一种利用稀土变质处理制备高韧性TiC粒子增强型马氏体耐磨钢板的方法

阅读：评论：0

一种利用稀土变质处理制备高韧性tic粒子增强型马氏体耐磨钢板的方法
技术领域
1.本发明涉及一种利用稀土变质处理制备高韧性tic粒子增强型马氏体耐磨钢板的方法，属于钢铁生产技术领域。

背景技术：

2.传统低合金耐磨钢的组织通常选用单相马氏体，其耐磨性能与马氏体基体的硬度直接相关，提高其耐磨性的主要方法是提高碳含量和马氏体的硬度。然而，随着钢中碳含量和硬度的增加，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。在较硬的马氏体基体上引入超硬tic粒子，通过超硬tic粒子增加耐磨性，在相同硬度条件下获得更优异的耐磨性能。但大量tic粒子的加入会对力学性能产生影响，尤其是延伸率和韧性，而在冶金、建筑等工业行业中，使用大量的耐磨钢，部分工件形状复杂，制备过程需要经过弯曲成型，因此对钢板的韧性和成型性都有一定的要求。

技术实现要素：

3.(一)要解决的技术问题
4.为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种利用稀土变质处理制备高韧性tic粒子增强型马氏体耐磨钢板的方法，该方法通过利用廉价稀土合金中的ce元素，净化钢液，有效减轻或消除p、s在晶界偏聚；变质处理细化tic粒子，以实现高韧性tic粒子增强型马氏体耐磨钢板的制备。
5.(二)技术方案
6.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
7.利用稀土变质处理制备高韧性tic粒子增强型马氏体耐磨钢板的方法，其包括如下步骤：冶炼、浇铸、连铸坯加热、轧制、冷却及热处理；
8.其中，该钢种的化学组成按重量百分含量为c：0.20-0.40％；mn： 0.50-1.00％；si：0.20-0.30％；mo：0.20-0.50％；ti：0.30-0.80％；cr： 0.50-1.00％；b：0.001-0.002％；ce：0.001％-0.006％；n≤0.004％；s≤ 0.002；p≤0.010；余量为fe和不可避免的杂质元素。
9.如上所述的方法，优选地，所述ce：0.002-0.0055％。
10.如上所述的方法，优选地，ce：0.0025-0.005，s≤0.0015；p≤0.008。
11.如上所述的方法，优选地，所述冶炼是通过转炉冶炼对铁水进行脱碳、脱硅、脱硫，保证铁水中s≤0.0015wt％；lf精炼铝脱氧，至钢液中全氧≤0.0020wt％；rh精炼时高真空度保持时间在20-25min，rh精炼结束进行硼和稀土合金化。
12.如上所述的方法，优选地，浇铸过程采用轻压下，全程保护浇铸，采用tic粒子增强型马氏体耐磨钢专用保护渣。
13.进一步地，tic粒子增强型马氏体耐磨钢专用保护渣主要成分按重量百分比计为：
sio2+cao：50％-65％；al2o3+mgo：1％-6％；na2o+li2o： 15％-20％；p：2％-10％；粘度为0.15pa
·
s。
14.如上所述的方法，优选地，所述轧制为连铸坯出加热炉后，使用轧机的高压除鳞装置对板坯进行除鳞开轧温度在1050-1100℃，精轧开轧温度在850-900℃之间，采用两阶段控制轧制7-13道次，轧制后空冷。
15.如上所述的方法，优选地，所述热处理为淬火温度为800-920℃，加热时间系数为1.6-2.1min/mm，回火温度为160-220℃，保温时间系数为3.5-4.5min/mm，其中，时间系数是指所需时间与钢板厚度的比值。
16.(三)有益效果
17.本发明的有益效果是：
18.本发明提供一种利用稀土变质处理制备高韧性tic粒子增强型马氏体耐磨钢板的方法，充分利用廉价稀土合金中的ce元素，净化钢液、有效减轻或消除p、s在晶界偏聚；形成稀土复合粒子，使tic粒子发生改性，提高tic粒子增强型马氏体耐磨钢板的韧性。但稀土含量过高，容易在高温形成稀土夹杂物，不利于粒子细化。通过该发明对稀土添加量进行了优化，制备获得高韧性tic粒子增强型马氏体耐磨钢板，其钢板硬度为400-500hb，抗拉强度为1400-1600mpa，延伸率在10％-13％，
ꢀ‑
20℃冲击吸收功在35j以上，耐磨性为同硬度传统耐磨钢的1.5倍以上大大提高了冲击性能。
附图说明
19.图1为稀土ce变质处理后复合粒子成分分布图；
20.图2为实施例1中ce元素含量为0.0025％的粒子尺寸分布图；
21.图3为实施例2中ce元素含量为0.0050％的粒子尺寸分布图；
22.图4为对比例2中ce元素含量为0.0100％的粒子尺寸分布图；
23.图5为对比例1中ce元素含量为0的粒子尺寸分布图。
具体实施方式
24.本发明在冶炼过程中加入稀土合金，充分利用廉价稀土合金中的ce 元素，微量ce加入钢中后，会与钢中的o、s与p等元素优先结合形成稀土夹杂物上浮去除，从而使钢液得到大幅度净化，稀土能够有效减轻或消除p、s在晶界偏聚。此外还可以形成以ce的氧化物和硫化物为核心的复合粒子，使tic粒子发生改性，以ce的氧化物和硫化物异质形核可以细化粒子；ce的氧化物和硫化物在硬度、韧性、热膨胀系数方面与铁基体之间存在较小的差异，能够提高钢的机械性能，提高tic粒子增强型马氏体耐磨钢板的韧性。通过大量实验研究发现，稀土ce的含量优选在0.002～0.006％，如果过量过高，如到达0.01％时，容易在高温形成稀土夹杂物，不利于粒子细化，性能会降低。
25.本发明提供了利用稀土变质处理制备高韧性tic粒子增强型马氏体耐磨钢板的方法，工艺依次包括：冶炼、浇铸、连铸坯加热、轧制、冷却及热处理；其中，优选地，冶炼时钢种的化学组成按重量百分含量为c：0.20-0.40％；mn：0.50-1.00％；si：0.20-0.30％；mo：0.20-0.50％；ti： 0.30-0.80％；cr：0.50-1.00％；b：0-0.002％；ce：0-0.006％；n≤0.004％； s≤0.002％；p≤0.010％；余量为fe进行配料。
26.通过大量实验，研究发现通过转炉冶炼对铁水进行脱碳、脱硅、脱硫，优选保证铁水中s≤0.0015wt％，降低s含量可以提高钢材韧性，但是过低会提高生产成本；lf精炼铝脱氧，降低o含量可以减少ti元素烧损，提高ti元素的收得率，但是过低会提高生产成本，优选脱氧至钢液中全氧≤0.0020wt％；rh精炼时高真空度保持时间优选在20-25min，可以有效降低钢液中的h含量，rh精炼结束进行硼和稀土合金化，可以提高硼和稀土的收得率，获得稳定的合金成分。
27.浇铸过程采用轻压下，全程保护浇铸，采用tic粒子增强型马氏体耐磨钢专用保护渣。
28.连铸坯出加热炉后，使用轧机的高压除鳞装置对板坯进行除鳞开轧温度在1050-1100℃，精轧开轧温度在850-900℃之间，采用两阶段控制轧制7-13道次，轧制后空冷。
29.淬火温度为800-920℃，加热时间系数为1.6-2.1min/mm，回火温度为160-220℃，保温时间时间系数为3.5-4.5min/mm。
30.为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
31.实施例1
32.利用稀土变质处理制备高韧性tic粒子增强型马氏体耐磨钢板的方法，工艺依次包括：冶炼、浇铸、连铸坯加热、轧制、冷却及热处理；冶炼：该钢种的化学组成按重量百分含量为c：0.35％；mn：0.80％；si：0.25％；mo： 0.40％；ti：0.60％；cr：0.80％；b：0.001％；ce：0.0025％；n≤0.004％；s≤0.0015％； p≤0.008％；余量为fe和不可避免的杂质元素进行配料。
33.冶炼：通过转炉冶炼对铁水进行脱碳、脱硅、脱硫，保证铁水中 s≤0.0015wt％；lf精炼铝脱氧，至钢液中全氧≤0.0020wt％；rh精炼时高真空度(0.5tor)保持时间在25min，rh精炼结束进行硼和稀土合金化。稀土合金化采用稀土合金，其ce含量质量百分比为5％-15％。
34.浇铸：浇铸过程在结晶器的第8-11段采用轻压下，略微减小辊缝，可以减少铸坯内部的缺陷，全程保护浇铸，采用tic粒子增强型马氏体耐磨钢专用保护渣，保护渣主要成分按重量百分比计为：sio2+cao：65％； al2o3+mgo：5％；na2o+li2o：20％；p：10％；粘度为0.15pa
·
s。
35.轧制：连铸坯在加热炉中加热，出钢温度为1250℃，出加热炉后，使用轧机的高压除鳞装置对板坯进行除鳞开轧温度在1050℃，精轧开轧温度在880℃之间，采用两阶段控制轧制11道次，轧制后空冷。
36.冷却及热处理：淬火温度为800℃，加热时间系数为1.8min/mm，回火温度为180℃，保温时间时间系数为4min/mm。
37.将获得钢板按国标gbt 228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法和gbt 229-2007金属材料夏比摆锤冲击试验方法进行检测硬度、抗拉强度、延伸率、-20℃冲击吸收功的检测，获得钢板硬度为452hb，抗拉强度为1569mpa，延伸率在10.5％，-20℃冲击吸收功为37.5j。
38.通过电子探针获得钢中tic粒子的元素分布图，如图1所示，观察到 tic粒子以ce的氧化物和硫化物为核心形成了复合粒子，说明ce元素可以净化钢液，同时可以作为tic粒
子异质形核的核心。
39.实施例2
40.利用稀土变质处理制备高韧性tic粒子增强型马氏体耐磨钢板的方法，工艺依次包括：冶炼、浇铸、连铸坯加热、轧制、冷却及热处理；其中，
41.冶炼：该钢种的化学组成按重量百分含量为c：0.35％；mn：0.80％； si：0.25％；mo：0.40％；ti：0.60％；cr：0.80％；b：0.001％；ce：0.0050％； n≤0.004％；s≤0.0015％；p≤0.008％；余量为fe和不可避免的杂质元素。
42.通过转炉冶炼对铁水进行脱碳、脱硅、脱硫，保证铁水中s≤0.0015wt％； lf精炼铝脱氧，至钢液中全氧≤0.0020wt％；rh精炼时高真空度(0.5tor) 保持时间在25min，rh精炼结束进行硼和稀土合金化。其中，所述稀土合金化采用稀土合金中ce含量质量百分比为5％-15％。
43.浇铸：浇铸过程采用轻压下，全程保护浇铸，采用tic粒子增强型马氏体耐磨钢专用保护渣，保护渣主要成分按重量百分比计为：sio2+cao：65％； al2o3+mgo：5％；na2o+li2o：20％；p：10％；粘度为0.15pa
·
s。
44.连铸坯加热：连铸坯出加热炉后，使用轧机的高压除鳞装置对板坯进行除鳞开轧温度在1050℃，精轧开轧温度在880℃之间，采用两阶段控制轧制11道次，轧制后空冷。热处理：淬火温度为800℃，加热时间系数为1.8 min/mm，回火温度为180℃，保温时间的时间系数为4min/mm。
45.同实施例1中的检测方法，测得本实施例的钢板硬度为454hb，抗拉强度为1547mpa，延伸率在10.0％，-20℃冲击吸收功在35.7j以上。
46.对比例1
47.无稀土变质处理的制备tic粒子增强型马氏体耐磨钢板的方法，工艺依次包括：冶炼、浇铸、连铸坯加热、轧制、冷却及热处理；其特征在于：
48.该钢种的化学组成按重量百分含量为c：0.35％；mn：0.80％；si：0.25％； mo：0.40％；ti：0.60％；cr：0.80％；b：0.001％；ce：0；n≤0.004％；s≤0.002％； p≤0.010％；余量为fe和不可避免的杂质元素。
49.所述稀土合金中ce含量质量百分比为5％-15％。
50.通过转炉冶炼对铁水进行脱碳、脱硅、脱硫，保证铁水中s≤0.0015wt％； lf精炼铝脱氧，至钢液中全氧≤0.0020wt％；rh精炼时高真空度保持时间在 25min，rh精炼结束进行硼和稀土合金化。
51.浇铸过程采用轻压下，全程保护浇铸，采用tic粒子增强型马氏体耐磨钢专用保护渣。
52.连铸坯出加热炉后，使用轧机的高压除鳞装置对板坯进行除鳞开轧温度在1050℃，精轧开轧温度在880℃之间，采用两阶段控制轧制11道次，轧制后空冷。
53.淬火温度为800℃，加热时间系数为1.8min/mm，回火温度为180℃，保温时间时间系数为4min/mm。
54.同实施例1中的检测方法，测得本对比例的钢板硬度为450hb，抗拉强度为1453mpa，延伸率在8.2％，-20℃冲击吸收功为23.1j。
55.对比例2
56.利用稀土变质处理制备高韧性tic粒子增强型马氏体耐磨钢板的方法，工艺依次包括：冶炼、浇铸、连铸坯加热、轧制、冷却及热处理；具体地：
57.该钢种的化学组成按重量百分含量为c：0.35％；mn：0.80％；si：0.25％； mo：0.40％；ti：0.60％；cr：0.80％；b：0.001％；ce：0.01％；n≤0.004％； s≤0.0015％；p≤0.008％；余量为fe和不可避免的杂质元素。
58.通过转炉冶炼对铁水进行脱碳、脱硅、脱硫，保证铁水中s≤0.0015wt％； lf精炼铝脱氧，至钢液中全氧≤0.0020wt％；rh精炼时高真空度保持时间在 25min，rh精炼结束进行硼和稀土合金化。所述稀土合金中ce含量质量百分比为5％-15％。
59.浇铸过程采用轻压下，全程保护浇铸，采用tic粒子增强型马氏体耐磨钢专用保护渣。
60.连铸坯出加热炉后，使用轧机的高压除鳞装置对板坯进行除鳞开轧温度在1050℃，精轧开轧温度在880℃之间，采用两阶段控制轧制11道次，轧制后空冷。
61.淬火温度为800℃，加热时间系数为1.8min/mm，回火温度为180℃，保温时间时间系数为4min/mm。
62.同实施例1中的检测方法，测得本对比例的钢板硬度为445hb，抗拉强度为1557mpa，延伸率在9.5％，-20℃冲击吸收功为28.5j。
63.将实施例与对比例获得的钢板中的粒子尺寸进行检测，获得如图2-5 的检测结果，可以观察到添加稀土ce元素后粒子尺寸发生了明显的细化，且大尺寸粒子数量明显减少，有利于高韧性tic粒子增强型马氏体耐磨钢板韧性的提高；优选稀土ce的含量在0.002～0.0055％，如果过量如到达0.01％时，性能会降低。
64.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何本领域技术人员可以利用上述公开的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：

1.一种利用稀土变质处理制备高韧性tic粒子增强型马氏体耐磨钢板的方法，其包括如下步骤：冶炼、浇铸、连铸坯加热、轧制、冷却及热处理；其特征在于，该钢种的化学组成按重量百分含量为c：0.20-0.40％；mn：0.50-1.00％；si：0.20-0.30％；mo：0.20-0.50％；ti：0.30-0.80％；cr：0.50-1.00％；b：0.001-0.002％；ce：0.001％-0.006％；n≤0.004％；s≤0.002；p≤0.010；余量为fe和不可避免的杂质元素。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述ce：0.002％-0.005％。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述ce：0.003-0.006，s≤0.0015；p≤0.008。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冶炼是通过转炉冶炼对铁水进行脱碳、脱硅、脱硫，保证铁水中s≤0.0015wt％；lf精炼铝脱氧，至钢液中全氧≤0.0020wt％；rh精炼时高真空度保持时间在20-25min，rh精炼结束进行硼和稀土合金化。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，浇铸过程采用轻压下，全程保护浇铸，采用tic粒子增强型马氏体耐磨钢专用保护渣。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，tic粒子增强型马氏体耐磨钢专用保护渣,保护渣主要成分按重量百分比计为：sio2+cao：50％-65％；al2o3+mgo：1％-6％；na2o+li2o：15％-20％；p：2％-10％，粘度为0.15pa
·
s。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轧制为连铸坯出加热炉后，使用轧机的高压除鳞装置对板坯进行除鳞开轧温度在1050-1100℃，精轧开轧温度在850-900℃之间，采用两阶段控制轧制7-13道次，轧制后空冷。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热处理为淬火温度为800-920℃，加热时间系数为1.6-2.1min/mm，回火温度为160-220℃，保温时间时间系数为3.5-4.5min/mm。

技术总结

本发明涉及一种利用稀土变质处理制备高韧性TiC粒子增强型马氏体耐磨钢板的方法，该方法包括：冶炼、浇铸、连铸坯加热、轧制、冷却及热处理，其中该钢种中含有Ce：0.001％-0.006％。本发明充分利用廉价稀土合金中的Ce元素，净化钢液，有效减轻或消除P、S在晶界偏聚；形成稀土复合粒子，使TiC粒子发生改性，提高TiC粒子增强型马氏体耐磨钢板的韧性；获得的钢板硬度为400-500HB，抗拉强度为1400-1600MPa，延伸率在10％-13％，-20℃冲击吸收功在35J以上，耐磨性为同硬度传统耐磨钢的1.5倍以上。以上。