CN1540025A

CN1540025A - 一种钎钢

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Publication number: CN1540025A
Application number: CNA2003101113028A
Authority: CN
Inventors: 张国榉; 赵钟会; 赵长有; 方军; 饶建华; 叶凌云; 张汉斌; 李川
Original assignee: China University of Geosciences
Current assignee: China University of Geosciences
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2023-10-30
Also published as: CN1219102C

Abstract

本发明属于用于轧制中空凿岩钎钢的特种合金钢。一种钎钢，含铁基，基本合金元素及重量百分含量是：C－0.3～0.45，Si－1.0～1.6，Mn－0.6～1.0，Cr－0.6～1.2，V－0.06～0.18，其特征在于：加入了合金元素W，其含量为0.3～1.0。一种钎钢，含铁基，基本合金元素及重量百分含量是：C－0.19～0.25，Si－0.15～0.35，Mn－0.4～0.7，Cr－1.6～2.2，Ni－1.4～2.0，其特征在于：加入了合金元素W，其含量为0.3～1.0。本发明为凿岩行业提供了能够发挥资源优势、降低成本、提高质量、延长使用寿命的新型凿岩钎杆用钢。本发明广泛用于制造凿岩钎杆和硬质合金整体钎子。

Description

一种钎钢

技术领域

本发明属于合金钢，特别是用于轧制中空凿岩钎钢的特种合金钢。

背景技术

凿岩钎杆用钎钢是细长杆件，它在工作时承受着拉、压、弯、扭和凿岩机每分钟2000～9000次左右的高频冲击，每次冲击功高达25～500J(焦耳)，同时在岩矿石的剧烈磨损、高压水流或压气冲刷和矿坑水的腐蚀条件下，常以应力腐蚀疲劳断裂的方式失效，使用寿命仅几十分钟到几十小时，是人类所有钢铁机具中受力条件最苛刻、使用寿命最短、基础工业必备、技术含量很高的大量消耗性工具。

迄今为止，钎钢寿命较低断裂频繁，仍是世界采掘工业面临的百年难题。

根据所掌握的资料，迄今为止国内外用于生产中空钎钢的钢种是：国内以贵阳、涟源、抚顺三家钎钢厂为代表：①H19、H22、H25mm锥体连接钎杆用六角形中空钎钢的钢种为55SiMnMo，这是一种Si-Mn-Mo系贝氏体合金钢，用其生产的H22mm锥体连接钎杆，其硬岩工业统计寿命约50m，仅为瑞典同类产品寿命的1/3左右；②D32、D38mm螺纹连接钎杆用圆形中空钎钢的钢种为35SiMnMoV，这也是Si-Mn-Mo系贝氏体合金钢，工业统计硬岩寿命可达200～300m，约为瑞典同类产品的1/3～1/2。国外以瑞典Sandvik、Secoroc公司为代表：①H19、H22、H25mm等硬质合金整体钎子和锥体连接钎杆用六角形中空钎钢为Z708和Sanbar61钢，即40SiMnCrNiMo，该钢属Cr-Ni-Mo系超高强度合金钢，使用状态的金相组织为马氏体+贝氏体复相组织，用其生产的H22mm整钎和锥体连接钎杆的硬岩保证寿命≥150m；②D32、D38、D45、D51mm等螺纹连接钎杆用圆形中空钎钢为L-435和Sanbar64，或为C-644和Sanbar23；L-435和Sanbar64即23CrNi3Mo钢，C-644和Sanbar23即25Cr3Mo钢；它们分别属于Cr-Ni-Mo和Cr-Mo系高强度合金钢。该两种钢适合气体渗碳，制作的同类R32-D32×1200-R32螺纹连接钎杆，表面硬度HRC58～62，心部硬度HRC43～45，工业统计硬岩寿命≥600m。

我国钎杆产品使用寿命低，主要原因是钎钢的钢种设计和冶炼、轧制与制钎工艺不合理，导致钎钢机械性能较差，钢的成分变动范围大，钢质纯净度低，有害夹杂物尺寸大且分布不好，晶粒粗，淬透性波动大，不能保证制成品表面和心部硬度以及强度处在最佳区间内，不能保证钎钢精确的几何参数和内外表面无缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用寿命长的钎钢。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：本发明在已有钎钢成果的基础上，为整体钎子和锥体连接钎杆设计的新钢种为37SiMnCrWV、37SiMnCrNiWMoV。37SiMnCrWV钢，含铁基，基本合金元素化学成分及重量百分含量为：C-0.3～0.45、Si-1.0～1.6、Mn-0.6～1.0、Cr-0.6～1.2、V-0.06～0.18，加入的合金元素W的重量百分含量为0.3～1.0；37SiMnCrNiWMoV钢是在37SiMnCrWV钢的基础上，添加了0.45～0.50的Ni和0.20～0.30的Mo。该两种钢属Cr-Ni-W-Mo-V系超强韧性合金空冷钢，其性能优于瑞典的Z708、Sanbar61钢，并且符合中国的资源条件。

本发明还为螺纹连接钎杆设计了23Cr₂Ni₂W和23Cr₂Ni₂WMoV两个新钢种。23Cr₂Ni₂W钢，含铁基，基本合金元素化学成分及重量百分含量为：C-0.19～0.25、Si-0.15～0.35、Mn-0.4～0.7、Cr-1.6～2.2、Ni-1.4～2.0，加入的合金元素W的重量百分含量为：0.3～1.0；23Cr₂Ni₂WMoV钢是在23Cr₂Ni₂W钢的基础上，添加了0.20～0.30的o和0.06～0.18的V。重型钎杆用中空钎钢新钢种23Cr₂Ni₂W的设计原理是：①保持国外同类钢的淬透性(保证产品心部硬度和强度)；②修改了CrNi₃Mo钢Cr、Ni比例，提高了Cr含量，减少了Ni含量，保持了Cr-Ni钢的优异性能，并降低了成本；③用W代替Mo除保持了Mo的性能外，在渗碳温度下，W能生成特殊碳化物，细化钢的晶粒，阻止过冷奥氐体晶粒粗化，同时还能提高钢的耐磨性。23Cr₂Ni₂WMoV钢，则是按照“多组元少含量”的合金化要求，在23Cr₂Ni₂W的基础上，保留了低含量的有益合金元素Mo和V。该两种钢属于Cr-Ni-W-Mo-V系超强韧性合金渗碳钢。

合金元素W是高熔点强碳化物形成元素，生成的特殊碳化物能提高钢的回火稳定性、热强度，能更好地细化晶粒和在不同温度下阻止晶粒长大，更有力地提高钢的强韧性和耐磨性，也就提高了钎钢的使用寿命。加入微量稀土Ce-La合金能净化晶界、减少成分偏析、细化晶粒，使钢强韧化，提高耐磨性。Ce-La是一种双元稀土合金，工业上称为“米铈合金”。

优点和积极效果

本发明提供了一种为整体钎子和锥体连接钎杆设计的钎钢37SiMnCrWV、一种为为螺纹连接钎杆设计的钎钢23Cr₂Ni₂W；它们具有同一个发明构思，即在钎钢的化学成分中加入了合金元素W。所加入的W能生成特殊碳化物、阻止奥氐体化时晶粒长大，提高了钢的强韧性和耐磨性，从而提高了钎钢的使用寿命。本发明还提供了在钎钢37SiMnCrWV的基础上添加了0.45～0.50的Ni和0.20～0.30的Mo的钎钢37SiMnCrNiWMoV；在钎钢23Cr₂Ni₂W的基础上添加了0.20～0.30的Mo和0.06～0.18的V的钎钢23Cr₂Ni₂WMoV。在此基础上，本发明还通过在钎钢中添加0.02～0.04微量Ce-La稀土合金的方法，用于减少钎钢的成分偏析、净化晶界，进一步提高了钎钢的使用寿命。为凿岩行业提供了能够发挥资源优势、降低成本、提高质量、延长使用寿命的新型凿岩钎杆用钢。本发明广泛用于制造凿岩钎杆和硬质合金整体钎子。

具体实施方式

实施例一

37SiMnCrWV钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为：C-0.37、Si-1.2、Mn-0.8、Cr-0.7、V-0.1，加入的合金元素W-0.6，P、S杂质小于0.02。

其制备方法：按常规方法制备。

炼钢工艺：配用精料+电弧炉(EBT)初炼+真空炉精炼(VD)+模铸。

电弧炉(EBT)任务：保证钢水碳(C)、磷(P)合适；温度合适；适当合金化；出钢前变渣；钢中脱氧加铝(Al)。加强氧化期去气、去夹杂操作，无渣出钢，钢中磷(P)硫(S)和夹杂物含量降低，减少钢液污染。

真空炉(VD)任务：真空精炼脱气，进一步除去钢中气体和夹杂物，提高钢的纯净度：入VD加热精炼，严格控制抽真空后氩气流量；破真空；计算机成分预报微调；终脱氧补铝(Al)；加稀土吹氩；抬包浇铸，严格控制浇铸温度。

实施例二

37SiMnCrNiWMoV钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为：C-0.37、Si-1.2、Mn-0.8、Cr-0.7、V-0.1，加入的合金元素W-0.6、Ni-0.48、Mo-0.25，P、S杂质小于0.02。

其制备方法同实施例一。

实施例三

23Cr₂Ni₂W钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为：C-0.23、Si-0.25、Mn-0.5、Cr-1.65、Ni-1.55，加入的合金元素W的含量W 0.6，P、S杂质小于0.02。

其制备方法同实施例一。

实施例四

23Cr₂Ni₂WMoV钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为：C-0.23、Si-0.25、Mn-0.5、Cr-1.65、Ni-1.55，加入的合金元素W的含量W-0.6、Mo-0.25、V-0.1，P、S杂质小于0.02。

其制备方法同实施例一。

实施例五

一种钎钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为：C-0.3、Si-1.0、Mn-0.6、Cr-0.6、V-0.06，加入的合金元素W-0.3，P、S杂质小于0.02。

其制备方法同实施例一。

实施例六

一种钎钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为：C-0.45、Si-1.6、Mn-1.0、Cr-1.2、V-0.18，加入的合金元素W-1.0，P、S杂质小于0.02。

其制备方法同实施例一。

实施例七

一种钎钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为：C-0.19、Si-0.15、Mn-0.4、Cr-1.6、Ni-1.4，加入的合金元素W的含量W-0.3，P、S杂质小于0.02。

其制备方法同实施例一。

实施例八

一种钎钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为：C-0.25、Si-0.35、Mn-0.7、Cr-2.2、Ni-2.0，加入的合金元素W的含量W-1.0，P、S杂质小于0.02。

其制备方法同实施例一。

实施例九

一种钎钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为：C-0.3、Si-1.0、Mn-0.6、Cr-0.6、V-0.06，加入的合金元素W-0.3，(Ce-La)-0.02，P、S杂质小于0.02。

其制备方法：按常规方法制备。

炼钢工艺：配用精料+电弧炉(EBT)初炼+钢包炉(LF)精炼+真空炉(VD)脱气+连铸(CCM)结晶器中加稀土

电弧炉(EBT)任务：保证钢水碳(C)、磷(P)合适；温度合适；出钢包中合金化。

钢包炉(LF)任务：加热精炼；计算机成分预报微调；加铝(Al)脱氧；变渣。

真空炉(VD)任务：真空精炼脱气，严格控制抽真空后氩气流量；破真空；终脱氧补铝(Al)；加工艺性微量元素(铌、钛等)。

连铸(CCM)任务：在连铸结晶器中喂稀土丝，调节喂丝速度保持稀土(Re)/硫(S)比，严格控制加入量。

实施例十

一种钎钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为：C-0.45、Si-1.6、Mn-1.0、Cr-1.2、V-0.18，加入的合金元素W-1.0，(Ce-La)-0.04，P、S杂质小于0.02。

其制备方法同实施例九。

实施例十一

一种钎钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为：C-0.19、Si-0.15、Mn-0.4、Cr-1.6、Ni-1.4，加入的合金元素W的含量W-0.3，(Ce-La)-0.02，P、S杂质小于0.02。

其制备方法同实施例九。

实施例十二

一种钎钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为：C-0.25、Si-0.35、Mn-0.7、Cr-2.2、Ni-2.0，加入的合金元素W的含量W-1.0，(Ce-La)-0.04，P、S杂质小于0.02。

其制备方法同实施例九。

实施例十三

一种钎钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为： C-0.37、Si-1.2、Mn-0.8、Cr-0.7、V-0.1，加入的合金元素W-0.6、Ni-0.48、Mo-0.25，(Ce-La)-0.03，P、S杂质小于0.02。

其制备方法同实施例九。

实施例十四

一种钎钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为：C-0.23、Si-0.25、Mn-0.5、Cr-1.65、Ni-1.55，加入的合金元素W的含量W-0.6、Mo-0.25、V-0.1和(Ce-La)-0.03，P、S杂质小于0.02。

其制备方法同实施例九。

钢的凝固结晶过程就是形成不同化学元素偏析的过程，由于偏析的存在，必然造成宏观和微观的硬度差以及晶相组织缺陷。因此，在完成了钢成分准确控制、减少钢中氧含量、严格控制夹杂物之后，进一步提高钎钢使用寿命的手段是减少钎钢钢种的成分偏析。本发明所采取的解决方案是在实施方案所述钢种的基础上，分别添加微量Ce-La稀土合金的措施来减少偏析；所添加Ce-La稀土合金元素的含量(％)为0.02～0.04，其加入时间应在充分脱氧之后。经实践证明，加入微量Ce-La稀土合金在大生产中大幅度减少偏析、减小枝晶间距是可行的。

Claims

1.一种钎钢，含铁基，基本合金元素及重量百分含量是：C-0.3～0.45，Si-1.0～1.6，Mn-0.6～1.0，Cr-0.6～1.2，V-0.06～0.18，其特征在于：加入了合金元素W，其含量为0.3～1.0。

2.根据权利要求1所述的一种钎钢，其特征在于：还加入了Ni-0.45～0.50和Mo-0.20～0.30。

3.一种钎钢，含铁基，基本合金元素及重量百分含量是：C-0.19～0.25，Si-0.15～0.35，Mn-0.4～0.7，Cr-1.6～2.2，Ni-1.4～2.0，其特征在于：加入了合金元素W，其含量为0.3～1.0。

4.根据权利要求3所述的一种钎钢，其特征在于：还加入了Mo-0.20～0.30和V-0.06～0.18。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种钎钢，其特征是还加入了Ce-La稀土元素，Ce-La稀土合金元素加入的百分含量为0.02～0.04。

6.根据权利要求5所述的一种钎钢，其特征是在最终脱氧后加入Ce-La稀土合金元素。