[发明专利]高钛耐磨钢制备方法

说明书

高钛耐磨钢制备方法，属于耐磨材料技术领域。将废钢、增碳剂、铬铁、硅铁在电炉内混合加热熔化，钢水熔清后加入锰铁，升温至1622‑1636℃，加入占炉内钢水质量分数0.08‑0.10％的铝并将炉内钢水的化学组成及质量分数控制在0.69‑0.77％C,1.68‑1.85％Si,2.22‑2.48％Mn,0.65‑0.79％Cr,0.035％S,0.040％P,0.03‑0.06％Al,余量为Fe及不可避免的杂质，然后加入占炉内钢水质量分数0.8‑1.0％的钛铁，钢水经炉外处理后浇注成铸件，经热处理后，获得的高钛耐磨钢硬度高，强韧性好，耐磨性优异，有良好的推广应用前景。

技术领域

本发明公开了一种耐磨钢制备方法，特别涉及一种高钛耐磨钢制备方法，属于耐磨材料技术领域。

背景技术

磨损是材料失效的主要形式之一，广泛存在于冶金、电力、建材、矿山、机械和交通等领域。为了减少材料磨损，降低对环境能源消耗，研发性能优异的新型金属耐磨材料具有十分重要的意义。常用的耐磨材料有高锰钢、白口铸铁和合金钢。其中高锰钢经水韧处理后，获得单一奥氏体组织，在高应力冲击磨损条件下，由于高锰钢发生奥氏体向马氏体转变，具有优异的耐磨性，但是在应力较小、冲击较弱的工况下，奥氏体很难发生转变，耐磨性较差。白口铸铁尽管硬度高，耐磨性较好，但是脆性太大，在冲击磨损工况下易发生断裂和碎裂，使用安全性较差。合金耐磨钢具有优异的强韧性和较好的耐磨性，基体显微组织是马氏体或贝氏体，相比白口铸铁，由于缺少耐磨硬质相，其耐磨性较差，仍有提升的必要。

在合金耐磨钢基础上，通过加入强碳化物生成元素Ti，在凝固过程中生成高硬度的TiC颗粒，分布在合金钢基体上开发而成的高钛钢，有望显著提高耐磨性。中国发明专利CN109706399A公开了高钛耐磨钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：电炉冶炼、LF精炼、VD精炼、模铸、热轧、热处理；所述高钛耐磨钢由以下重量百分含量的成分组成：C 0.15～0.28％，Si0.18～0.22％，Mn0.9～1.5％，S≤0.015％，P≤0.020％，Mo 0.15～0.32％，Ti0.30～0.6％，Als0.02～0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述电炉冶炼步骤中，控制出钢下渣量≤10kg/t，出钢P≤0.008％，出钢C 0.03～0.08％，出钢温度1650～1680℃；所述LF精炼步骤中，根据进站成分加入高碳锰铁，钼铁、硅铁，将钢水成分中C、Si、Mn、Mo、Ti以及Als的含量控制在目标值的中限；再加入石灰、精炼渣以及萤石，加热化渣后，喂入铝线进行脱氧，将钢中铝控制在0.02～0.06％，出站时钢中S≤0.010％，出站温度1700～1730℃；所述VD精炼步骤中，在55～75pa下处理20～28min，破空加入钛铁至Ti含量为0.30～0.6％，出站温度为1610～1620℃；所述热处理步骤是指在800～960℃淬火和100～240℃回火。所述精炼渣成分为Al2O3 18～30％，Al 6～15％，CaO 40～45％，SiO₂≤10％，P≤0.05％，S≤0.15％，其余为不可避免的杂质。中国发明专利CN108517465A还公开了一种铌钛铬硼合金化耐磨钢，包括如下重量百分比的化学成分：C：0.15～0.30％；Si：≤0.40％；Mn：0.60～1.60％；P：≤0.015％；S：≤0.0015％；Nb：0.010～0.050％；Cr：0.0025～0.40％；Ti：0.010～0.040％；Als：0.015～0.040％；Ni：0.0025～0.040％；Cu：0.0010～0.0040％；Ca：0.0010～0.0050％；B：0.0010～0.0030％，N：≤0.006％；O：≤0.004％；H：≤0.00020％；余量为铁和不可避免的杂质。其制备方法包括以下步骤：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调站→LF精炼→RH精炼→连铸→堆垛缓冷→热轧→横切开平→热处理→成品。所述铌钛铬硼合金化耐磨钢为马氏体组织，具有优良的力学性能和耐磨性能，其Rm：1250～1500MPa，A50：7～15％，HBW425～500；厚度尺寸公差在-0.15～+0.15mm以内，生产的耐磨板最薄可达2.0mm。中国发明专利CN103484769A还公开了一种通过调整锰钛硼的含量提高钢板性能的方法。一种通过调整锰钛硼的含量提高钢板性能的方法，其特征在于，所述的钢板中各组分的含量如下：碳：0.21-0.30％；硅：0.15-0.50％；锰：1.30-1.90％；钛：0.020-0.040％；铜≤0.25％；磷≤0.015％；硫≤0.010％；硼：0.0008-0.0025％，余量为铁和不可避免的杂质。采用该发明生产的装载机主刃板、推土机、平地机铲刃用高耐磨钢达到了优异的硬度和强韧性匹配，韧脆性转变温度在-20℃以下。钢板布氏硬度430-490HBW；钢板的抗拉强度范围在1380-1490MPa，通过回火处理，消除了组织内应力，提高了塑性指标，延伸率能达到12％。由此可见，该发明与现有技术相比，具有实质性的进步，实施效果显著。中国发明专利CN110202118A公布一种钒、钛微合金化中碳槽帮铸钢的制备方法。该制备方法是对在ZG30MnSiMo成分基础上进行0.05～0.5％V，0.01～0.1％Ti微合金化的中碳槽帮铸钢提出的。其制备方法主要是通过熔炼、模铸、开箱、热处理等过程进行制备。其中模铸时钢水凝固过程是在电压为30V～90V、电流强度为60A～100A的直流电流条件下进行。另外对开箱后的槽帮铸钢进行控制钒、钛的碳氮析出物部分溶解的高温正火、以及调质的热处理过程。按照上述成分及工艺方法处理，可以保证该槽帮铸钢得到弥散分布的近球形的钒、钛的碳氮析出物的抗磨相，从而使该槽帮铸钢的抗拉强度≥1200MPa、室温冲击韧性αkv≥60J/cm2，耐磨性可达ZG30MnSiMo的2.8倍以上，满足矿山冶金机械零部件对耐磨损性能的高要求。中国发明专利CN108998727A一种强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢，其化学成分质量百分比为：C：0.65～0.85％、Si：0.20～0.45％、Mn：0.80～1.00％、P：≤0.015％、S：≤0.015％、Ni：0.05～0.10％、Cr：0.75～0.95％、Al：0.010～0.045％、Nb：0.020～0.050％、Ti：0.010～0.050％、[H]≤0.0002％、[O]≤0.002％、[N]≤0.006％，其余Fe。从上述配方可知，该发明的一种强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢及其生产方法，在原有成分基础上添加适量的微合金元素Nb和Ti，以控制奥氏体晶粒尺寸，使Nb、Ti元素进行微合金化，通过优化该钢的化学成分，拓宽钢球的轧制生产工艺窗口，并且提高钢合金的耐磨性和韧性，避免钢球再次出现提前破碎。上述含钛耐磨钢中，合金元素钛加入量过低，耐磨硬质相数量过少，钢的耐磨性提高有限。