[发明专利]一种高碳高合金钢的碳化物细化方法

说明书

本申请实施例提供一种高碳高合金钢的碳化物细化方法，涉及合金钢制造方法领域。高碳高合金钢的碳化物细化方法包括以下步骤：按照高碳高合金钢的化学元素组成配制原料，并熔炼得到高碳高合金钢液；将高碳高合金钢液进行过热处理至Tm+(50～100)℃，得到高碳高合金熔体，通过惰性气体使高碳高合金熔体以速度30～160g/s沉积在预置的水冷铜模中，凝固成型得到高碳高合金铸锭；将高碳高合金铸锭进行热处理工艺。本申请实施例的高碳高合金钢的碳化物细化方法能够获得组织致密，碳化物细小的高碳高合金钢。

技术领域

本申请涉及合金钢制造方法领域，具体而言，涉及一种高碳高合金钢的碳化物细化方法。

背景技术

目前，高碳高合金钢由于其含碳量和合金元素含量高，容易形成粗大的共晶碳化物，偏析严重，导致组织不均匀，严重制约高碳高合金钢的力学性能和耐磨性。高碳高合金钢的制造方法主要有以下几种，分别为：传统铸造法、电渣重熔法、喷射成形法、粉末冶金法。上述制造方法中广泛应用于大批量工业生产的是传统铸造法和电渣重熔法，无法有效解决组织中碳化物粗大的问题，偏析严重。喷射成形是一种快速凝固技术，其利用精炼的液态金属，经雾化成液滴射流，使半凝固的液滴颗粒在基底上沉积，快速凝固形成铸件。虽然喷射成形的方法可以实现金属材料的组织细化、成分均匀，消除宏观偏析，但是该方法对组织的细化程度较低，容易造成喷射液滴的过喷，收得率低，形成的金属材料的组织疏松，存在固有的孔隙。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种高碳高合金钢的碳化物细化方法，能够获得组织致密，碳化物细小的高碳高合金钢。

第一方面，本申请实施例提供了一种高碳高合金钢的碳化物细化方法，其包括以下步骤：

按照高碳高合金钢的化学元素组成配制原料，并熔炼得到高碳高合金钢液；

将高碳高合金钢液进行过热处理至Tm+(50～100)℃，得到高碳高合金熔体，通过惰性气体使高碳高合金熔体以速度30～160g/s沉积在预置的水冷铜模中，凝固成型得到高碳高合金铸锭；

将高碳高合金铸锭进行热处理工艺。

在上述技术方案中，将合金钢液进行过热处理，待合金熔体达到预定温度，在惰性气体的促使下熔体以一定的速度沉积在水冷铜模中，成型并凝固，形成碳化物细小的高碳高合金铸锭，随后的热处理制度进一步改变高碳高合金钢的显微组织和分布，提高其服役寿命。

其中，过热度不易过高，否则导致凝固组织晶粒粗大；过热度不易过低，否则流动性差，不易实现快速冲击，容易堵塞喷嘴。

其中，将熔体按照一定速度冲击成型，冲击作用能够破碎晶粒，破碎初生碳化物，不仅能够细化晶粒和碳化物，大大减少孔隙的产生，而且熔体的利用率高，不存在熔体的浪费，熔体冲击法与现有的喷射成形法最大的区别在于形成的铸锭微观组织致密且均匀，碳化物细小；在后续热处理过程中，晶粒在位错、破碎的初生碳化物基础上发生再结晶，实现晶粒细小、碳化物细小和均匀分布，进而能够提高高碳高合金钢强度、韧性和耐磨性能，提高服役寿命。

在一种可能的实现方式中，高碳高合金钢的化学元素组成按重量百分数计包括：C：1.5～2.5％，W：2.5～10％，Mo：3～7％，Cr：4～6％，V：2～10％，Si：0.3～0.6％，Mn：0.3～0.8％，Fe余量。

在上述技术方案中，碳含量控制为1.5～2.5％，一部分进入基体引起固溶强化，保证了基体的强度和硬度；另一部分与合金元素结合形成各种类型的合金碳化物。如果碳含量不足时，会导致二次硬化能力不足，基体的强度和硬度下降，同时一次碳化物数量也相对减少，使钢的耐磨性和使用寿命降低；反之，如果碳含量过高，则形成大量合金碳化物，并且使碳化物的不均匀性显著增加，最终大幅降低钢的塑韧性及可锻造性。