[发明专利]一种转炉炼钢出钢水口扩孔器金属陶瓷刀头材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种转炉炼钢出钢水口扩孔器金属陶瓷刀头材料。

背景技术

转炉炼钢存在出钢水的问题，即是在炼钢过程中出钢水时，需要把转炉倾斜到45°，让钢水从出钢水口中流出。出钢水口是用高强耐火材料压制的，每出一次钢水都受到钢水的冲刷和化学腐蚀，孔就会形成不规则的扩大，约出80—120次钢水，耐火材料水口内孔就由原来的φ150变成φ200了，如继续使用，钢渣就会同钢水一起流出来了，严重影响钢水的质量。因此，此时就必须在拆炉机上装上扩孔器，把废水口钻掉，再换上一个新水口继续使用。所以，炼钢厂转炉更换出钢口，必须用扩孔器打孔就成为一项不可缺少的正常工序。现有的出钢水口存在以下特点：⑴炼钢温度高：大转炉多炼特种合金钢，温度在1530—1670℃左右，对扩孔器刀头的耐高温的红硬性要求高；⑵炉壁厚，行程长：大型转炉炉壁多在1600mm—2200mm范围内，也就是扩孔器扩孔原来在高温下行程只有一米长，而现在要行程2米长，对扩孔器刀头的强度和性能提出了更高要求；⑶出钢水口耐火材料成份及加工方法存在变化：原水口的耐火材料除氧化镁和石墨碳质外，现在又添加了三氧化二铝、碳化硅、氮化硼、金属Cr等难溶化合物，同时加工方法由原来普通压制改为等静压。水口的密度、强度、硬度都提高了，给扩孔器刀头的耐磨性能都提出了更高的要求。现有的刀头采用合金工具钢的耐高温只能在400℃起作用，若采用硬质合金在500℃工作，性能基本不变，而到800℃强度下降一半，在1000℃时强度只有四分之一，都不能适应大型转炉扩孔器在1000-1200℃高温的技术要求。

发明内容

本发明为解决上述技术而提出一种转炉炼钢出钢水口扩孔器金属陶瓷刀头材料，其具有耐磨性、高温硬度、强度高等优点，适应大型转炉扩孔器在1000-1200℃高温的技术要求。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案：一种转炉炼钢出钢水口扩孔器金属陶瓷刀头材料，其特征在于所述的金属陶瓷刀头材料包含的组分及其质量百分含量为：

TiC 42-48%，WC 28-32%，NbC 1-2%，TaC 1-2%，

Ni 6-9%，Co 6-8%，Cr 3-5%， Mo 3-5% ，Y 0.5-1%。

按上述方案，所述的金属陶瓷刀头材料包含的组分及其质量百分含量最佳配比为：

TiC 45%，WC 29%，NbC 1%，TaC 2%，

Ni 8%，Co 7%，Cr 4%， Mo 3%，Y 1%。

下面具体对本发明选用的材料进行说明：

1）本发明选用Co、Ni、Mo、Cr四种金属作为本发明材料的粘结相，主要是基于如下几点要求：

①选用Co相，因为WC、TiC、TaC、NbC等难溶金属碳化物在Co相中的湿润角为最大，特别是在含C条件下Co相在1000℃左右开始了出现液相，在1400℃左右这些难溶金属碳化物能充分实现在Co溶液中溶解析出过程，从而达到多金属原子之间充分共晶；

②少量增加Ni相和Cr相，是为了提高金属陶瓷刀头在1000℃以上高温下确保刀头的抗氧化、耐腐蚀性能，保持金属陶瓷刀头在1000℃高温时，表面不过快氧化和良好的机械物理性能；

③极少量增加Mo相，在含C气氛下少量Mo相在1350℃以上完全溶解到Co相中，并在金属陶瓷的快速冷却过程中来不及析出而与Co相、Ni相、Cr相形成共晶混合相，而Ni相的耐高温性能使本来对高温没有优势的Co相和Ni相起了很大的作用，使得混合相的高温度必然能保持其固有的常温下的物理性能，从而大幅度提高金属陶瓷刀头的高温下的恒韧性，得以保持金属陶瓷刀头在1000℃—1200℃高温下应有的强度和硬度；

2）本发明选用WC、TiC为金属陶瓷刀头的主要硬质相，是因为金属陶瓷刀头切削的对象是钢渣和高强耐火材料，因此必须选用W—Co—Ti共晶合金，而W—C—Ti共晶合金的共晶湿度比单纯的W—Co共晶合金共晶温度高出150℃左右，其特有的性能决定W—C—Ti共晶合金比Co—W共晶合金的耐高温性能要优越很多;

选用碳化钛为主要比例的硬质相，还是因为TiC的性能更优于WC。TiC的熔点3250℃（高于WC，2630℃），密度只有WC的1/3。抗氧化性能优于碳化钨，而且都能被Co润湿。以碳化钨为主的产品耐热性为600℃，到了800℃强度就下降一半。