[发明专利]一种用于奥锰钢的新型复合孕育剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于奥锰钢的复合孕育剂。

背景技术

传统奥锰钢即奥氏体锰钢(中锰钢、高锰钢、超高锰钢)的生产工艺主要有两类：一类是在奥锰钢的基本成分确定后按照传统的熔炼工艺进行熔炼，由于按传统的熔炼工艺进行熔炼通常不施行变质处理、孕育处理，用这种工艺生产的奥锰钢铸态组织中的碳化物沿晶界呈网状分布，在含碳量较高时这种网状碳化物较发达，网片较厚，致使材料的脆性很大。其次钢液中的非金属夹杂通常也易呈网状分布，这些特性不仅造成铸态下材料的脆性，容易在凝固过程和生产过程中造成铸件的断裂，而且在随后的水韧处理过程中往往要求在较高的奥氏体化温度和较长的保温时间下才能完成碳化物的熔解，达到获得单一奥氏体组织的目的。由于奥氏体化温度增高和保温时间变长，使晶粒粗大，并且在原来碳化物分布的位置由于碳化物的熔解而留下了显微裂纹，这些都不利于提高材料的韧性，这些都容易使材料在服役期间容易造成零件的失效。

我国在70年代后期开始采用单纯的稀土硅铁对奥锰钢进行孕育处理，变质后碳化物的形态、大小均发生了较为显著的变化，但是从碳化物在基体中的分布来看较为不均匀，它主要体现在碳化物在基体中的分布不均匀和碳化物的形态与大小在各局域偏差较大；非金属夹杂物的形态和大小也发生了较为显著的变化，但和碳化物的变化相似，其分布和在局部区域也是不均匀的。

近些年来，随着国家矿冶工程的发展，用于矿石粗磨的颚式破碎机和中细磨的圆锥破碎机的颚板、球磨机衬板、粉碎机锤头等高锰钢件年耗量已达百万吨。这促使人们开始愈发重视在优质奥锰钢的生产新工艺上进行有益的探索，以期不断完善奥锰钢生产工艺促进奥锰钢工件质量的提高。随着金属材料改性处理技术的日趋完善，在对传统高锰钢的材料改性上取得了较大的进展，使奥锰钢组织和性能获得了较大的改善和提高。人们愈来愈注意到这种变化与复合孕育的作用关系较大。中国专利CN1219103C公开了一种锰钢制造方法，在出钢时用稀土合金和钒铁进行复合孕育处理，可以提高锰钢的韧性，其缺陷是：在稀土进行变质前对钢液未进行更为有效的脱氧使稀土变质作用不稳定；虽然稀土合金和钒铁对变质效果有较为明显的作用但由于未采取炉内和炉外分级处理对先析相奥氏体的形态缺乏控制；钒铁近年来吨价高达15万元以上使成本提高幅度较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于奥锰钢的新型复合孕育剂，在炉内、炉外实行“二步法”处理，以强化孕育处理效果，改进和提高碳化物和非金属夹杂的均匀分布。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：所述复合孕育剂包括V渣、Ti和Zn，用量分别为用量分别为钢液重量的2.0％～2.5％、0.02％～0.03％和0.006％～0.008％，其中，钛元素以钛铁形式加入；所述复合孕育剂分炉内和炉外两步加入：炉内处理是在调整钢液成份的合金化阶段加入，加入时间是在加入锰铁对钢液的锰含量进行微调之后，向熔池中加入V渣；炉外处理是在钢包中加入钛铁和锌。

V、Ti的作用机理：1、增强形核细化晶粒。在实际钢液液态结构中，由于钒、钛和碳具有很强的亲和力，从凝固初期始，就存在由钒、钛碳化物构成的孕育质点，在凝固过程中，这些质点继而引起碳原子的偏聚、簇合，且在随后的结晶过程中造成晶界上碳化物数量减少而晶内的碳化物数量增多。另一方面，在一定含量V、Ti元素的影响下，界面前沿过冷度明显增大，这样就促使钢液中有利于形成异质晶核的硫化物、氧化物、氮化物和复合夹杂作为结晶基底，从而增强形核，细化晶粒。2、抑制扩散 稳定形态。钒、钛等元素的加入形成分枝发达的奥氏体枝晶。随后的结晶过程被限于只能在枝晶内进行，碳化物的形成和长大由此受到枝晶的强烈影响，同时由于V和Ti与碳的亲和力很强，在进行异质形核的同时，在该区域则又有效地减慢了碳欲向优先成长的方向的扩散速度。因此，钒、钛等元素的孕育作用一是细化了奥氏体枝晶；二是有效控制了碳化物的数量、大小和形态。

锌的作用机理是：1、Zn蒸气搅拌金属液体，产生局域对流，促使枝晶破碎，增加晶核数目；2、形成含Zn复合碳化物，增加碳化物晶核的数量，细化了碳化物；3、Zn是低熔点合金元素，随着凝固过程的不断进行，Zn必然富集在碳化物的周围的液相中，增加了碳化物生长端部表面的自由能，从而导致碳化物的生长速度受阻，端部变得圆钝。