一种用于奥锰钢的新型复合孕育剂制造技术

本发明专利技术公开了一种用于奥锰钢的新型复合孕育剂，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；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。采用多元素孕育的优点在于碳化物的结晶核心得到明显的增加，并使其在奥氏体晶粒以及晶界上分布更均匀，使碳化物变小和增强了生成团粒状的倾向，提高了锰钢的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于奥锰钢的复合孕育剂。
技术介绍
传统奥锰钢即奥氏体锰钢(中锰钢、高锰钢、超高猛钢)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己达百万吨。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。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于奧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，本专利技术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，就存在由机、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。本专利技术采用V渣一Ti一Zn复合孕育剂对钢液 分级复合孕育。这主要包含二个内容: 1、 "二步法"处理。BP，将孕育剂分别于炉内、炉外进行处理，这样既能细化初晶奥氏体 且能使水韧处理后的V元素固溶于奥氏体起固溶强化作用外，也能控制钢液凝固过程的碳 化物异质形核的程度。2、将孕育剂按组分元素在钢液中异质形核生核能的大小，分别溶入 钢液，从而增强孕育组织的抗"衰退"能力。采用多元素孕育的优点在于钢液中高熔点碳化物结晶核心的形成和一定数量的分布使 碳化物的结晶核心得到明显的增加，并使其在奥氏体晶粒以及晶界上得到更为均匀的分布， 这样不仅可以改变碳化物的形态而且使碳化物变小和进一步的增强了生成团粒状的倾向。 复合孕育处理的工艺效果主要体现为1、 明显改善了铸态组织中碳化物的形态和大小，增加了碳化物的结晶核心，从而细化 了碳化物；2、 由于增加了凝固过程中的结晶核心，使奥氏体晶粒得到细化；3、 碳化物和晶粒的细化使钢液在炉前处理和在铸型凝固过程中的抗变质衰退能力得到 增强；4、 由于采用了复合孕育处理进一步提高了工件铸态和水韧处理后的力学性能，这样在 奥锰钢基本成分的设计上为提高该类奥锰钢工件的耐磨性可适当增加材料的含碳量，由此 可增加材料的硬度、加工硬化的能力，使工件获得更高的耐磨性能；5、 对采用弥散强化处理的奥锰钢工件，复合孕育处理可以加速弥散相的析出速度和均 匀分布的程度。具体实施例方式冶炼目标基本成分00见下表:<table>table see original document page 5</column></row><table>所用复合孕育剂为V渣、Ti和Zn，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」铁形式加八。以中频炉为例，将所需原料加入炉中熔炼，待向熔池中加入锰铁及用硅钙进行预脱氧 后，在合金化阶段按以下顺序加入锰铁(氮化锰铁)一V渣，出钢温度150(TC 1550 。C。将钛铁、锌预先放置于钢包内，待钢液冲入处理。浇注温度142(TC 147(TC。钢液 要求5 7分钟浇完。新型复合孕育剂的使用效果见下表<table>table see original document page 6</column></row><table>从上表可看出孕育处理后无论力学性能还是耐磨性能都有明显的提高，中锰钢尤为 显著，其原因使中锰钢在工作条件下除产生第二相粒子钉扎高密度位错外，还出现了应变 诱发马氏体，经过孕育处理由于降低了马氏体的碳含量，使诱变马氏体更易形成且数量更 多。权利要求1、一种用于奥锰钢的新型复合孕育剂，其特征在于所述复合孕育剂包括V渣、Ti和Zn，用量分别为钢液重量的2.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于奥锰钢的新型复合孕育剂，其特征在于所述复合孕育剂包括Ｖ渣、Ｔｉ和Ｚｎ，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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张国庆，王仲珏，章成希，杨洁，何义成，
申请(专利权)人：铜陵市大明玛钢有限责任公司，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]