速钢材质中加入VC颗粒的方法，其特征在于：所述步骤B中的低功率保温的低功率为10～13kW。
7.根据权利要求1所述一种用于高速钢材质中加入VC颗粒的方法，其特征在于：所述步骤C中的大功率送电中的大功率为40～60kW。
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