CN113373386A - 一种利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用废钢制备Cr‑Ni‑Mo合金钢钢锭的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、废钢前处理；步骤S2、熔炼：将废钢加入到炼钢炉中进行熔炼、除渣处理，检测合金成分含量，然后按Cr‑Ni‑Mo合金钢钢锭配方补足各合金成分含量，加入精炼剂精炼15‑25分钟；步骤S3、浇注成型：将经过步骤S2制成的合金钢液进行浇注，再进行热处理，得到Cr‑Ni‑Mo合金钢钢锭。本发明提供的利用废钢制备Cr‑Ni‑Mo合金钢钢锭的方法工艺简单，资金投入少，耗能低，制备成本低廉，能够快速高效安全地将废钢回收再利用，变废为宝，制成的钢锭外表面无明显缩孔、缩松和填充缺料缺陷，硬度大，综合性能和性能稳定性佳。
Description
技术领域
本发明涉及合金钢钢锭技术领域，尤其涉及一种利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法。
背景技术
近年来随着我国电力工业，核工业和石油化学工业的迅猛发展，对铸锻件的需求量越来越大，同时也对铸锻件的品质要求越来越高。钢锭是铸锻件的先期产品，其质量对提高铸锻件质量尤为重要。可见，开发综合性能优异的钢锭显得尤为重要。
目前，钢锭的制备主要采用纯金属作为原料制备合金钢钢锭材料，产品成本较高。废钢是经过一次或多次利用的铁碳合金材料，是具有较高价值的可再生资源，理论上废钢完全可以应用于合金钢钢锭材料，然而因目前技术有限，废钢的利用率较低，每年有大批的废钢被闲置浪费，没有得到很好的利用，导致资源极大的浪费。废钢再利用受限的主要原因是经过之前喷涂、镀层及复合等加工，废钢材料中残存较多的有害元素，这些残存的有害元素会引发刚的热脆性增加、降低钢的延展性、引起界面偏差等问题；此外，市面上应用废钢制成的合金钢钢锭往往存在产品质量稳定性差的缺陷。
例如，中国专利文献CN 105401085 A公开了一种利用废钢原料制造的高强度铸钢材料及其制备方法，其中含有下列重量百分比的元素成分：碳0.3-0.45、铬1.5-1.80、锰5.5-6.0、硅2.2-2.3、钼1.20-1.4、磷≦0.035、硫≦0.035、Pr 1.6-1.8、Ni 0.2-0.24、Sn1.2-1.3、Ho 0.2-0.3、Tm 0.1-0.14、Er 0.45-0.55、Ta 0.2-0.3、余量为铁。该发明成功提高了铸钢材质在低温环境下的冲击韧性，在-40℃温度下，冲击韧度能达到41J以上，保证使用性能。使用本材质制造的铸钢部件,可以简化机械设备防寒措施，保证设备在高寒地区冬季的正常使用，该发明铸钢具有较高的强度，适合制造叉车各种载重部件。然而，由于制备过程中废钢与生铁直接混合后熔炼，因废钢成分与生铁成分差异较大，工艺条件的设定也遇到困难，对于不同来源的废钢，因成分差异，不能采用统一的工艺条件，很容易造成产品质量的不稳定性。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法，该方法工艺简单，资金投入少，耗能低，制备成本低廉，能够快速高效安全地将废钢回收再利用，变废为宝，制成的钢锭外表面无明显缩孔、缩松和填充缺料缺陷，硬度大，综合性能和性能稳定性佳。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、废钢前处理：将废钢加入到清洗剂中浸泡，边浸泡边用超声仪超声15-25分钟，后用打磨机打磨抛光，用高压水枪冲洗，最后置于100-110℃下干燥至恒重；
步骤S2、熔炼：将废钢加入到炼钢炉中进行熔炼、除渣处理，检测合金成分含量，然后按Cr-Ni-Mo合金钢钢锭配方补足各合金成分含量，加入精炼剂精炼15-25分钟；
步骤S3、浇注成型：将经过步骤S2制成的合金钢液进行浇注，再进行热处理，得到Cr-Ni-Mo合金钢钢锭。
优选的，步骤S1中所述清洗剂包括如下按重量份计算的各组分：3-三羟甲基甲胺-2-羟基丙磺酸3-5份、木质素磺酸钠1-3份、茶多酚2-4份、十二烷基磺酸钠5-8份、水50-80份。
优选的，步骤S2中所述Cr-Ni-Mo合金钢钢锭配方(质量分数)如下：C：0.4-0.6％，Cr：1.2-2.2％，Mo：1-1.5％，Ni：2.8-3.2％，Fe-Sc：0.01-0.03％，Ge：0.03-0.06％，Nb-Ag：0.03-0.06％，Si：0.1-0.3％，B：0.01-0.03％，Yb-Fe：0.01-0.03％，P≤0.03％，余量为Fe。
优选的，所述Fe-Sc为合金中间体，其中Fe、Sc的质量比为(3-5):2。
优选的，所述Nb-Ag为合金中间体，其中Nb、Ag的质量比为(1-3):2。
优选的，所述Yb-Fe为合金中间体，其中Yb、Fe的质量比为(1-3):1。
优选的，所述熔炼温度为1560℃-1660℃。
优选的，所述精炼剂是由如下按重量份计的各原料制成：氟化钙2-6份、氯化铯1-3份、硫酸钠2-4份、硝酸铍1-2份、氯化钠8-12份、六氟硅酸钠1-2份；所述精炼剂、熔体的质量比为(0.3-0.5):100。
优选的，所述浇注的方法为下注法。
优选的，所述所述热处理包括明火加热、水淬火、高温回火，所述明火加热分为五段：加热一段，800-830℃，时间1-3分钟；加热二段，770-790℃，时间1-2分钟；加热三段，730-760℃，时间2-3分钟；加热四段，700-720℃，时间2-3分钟；加热五段，680-690℃，时间1-2小时；所述高温回火的温度为580-700℃，保温时间为1-2小时。
本发明的另一个目的，在于提供一种根据所述利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法制备得到的Cr-Ni-Mo合金钢钢锭。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明提供一种利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法，该方法工艺简单，资金投入少，耗能低，制备成本低廉，能够快速高效安全地将废钢回收再利用，变废为宝，制成的钢锭外表面无明显缩孔、缩松和填充缺料缺陷，硬度大，综合性能和性能稳定性佳。
具体实施方式
下面将结合对本发明优选实施方案进行详细说明。
一种利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、废钢前处理：将废钢加入到清洗剂中浸泡，边浸泡边用超声仪超声15-25分钟，后用打磨机打磨抛光，用高压水枪冲洗，最后置于100-110℃下干燥至恒重；
步骤S2、熔炼：将废钢加入到炼钢炉中进行熔炼、除渣处理，检测合金成分含量，然后按Cr-Ni-Mo合金钢钢锭配方补足各合金成分含量，加入精炼剂精炼15-25分钟；
步骤S3、浇注成型：将经过步骤S2制成的合金钢液进行浇注，再进行热处理，得到Cr-Ni-Mo合金钢钢锭。
优选的，步骤S1中所述清洗剂包括如下按重量份计算的各组分：3-三羟甲基甲胺-2-羟基丙磺酸3-5份、木质素磺酸钠1-3份、茶多酚2-4份、十二烷基磺酸钠5-8份、水50-80份。
优选的，步骤S2中所述Cr-Ni-Mo合金钢钢锭配方(质量分数)如下：C：0.4-0.6％，Cr：1.2-2.2％，Mo：1-1.5％，Ni：2.8-3.2％，Fe-Sc：0.01-0.03％，Ge：0.03-0.06％，Nb-Ag：0.03-0.06％，Si：0.1-0.3％，B：0.01-0.03％，Yb-Fe：0.01-0.03％，P≤0.03％，余量为Fe。
优选的，所述Fe-Sc为合金中间体，其中Fe、Sc的质量比为(3-5):2。
优选的，所述Nb-Ag为合金中间体，其中Nb、Ag的质量比为(1-3):2。
优选的，所述Yb-Fe为合金中间体，其中Yb、Fe的质量比为(1-3):1。
优选的，所述熔炼温度为1560℃-1660℃。
优选的，所述精炼剂是由如下按重量份计的各原料制成：氟化钙2-6份、氯化铯1-3份、硫酸钠2-4份、硝酸铍1-2份、氯化钠8-12份、六氟硅酸钠1-2份；所述精炼剂、熔体的质量比为(0.3-0.5):100。
优选的，所述浇注的方法为下注法。
优选的，所述所述热处理包括明火加热、水淬火、高温回火，所述明火加热分为五段：加热一段，800-830℃，时间1-3分钟；加热二段，770-790℃，时间1-2分钟；加热三段，730-760℃，时间2-3分钟；加热四段，700-720℃，时间2-3分钟；加热五段，680-690℃，时间1-2小时；所述高温回火的温度为580-700℃，保温时间为1-2小时。
本发明的另一个目的，在于提供一种根据所述利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法制备得到的Cr-Ni-Mo合金钢钢锭。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明提供一种利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法，该方法工艺简单，资金投入少，耗能低，制备成本低廉，能够快速高效安全地将废钢回收再利用，变废为宝，制成的钢锭外表面无明显缩孔、缩松和填充缺料缺陷，硬度大，综合性能和性能稳定性佳。
下面将结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1
本例提供一种利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、废钢前处理：将废钢加入到清洗剂中浸泡，边浸泡边用超声仪超声15-25分钟，后用打磨机打磨抛光，用高压水枪冲洗，最后置于100℃下干燥至恒重；
步骤S2、熔炼：将废钢加入到炼钢炉中进行熔炼、除渣处理，检测合金成分含量，然后按Cr-Ni-Mo合金钢钢锭配方补足各合金成分含量，加入精炼剂精炼15分钟；
步骤S3、浇注成型：将经过步骤S2制成的合金钢液进行浇注，再进行热处理，得到Cr-Ni-Mo合金钢钢锭。
步骤S1中所述清洗剂包括如下按重量份计算的各组分：3-三羟甲基甲胺-2-羟基丙磺酸3份、木质素磺酸钠1份、茶多酚2份、十二烷基磺酸钠5份、水50份。
步骤S2中所述Cr-Ni-Mo合金钢钢锭配方(质量分数)如下：C：0.4％，Cr：1.2％，Mo：1％，Ni：2.8％，Fe-Sc：0.01％，Ge：0.03％，Nb-Ag：0.03％，Si：0.1％，B：0.01％，Yb-Fe：0.01％，P≤0.03％，余量为Fe。
所述Fe-Sc为合金中间体，其中Fe、Sc的质量比为3:2。
所述Nb-Ag为合金中间体，其中Nb、Ag的质量比为1:2。
所述Yb-Fe为合金中间体，其中Yb、Fe的质量比为1:1。
所述熔炼温度为1560℃。
所述精炼剂是由如下按重量份计的各原料制成：氟化钙2份、氯化铯1份、硫酸钠2份、硝酸铍1份、氯化钠82份、六氟硅酸钠1份；所述精炼剂、熔体的质量比为0.3:100。
所述浇注的方法为下注法。
所述所述热处理包括明火加热、水淬火、高温回火，所述明火加热分为五段：加热一段，800℃，时间1分钟；加热二段，770℃，时间1分钟；加热三段，730℃，时间2分钟；加热四段，700℃，时间2分钟；加热五段，680℃，时间1小时；所述高温回火的温度为580℃，保温时间为1小时。
一种根据所述利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法制备得到的Cr-Ni-Mo合金钢钢锭。
实施例2
本例提供一种利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法，其与实施例1基本相同，不同的是，步骤S1中所述清洗剂包括如下按重量份计算的各组分：3-三羟甲基甲胺-2-羟基丙磺酸3.5份、木质素磺酸钠1.5份、茶多酚2.5份、十二烷基磺酸钠6份、水60份；步骤S2中所述Cr-Ni-Mo合金钢钢锭配方(质量分数)如下：C：0.45％，Cr：1.5％，Mo：1.1％，Ni：2.9％，Fe-Sc：0.015％，Ge：0.04％，Nb-Ag：0.04％，Si：0.15％，B：0.015％，Yb-Fe：0.015％，P≤0.03％，余量为Fe；所述精炼剂是由如下按重量份计的各原料制成：氟化钙3份、氯化铯1.5份、硫酸钠2.5份、硝酸铍1.2份、氯化钠9份、六氟硅酸钠1.2份；所述精炼剂、熔体的质量比为0.35:100；所述所述热处理包括明火加热、水淬火、高温回火，所述明火加热分为五段：加热一段，808℃，时间1.5分钟；加热二段，775℃，时间1.2分钟；加热三段，740℃，时间2.2分钟；加热四段，705℃，时间2.3分钟；加热五段，683℃，时间1.2小时；所述高温回火的温度为585℃，保温时间为1.2小时。
实施例3
本例提供一种利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法，其与实施例1基本相同，不同的是，步骤S1中所述清洗剂包括如下按重量份计算的各组分：3-三羟甲基甲胺-2-羟基丙磺酸4份、木质素磺酸钠2份、茶多酚3份、十二烷基磺酸钠6.5份、水65份；步骤S2中所述Cr-Ni-Mo合金钢钢锭配方(质量分数)如下：C：0.5％，Cr：1.6％，Mo：1.2％，Ni：3.0％，Fe-Sc：0.02％，Ge：0.045％，Nb-Ag：0.045％，Si：0.2％，B：0.02％，Yb-Fe：0.02％，P≤0.03％，余量为Fe；所述精炼剂是由如下按重量份计的各原料制成：氟化钙4份、氯化铯2份、硫酸钠3份、硝酸铍1.5份、氯化钠10份、六氟硅酸钠1.5份；所述精炼剂、熔体的质量比为0.4:100；所述所述热处理包括明火加热、水淬火、高温回火，所述明火加热分为五段：加热一段，815℃，时间2分钟；加热二段，780℃，时间1.5分钟；加热三段，745℃，时间2.5分钟；加热四段，710℃，时间2.5分钟；加热五段，685℃，时间1.5小时；所述高温回火的温度为650℃，保温时间为1.5小时。
实施例4
本例提供一种利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法，其与实施例1基本相同，不同的是，步骤S1中所述清洗剂包括如下按重量份计算的各组分：3-三羟甲基甲胺-2-羟基丙磺酸4.5份、木质素磺酸钠2.5份、茶多酚3.5份、十二烷基磺酸钠7.5份、水75份；步骤S2中所述Cr-Ni-Mo合金钢钢锭配方(质量分数)如下：C：0.55％，Cr：2.1％，Mo：1.4％，Ni：3.1％，Fe-Sc：0.025％，Ge：0.055％，Nb-Ag：0.055％，Si：0.25％，B：0.025％，Yb-Fe：0.025％，P≤0.03％，余量为Fe；所述精炼剂是由如下按重量份计的各原料制成：氟化钙5份、氯化铯2.5份、硫酸钠3.5份、硝酸铍1.8份、氯化钠11份、六氟硅酸钠1.8份；所述精炼剂、熔体的质量比为0.45:100；所述所述热处理包括明火加热、水淬火、高温回火，所述明火加热分为五段：加热一段，825℃，时间2.5分钟；加热二段，785℃，时间1.8分钟；加热三段，755℃，时间2.8分钟；加热四段，717℃，时间2.8分钟；加热五段，688℃，时间1.8小时；所述高温回火的温度为690℃，保温时间为1.8小时。
实施例5
本例提供一种利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法，其与实施例1基本相同，不同的是，步骤S1中所述清洗剂包括如下按重量份计算的各组分：3-三羟甲基甲胺-2-羟基丙磺酸5份、木质素磺酸钠3份、茶多酚4份、十二烷基磺酸钠8份、水80份；步骤S2中所述Cr-Ni-Mo合金钢钢锭配方(质量分数)如下：C：0.6％，Cr：2.2％，Mo：1.5％，Ni：3.2％，Fe-Sc：0.03％，Ge：0.06％，Nb-Ag：0.06％，Si：0.3％，B：0.03％，Yb-Fe：0.03％，P≤0.03％，余量为Fe；所述精炼剂是由如下按重量份计的各原料制成：氟化钙6份、氯化铯3份、硫酸钠4份、硝酸铍2份、氯化钠12份、六氟硅酸钠2份；所述精炼剂、熔体的质量比为0.5:100；所述所述热处理包括明火加热、水淬火、高温回火，所述明火加热分为五段：加热一段，830℃，时间3分钟；加热二段，790℃，时间2分钟；加热三段，760℃，时间3分钟；加热四段，720℃，时间3分钟；加热五段，690℃，时间2小时；所述高温回火的温度为700℃，保温时间为2小时。
对比例1
本例提供一种利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法，其与实施例1基本相同，不同的是，没有添加氯化铯。
对比例2
本例提供一种利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法，其与实施例1基本相同，不同的是，没有添加Nb-Ag。
对比例3
本例提供一种利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法，其与实施例1基本相同，不同的是，没有添加Yb-Fe。
为了进一步说明本申请各实施例的方法的有益技术效果，对各例方法制成的合金钢钢锭进行相关性能测试，测试结果见表1。
从表1数据可以看出，本申请实施例中产品较对比例具有更佳优异的机械力学性能，这是合金配方和各步骤共同作用的结果。
表1
| 项目 | 硬度(HRC) | 抗拉强度(MPa) | 屈服强度(MPa) |
| 实施例1 | 60 | 1120 | 988 |
| 实施例2 | 62 | 1125 | 992 |
| 实施例3 | 64 | 1132 | 997 |
| 实施例4 | 65 | 1136 | 1003 |
| 实施例5 | 66 | 1140 | 1005 |
| 对比例1 | 55 | 1010 | 976 |
| 对比例2 | 52 | 970 | 964 |
| 对比例3 | 53 | 980 | 957 |
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据依据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、废钢前处理：将废钢加入到清洗剂中浸泡，边浸泡边用超声仪超声15-25分钟，后用打磨机打磨抛光，用高压水枪冲洗，最后置于100-110℃下干燥至恒重；
步骤S2、熔炼：将废钢加入到炼钢炉中进行熔炼、除渣处理，检测合金成分含量，然后按Cr-Ni-Mo合金钢钢锭配方补足各合金成分含量，加入精炼剂精炼15-25分钟；
步骤S3、浇注成型：将经过步骤S2制成的合金钢液进行浇注，再进行热处理，得到Cr-Ni-Mo合金钢钢锭。
2.根据权利要求1所述的利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法，其特征在于，步骤S1中所述清洗剂包括如下按重量份计算的各组分：3-三羟甲基甲胺-2-羟基丙磺酸3-5份、木质素磺酸钠1-3份、茶多酚2-4份、十二烷基磺酸钠5-8份、水50-80份。
3.根据权利要求1所述的利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法，其特征在于，步骤S2中所述Cr-Ni-Mo合金钢钢锭配方(质量分数)如下：C：0.4-0.6％，Cr：1.2-2.2％，Mo：1-1.5％，Ni：2.8-3.2％，Fe-Sc：0.01-0.03％，Ge：0.03-0.06％，Nb-Ag：0.03-0.06％，Si：0.1-0.3％，B：0.01-0.03％，Yb-Fe：0.01-0.03％，P≤0.03％，余量为Fe。
4.根据权利要求3所述的利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法，其特征在于，所述Fe-Sc为合金中间体，其中Fe、Sc的质量比为(3-5):2。
5.根据权利要求3所述的利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法，其特征在于，所述Nb-Ag为合金中间体，其中Nb、Ag的质量比为(1-3):2；所述Yb-Fe为合金中间体，其中Yb、Fe的质量比为(1-3):1。
6.根据权利要求1所述的利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法，其特征在于，所述熔炼温度为1560℃-1660℃。
7.根据权利要求1所述的利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法，其特征在于，所述精炼剂是由如下按重量份计的各原料制成：氟化钙2-6份、氯化铯1-3份、硫酸钠2-4份、硝酸铍1-2份、氯化钠8-12份、六氟硅酸钠1-2份；所述精炼剂、熔体的质量比为(0.3-0.5):100。
8.根据权利要求1所述的利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法，其特征在于，所述浇注的方法为下注法。
9.根据权利要求1所述的利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法，其特征在于，所述所述热处理包括明火加热、水淬火、高温回火，所述明火加热分为五段：加热一段，800-830℃，时间1-3分钟；加热二段，770-790℃，时间1-2分钟；加热三段，730-760℃，时间2-3分钟；加热四段，700-720℃，时间2-3分钟；加热五段，680-690℃，时间1-2小时；所述高温回火的温度为580-700℃，保温时间为1-2小时。
10.一种根据所述权利要求1-9任一项所述的利用废钢制备Cr-Ni-Mo合金钢钢锭的方法制备得到的Cr-Ni-Mo合金钢钢锭。
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