[发明专利]用于细化TiC颗粒增强型耐磨钢中TiC的方法

说明书

技术领域

本发明属于合金钢技术领域，特别是提供了用于细化TiC颗粒增强型耐磨钢中TiC 的方法，可有效细化、均匀化碳化物颗粒尺寸，大幅提高材料的塑韧性。

背景技术

耐磨钢广泛应用于工作条件特别恶劣，要求高强度、高耐磨性能的工程、采矿、 建筑、农业、水泥生产、港口、电力以及冶金等机械产品上，如刮板运输机、转载机、 挖掘机、自卸车及各种矿山机械等。传统低合金耐磨钢的组织通常选择单相马氏体， 提高其耐磨性的主要方法是提高钢中碳含量和淬火马氏体的硬度。然而，随着硬度的 增加，钢的加工性和焊接性将严重恶化，难以满足装备制造相关要求。发明专利申请 “一种超硬粒子增强型马氏体耐磨钢板及其制造方法，申请号：CN201410742793”提 供一种TiC颗粒增强型马氏体耐磨钢板及其制造方法，解决了现有高硬度耐磨钢焊接性 能及加工性能差、难以满足设备制造要求的难题，钢板耐磨性可达相同硬度传统马氏 体耐磨钢的1.5倍。但是TiC粒子的引入对材料的塑韧性具有不利影响，特别是在采用 模铸工艺下，TiC粒子尺寸较粗大且分布不均匀，钢材韧塑性显著降低。例如，传统马 氏体耐磨钢Hardox450的室温冲击功约为30-50J，而采用模铸生产的TiC颗粒增强型马 氏体耐磨钢冲击功仅为10-15J，且冷弯性能也较差。因此，如何细化、均匀化TiC粒子 的尺寸成为TiC颗粒增强型耐磨钢工业化应用的关键技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供用于细化TiC颗粒增强型耐磨钢中TiC的方法，大幅改善钢 材的塑韧性，解决工程使用过程中冷弯及韧性不足等问题。本发明提供一种的超硬粒 子TiC增强型耐磨钢的生产方法，可使析出相平均尺寸细化到1μm左右，延伸率提高到 10％以上，室温冲击功可提高至18-25J，冷弯性能可实现弯心直径6a、90度合格，同时 耐磨性基本保持不变。

本发明工艺的耐磨钢板化学组成与CN201410742793提供的成分相同，按重量百分 含量(wt.％)为C：0.20-0.40；Mn：0.50-1.00；Si：0.30-0.60；Cr：0.50-0.80；Ni： 0.40-0.60；Mo：0.30-0.40；Ti：0.40-0.80；Cu：0.30-0.50；B:0.0005-0.003；S≤ 0.005；P≤0.015；余量为Fe和不可避免的杂质元素。

此类钢成分设计的基本思路是在凝固过程中形成一定数量的析出相(TiC)，因为 只有在凝固过程析出的微合金碳化物才能达到微米级，而只有微合金碳化物尺寸达到 微米级时才可以大幅提高基体的抗磨粒磨损性能。由于在凝固过程中发生离异共晶相 变，微合金碳化物在相变时作为单独一相分布于晶界、枝晶等最后凝固处，使得共晶 组织两相交替的特征消失。细化碳化物的主要技术思路是控制凝固过程冷却，通过提 高冷速增加碳化物的形核位置，细化碳化物尺寸，均匀化碳化物分布。

模铸生产钢锭热流密度在10-50KW/m²之间，厚板坯连铸生产时结晶器的热流密度约 为在0.8-2MW/m²，而薄板坯连铸生产时结晶器的热流密度可以达到3-7MW/m²，热流密度 提高了1-1.5个数量级。连铸坯冷却到700℃约20分钟，平均冷却约为40℃/分钟；而模 铸生产时钢锭冷却到700℃大约需要6-10小时，冷速约1-3℃/分钟。连铸坯凝固冷却 速度与模铸生产时钢锭的冷却速度约差1-1.5个数量级。TiC的颗粒尺寸随冷速的升高 显著细化，颗粒尺寸与凝固冷速的关系见附图。

本发明的生产工艺流程及主要参数如下：

转炉冶炼—炉外精炼(LF-RH/VD)—板坯连铸—铸坯加热—轧制—热处理；

其中连铸及轧制是控制析出相尺寸的关键工序；

连铸工序工艺参数：

1)浇注温度：液相线20-40℃；

浇注温度较常规钢种提高5-10℃，主要原因是减少高钛钢连铸过程的“结鱼”， 保证生产顺行；

2)板坯结晶器：热流密度0.8-2.5MW/m²；

结晶器要保证足够的冷却强度以细化TiC颗粒尺寸；

3)二冷比水量：0.3-0.8L/kg；

采用前段强冷，后段弱冷的原则；

4)矫直点温度大于950℃；