一種含鋁高硼高速鋼及其制備方法
【專利摘要】一種含鋁高硼高速鋼及其制備方法，屬于耐磨材料技術(shù)領(lǐng)域。使用中頻感應(yīng)電爐熔煉，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)45～48％的Q235廢鋼、34～37％的W6Mo5Cr4V2Al高速鋼廢料、2.5～2.8％的硼鐵、6.2～6.5％的碳素鉻鐵、1.8～2.2％的稀土硅鐵和6.6～7.0％的多元鋁鐵合金配料，經(jīng)熔煉、鑄造和熱處理后，具有優(yōu)良的力學(xué)性能和高溫耐磨性能，在高溫磨損工況下具有良好的使用效果，推廣應(yīng)用本發(fā)明成果具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
【專利說(shuō)明】
一種含鋁高硼高速鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明公開(kāi)了一種高速鋼及其制備方法，特別涉及一種含鋁高硼高速鋼及其制備 方法，屬于耐磨材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在高溫磨損領(lǐng)域，目前普遍使用耐熱鑄鐵、耐熱鑄鋼和高速鋼等材料，而高速鋼因 高溫硬度高，耐磨性好，因而在高溫抗磨領(lǐng)域極具發(fā)展前景。目前廣泛使用的高速鋼材料是 M2(W6Mo5Cr4V2)高速鋼，因這種材料中含有較多的鎢、鉬昂貴合金元素，因此生產(chǎn)成本高， 此外這類材料通常需要鹽浴淬火，既污染環(huán)境，還易對(duì)產(chǎn)品表面產(chǎn)生腐蝕。
[0003] 為了提高高速鋼性能，中國(guó)發(fā)明專利CN 105296868公開(kāi)了一種耐磨超硬高速鋼， 所述的質(zhì)量比例如下，Cl ·2%-1.8% ;Si0.5%-2.2% ;Μη0·2%-0·6% ;Α10·6%-3·2% ; Cr4.6%-7.4% ；Mol. 5%-2.6% ； V2%-3.2 % ；W3.3-4.8 % ；NbO. 3-1.8% ；P^0.03% ；S^ 0.03 % ;其余為Fe。該發(fā)明減小了W和Mo，加入比原先多的Si，Si的加入使得碳化物尺寸減 小，經(jīng)過(guò)特別的回火等工藝，使得硬度增加，在減少了高成本的W和Mo，加入了低價(jià)格的Si， 使得整體材料成本降低，且硬度好，耐磨性能強(qiáng);通過(guò)配比只需要進(jìn)行一次的回火即可充分 的對(duì)材料進(jìn)行回火工序，節(jié)約了工時(shí)和能源，可靠性好。
[0004] 中國(guó)發(fā)明專利CN 104264043還公開(kāi)了一種離心鑄造耐磨高速鋼復(fù)合乳輥及其制 備方法，屬于乳輥制造技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明乳輥由外層、中間層和輥芯三部分復(fù)合成一體。外 層高速鋼鋼水的化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在1.60~2.40 %C，0.3~1.0 %Mn，0.3~1.2% Si，4.0~6.5%Cr，4.0~6.5%Mo,3.0~6.5%V，3.0~5.0%W，1.0~4.0%Nb，0.3~1.5% Ni，S〈. 03 %，P〈0.03 %，0.06~0.12 % Ti，余量Fe。乳輥經(jīng)離心鑄造復(fù)合成形，淬火和回火 后，具有硬度高和耐磨性好等特點(diǎn)
[0005] 中國(guó)發(fā)明專利CN 103789651還公開(kāi)了一種耐磨高速鋼，該高速鋼的化學(xué)成分以重 量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組分組成：(： ：1.1-1.3^:1.4-1.6，]\111:0.1-〇.3，(：〇 :1.5-1.8,0:6.5-7.5，W:4-6，Mo:2.5-3.5，V: 1.1-1.3，Ce:0.25-0.45，Nb:0.10-0.20，S<0.04，P<0.05,余量 為Fe。
[0006] 中國(guó)發(fā)明專利CN103789650還公開(kāi)了一種耐磨高速鋼的制備方法，其特征在于，該 高速鋼的化學(xué)成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組分組成:C: 1.1-1.3，Si : 1.4-1.6，Mn: 0.1-0.3， Co:1·5-1·8，Cr:6·5-7·5，W:4-6，Mo:2·5-3·5，V:1·1-1·3，Ce:0·25-0·45，Nb:0·10-0·20，S <0.04，P<0.05,余量為Fe，所述的制備方法包括如下步驟：1)將廢鋼、鉻鐵、硅鐵、鈷鐵、鎢 鐵和鉬鐵混合在電爐中加熱熔化;2)爐前調(diào)整成分合格后將溫度升至1610-1630°C，加入脫 氧劑鋁，而后依次加入釩鐵和鈮鐵;3)將鈰硅鐵破碎至粒度小于15mm的小塊，經(jīng)200 °C以下 烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對(duì)鋼水進(jìn)行變質(zhì)處理;4)鋼水溫度達(dá)到1520-1540 °C 時(shí)，直接澆注成鑄件;5)最后將高速鋼鑄件在880-900 °C下保溫時(shí)間2-3小時(shí)，然后進(jìn)行正火 處理即可。
[0007] 中國(guó)發(fā)明專利CN 103469084還公開(kāi)了一種高韌性高耐磨高速鋼及其加工工藝和 應(yīng)用該工藝的刀具。它解決了現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)不夠合理等技術(shù)問(wèn)題。該高韌性高耐磨高速鋼 包括下述質(zhì)量份數(shù)的成分：c:0.97-1.06、Si :0.20-0 ·55、Μη:0· 20-0 ·50、Ρ:彡0.03、S:彡 0.015、Cr :3.80-4.40、W:2.30-2.45、Mo:7.60-7.95、V: 1.95-2.10、C〇:2.85-3.50,其余為 Fe;-種加工工藝，包括A、坯料制備，B、鍛造，C、乳鋼，D、冷拔和E、熱處理;一種刀具。該發(fā)明 的優(yōu)點(diǎn)在于:熱加工性能和冷加工性能好，脫碳敏感性小，切削性能好以及使用壽命長(zhǎng)。
[0008] 中國(guó)發(fā)明專利CN 102660714還公開(kāi)了一種高碳高釩耐磨鋼，其成分質(zhì)量百分比 為:碳(C)2.2%-2.4%，釩(V)8.4%-8.7%，鉻(Cr)5.8%-6.3%，鉬(Μο)2·3%-2·7%，鎳 (附）0.8%-0.9%，鈮（仙）1.6%-1.7%，硅（5〇0.7%-0.9%，磷（卩）<0.04%，硫（5)< 0.04%，余量為鐵(Fe);所述高碳高f凡耐磨鋼制備過(guò)程如下：利用IOOkg中頻感應(yīng)電爐進(jìn)行 熔煉，所用爐料為已經(jīng)稱量好的廢鋼和生鐵，當(dāng)溫度達(dá)到1420Γ時(shí)候加入鉻鐵、硅鐵，待鋼 液溫度達(dá)到1520°C時(shí)，加入鉬鐵、Ni和鈮鐵，1560°C時(shí)候加入釩鐵，目的是為了減少燒損，攪 拌，按Ikg鋁條/噸鋼液的量插入鋁條進(jìn)行脫氧;將稀土元素鈰放在澆包內(nèi)對(duì)鋼液進(jìn)行孕育， 出鋼時(shí)鋼液溫度不低于1560°C，當(dāng)溫度維持在1450-1480°C時(shí)，在離心機(jī)上直接澆注成乳 輥。
[0009] 中國(guó)發(fā)明專利CN 102766824還公開(kāi)了一種耐磨高速鋼輥環(huán)及其制備方法，屬于高 速鋼輥環(huán)技術(shù)領(lǐng)域。其化學(xué)組成為質(zhì)量分?jǐn)?shù)％:2.6~3.2C，14.5~15. OW，2.5~3. OMo，1.5 ~2.0V，4.0~4.5Cr，4.5~5.0Co,6.2~6.8Nb，0.5~0.8Ni，0.15~0.20B，0.25~0.40Al， 0.07~0.10Y，0.04~0.06Ti，0.08~0.12N，0.04~0.07Ca，0.020~0.035Zr，0.08~ 0.11]\%，0.12~0.15211，0.5~1.251，0.20~0.45111，，5〈0.02，？〈0.03，其余為卩6。采用離心 鑄造。輥環(huán)硬度高、耐磨性好。
[0010] 中國(guó)發(fā)明專利CN 101586214還公開(kāi)了一種高硬度高耐磨粉末冶金高速鋼，其通過(guò) 粉末冶金法制備，其特征在于其具有下列的化學(xué)組分，以重量％計(jì)，含有:C: 1.7~1.9，Si : 0.9~l.l，Cr:3.8~4·2，Μο:2·5~3·5，ν:2·5~4.9，W:11~12，Nb:0.4~0·8，Μη:0~0.8， Co:0~5.0 41:0.4~1.4，余量為鐵和雜質(zhì)。
[0011] 中國(guó)發(fā)明專利CN 101709429還公開(kāi)了一種特殊性能高速鋼，主要組成成分為C、W、 Mo、Cr、V、Mn、Si、Nb、Co、P、S和Fe，各成分的質(zhì)量百分比如下，C:0.88 - 0.98% ;W:4.30 - 4.80% ；Mo：2.70-3.10% ；Cr：3.80-4.30% ；V：1.80-2.20% ；Mn：0.20-0.40% ；Si： 1.10 -1.50% ;Nb:0.08 -0.16%、Co: 1.20 -1.80% .P:彡0.03% ;S:彡0.03%;其余為Fe。 該發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：降低貴重金屬鎢和鉬的用量，添加了少量的鈮和鈷，以達(dá)到提高高速 鋼刀具切削性能的目的。
[0012] 中國(guó)發(fā)明專利CN 1264749還公開(kāi)了一種高耐磨性鑄造高速鋼，適用于大型耐磨 件、復(fù)合乳輥工作層。其特點(diǎn)是它的具體化學(xué)成分(重量％ )如下:Cl. 8 - 4.2%，W2 -12%， Mo3-12% ,Cr4-15% ,Co0-10% ,V2.5-10% ,Nb0.3-2.5% ,Si0.5-1.5% ,Mn0.3-0.8%，A10.2 - 0.6%，N0.02 - 0.10%，S彡0.03%，P彡0.03%，其余為Fe，該發(fā)明特點(diǎn)是一 種尚碳、尚1凡、尚絡(luò)型鑄造尚速鋼，鑄造性能良好，耐磨及紅硬性好。
[0013] 中國(guó)發(fā)明專利CN 1804095還發(fā)明公開(kāi)了一種鑄造耐磨高速鋼的制備方法，制成的 鑄造耐磨高速鋼的化學(xué)成分的重量百分比為：C:0.5~1.5%，W: 5.0~7.0%，Mo: 4.0~ 6.5%，Cr:3.5~5.5%，V:1.2~2.5%，Si<1.2%，Mn<1.2%，Ti:0.02~0.12%，Ν:0·005 ~0.040%，Nb:0.03~0.20%，Ζη:0·005~0.050%，S<0.04%，Ρ<0·04%，余量為Fe;該發(fā) 明鑄造耐磨高速鋼用電爐熔煉，爐前調(diào)整成分合格后，加入中間鐵合金作為孕育劑，隨流孕 育處理鋼水，鋼水經(jīng)靜置和扒渣處理后，直接澆入鑄型。鋼水澆注過(guò)程中，加入鐵合金丸作 為懸浮劑。鑄件經(jīng)清砂和機(jī)械加工后進(jìn)行淬火和回火處理，獲得的鑄造耐磨高速鋼硬度高， 韌性和耐磨性好。
[0014] 目前高溫耐磨材料，特別是含鋁高硼高速鋼普遍存在鋁含量高，導(dǎo)致淬火組織中 出現(xiàn)低硬度的高溫鐵素體，且鋁含量過(guò)高，導(dǎo)致材料冶煉困難，且鋁密度低，易出現(xiàn)偏析，降 低材料性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明在普通含鋁高硼高速鋼基礎(chǔ)上，適當(dāng)提高硅、鉻含量。為了降低材料制造成 本，本發(fā)明以Q235廢鋼和W6M〇5Cr4V2Al高速鋼廢料為主要原料，另外加入適量硼鐵、碳素鉻 鐵、稀土娃鐵和多兀錯(cuò)鐵合金。
[0016] 本發(fā)明具體制備工藝步驟如下：
[0017] ①、采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)45~48%的Q235廢鋼、34~37%的W6Mo5Cr4V2Al高速鋼廢料、 2.5~2.8%的硼鐵、6.2~6.5%的碳素鉻鐵、1.8~2.2%的稀土硅鐵和6.6~7.0%的多元 鋁鐵合金配料；
[0018] ②先將質(zhì)量分?jǐn)?shù)45~48%的Q235廢鋼、34~37%的W6Mo5Cr4V2Al高速鋼廢料和 6.2~6.5 %的碳素鉻鐵在中頻感應(yīng)電爐內(nèi)混合加熱熔化，當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1580~1600 °C 時(shí)，加入部分多元鋁鐵合金，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.2~1.5%，然后將鋼水溫度升至1610~1630°C， 然后依次加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5~2.8 %的硼鐵和1.8~2.2 %的稀土硅鐵，并將鋼水溫度升至 1640~1655°C，然后將鋼水出爐到鋼包，鋼包底部預(yù)先放置了經(jīng)420~460 °C預(yù)熱2~3小時(shí) 的剩余的質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.4~5.7 %的多元錯(cuò)鐵合金，兩次總加入的多元錯(cuò)鐵合金總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 6.6~7.0% ;
[0019] ③鋼包內(nèi)的鋼水經(jīng)扒渣、靜置后，當(dāng)溫度降至1450~1478 °C時(shí)，澆入鑄型，鋼水在 鑄型中凝固后當(dāng)溫度降至500°C以下時(shí)開(kāi)箱空冷鑄件，清理澆冒口，對(duì)鑄件進(jìn)行粗加工，并 將粗加工后的鑄件入爐加熱至1120~1160 °C，保溫2~3小時(shí)后，以12~16°C/分鐘的冷卻速 度冷至380~450°C，重新入爐加熱至560~590°C，保溫10~12小時(shí)后，爐冷至溫度低于200 °C后，出爐空冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度，即可獲得含鋁高硼高速鋼產(chǎn)品。 [0020] 如上所述的Q235廢鋼的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為:0.14~0.22 % C，0.30~0.65 % Mn，彡0.30%51，彡0.050%5，彡0.045%卩，余量為卩6。
[0021]如上所述的W6M〇5Cr4V2Al高速鋼廢料的化學(xué)組成及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為：1.05-1.2%C,0.15-0.4%Mn,^0.03%P,^0.03%S,0.2-0.6%Si,3.8-4.4%Cr,1.75-2.2%V, 5.5-6.75%￥,4.5-5.5%]?〇,0.8-1.2%厶1，余量為卩6。
[0022]如上所述的硼鐵的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為：19.0~21.0%B，彡0.5%C，彡2% 51，彡0.5%厶1，彡0.01%5，彡0.1%卩，余量卩6。
[0023] 如上所述的碳素鉻鐵的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為:62.0~68.0 %Cr，7.0~8.5% (：，2.0~3.5%51，彡0.03%5，彡0.04%卩，余量為卩6。
[0024] 如上所述的稀土硅鐵的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為：27.0~30.0 %RE，38.0~ 42.0%51，〈3.0%]?11，〈5.0%〇3，〈3.0%11，余量為卩6。
[0025] 如上所述的多元鋁鐵合金的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為:41.0~44.0 % Al,〈0.35 % C，2.0~3.5%Si，〈0.8%Mn，1.5~2.0%Ca，2.0~2.5%Ba，2.6~3.0%N，3.2~3.8%Ti，〈 0.02%S，〈0.03%P,余量 Fe。
[0026] 本發(fā)明采用采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)45~48%的Q235廢鋼、34~37%的W6Mo5Cr4V2Al高速鋼 廢料、2.5~2.8%的硼鐵、6.2~6.5%的碳素鉻鐵、1.8~2.2%的稀土硅鐵和6.6~7.0%的 多元鋁鐵合金配料。其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)45~48%的Q235廢鋼主要用于補(bǔ)充發(fā)明材料中的 鐵，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)34~37 %的W6M〇5Cr4V2Al高速鋼廢料主要是補(bǔ)充發(fā)明材料中的鎢、鉬、 釩、鋁元素。此外，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5~2.8%的硼鐵、6.2~6.5%的碳素鉻鐵、1.8~2.2%的 稀土硅鐵，其中硼的加入可以提高基體的淬透性，并生成高硬度的硼化物，從而大幅度提高 耐磨性。絡(luò)的加入一方面可以提尚材料的抗尚溫氧化性能，同時(shí)絡(luò)可以促進(jìn)M7 ( C，B ) 3和M23 (C，B)6的生成，對(duì)提尚耐磨性十分有利。稀土娃鐵的加入一方面可以提尚材料的抗尚溫氧 化能力，而且稀土具有細(xì)化和凈化凝固組織的作用，對(duì)提高材料綜合性能十分有利。而多元 鋁鐵合金的加入，除了提高材料的抗高溫氧化能力和改善高溫耐磨性外，還對(duì)細(xì)化和凈化 凝固組織，改善硼化物和碳化物的形態(tài)和分布十分有利，從而可以大幅度提高材料的綜合 性能。
[0027] 本發(fā)明先將質(zhì)量分?jǐn)?shù)45~48%的Q235廢鋼、34~37%的W6Mo5Cr4V2Al高速鋼廢料 和6.2~6.5%的碳素鉻鐵在中頻感應(yīng)電爐內(nèi)混合加熱熔化，當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1580~1600 °C 時(shí)，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.2~1.5 %的多元錯(cuò)鐵合金，對(duì)于凈化鋼液，提高鋼水冶煉效率，并保護(hù) 稀土和硼元素，效果良好。然后將鋼水溫度升至1610~1630°C，然后依次加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5 ~2.8%的硼鐵和1.8~2.2%的稀土硅鐵，并將鋼水溫度升至1640~1655°C，然后將鋼水出 爐到鋼包，鋼包底部預(yù)先放置了經(jīng)420~460 °C預(yù)熱2~3小時(shí)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.4~5.7%的多元 鋁鐵合金。大部分鋁采用高溫預(yù)熱和鋼水高溫出爐在鋼包內(nèi)實(shí)現(xiàn)合金化，可以大幅度減少 鋁的燒損。鋼包內(nèi)的鋼水經(jīng)扒渣、靜置后，當(dāng)溫度降至1450~1478Γ時(shí)，澆入鑄型，鋼水在鑄 型中凝固后當(dāng)溫度降至500°C以下時(shí)開(kāi)箱空冷鑄件，清理澆冒口，對(duì)鑄件進(jìn)行粗加工。由于 鋁的大量加入，鑄態(tài)組織中鐵素體數(shù)量多，本發(fā)明材料鑄態(tài)硬度低，無(wú)需退火可以直接加 工。將粗加工后的鑄件入爐加熱至1120~1160°C，保溫2~3小時(shí)后，實(shí)現(xiàn)奧氏體化，以12~ 16°C/分鐘的冷卻速度冷至380~450 °C，防止出現(xiàn)低硬度的珠光體和鐵素體組織。重新入爐 加熱至560~590°C，保溫10~12小時(shí)后，實(shí)現(xiàn)淬火應(yīng)力的消除，確保使用安全。爐冷至溫度 低于200°C后，出爐空冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度，即可獲得含鋁高硼高速鋼 產(chǎn)品。
[0028] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)勢(shì)：
[0029] 1)本發(fā)明以Q235廢鋼和W6Mo5Cr4V2Al高速鋼廢料為主要原料，不加入鎳、鈮、鈷等 昂貴合金元素，具有較低的生產(chǎn)成本；
[0030] 2)本發(fā)明材料具有優(yōu)異的抗高溫氧化性能，且材料高溫硬度高，高溫耐磨性好； [0031] 3)本發(fā)明材料還具有優(yōu)異的力學(xué)性能，其中室溫硬度達(dá)到64~66HRC，550°C的紅 硬性達(dá)到58HRC以上，沖擊韌性大于22J/cm 2;
[0032] 4)本發(fā)明材料具有優(yōu)異的耐磨性，用于制造線材乳機(jī)導(dǎo)輥，使用壽命比高鎳鉻合 金鋼導(dǎo)輥提高5~6倍，用于制造乳鋼機(jī)板帶乳輥，使用壽命比高碳高釩高速鋼乳輥提高 40%以上，生成成本降低30%以上。
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
[0034] 實(shí)施例1:
[0035] 含鋁高硼高速鋼采用500公斤中頻感應(yīng)電爐熔煉，以Q235廢鋼和W6Mo5Cr4V2Al高 速鋼廢料為主要原料，另外加入適量硼鐵、碳素鉻鐵、稀土硅鐵和多元鋁鐵合金，本發(fā)明具 體制備工藝步驟如下：
[0036]①、采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)47%的Q235廢鋼(Q235廢鋼的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：0.19%C， 0.48%]^，0.24%5丨，0.037%5,0.031%?，余量為卩6)、35.4%的161〇504￥2厶1高速鋼廢料 (W6Mo5Cr4V2Al高速鋼廢料的化學(xué)組成及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：1.09 % C，0.28 %Mn，0.026 %P， 0.014%S，0.51%Si，3.99%Cr，1.76%V，6.15%W，5.02%Mo,0.97%Al，余量為 Fe)、2.6% 的硼鐵(硼鐵的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：19.08%B，0.29%C，1.36%Si，0.38%Al，0.008%S， 0.047 %P，余量Fe)、6.4%的碳素鉻鐵（碳素鉻鐵的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：65.04%Cr， 7.93%(：，2.39%31，0.020%3,0.031%?，余量為?6)、1.8%的稀土硅鐵(稀土硅鐵的化學(xué)成 分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：28.43%1^，39.54%5丨，2.08%]\111，3.75%〇3，1.24%11，余量為？6)和6.8% 的多元鋁鐵合金（多元鋁鐵合金的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：42.38 % Al，0.34 % C，3.10 % Si， 0.62%Mn，1.86%Ca，2.49%Ba，2.66%N，3.64%Ti，0.009%S，0.024%P,余量 Fe)配料； [0037] ②先將質(zhì)量分?jǐn)?shù)47 %的Q235廢鋼、35 · 4%的W6Mo5Cr4V2Al高速鋼廢料和6 · 4%的 碳素鉻鐵在500公斤中頻感應(yīng)電爐內(nèi)混合加熱熔化，當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1582Γ時(shí)，加入質(zhì)量分 數(shù)1.3%的多元鋁鐵合金，然后將鋼水溫度升至1613Γ，然后依次加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.6%的硼 鐵和1.8%的稀土硅鐵，并將鋼水溫度升至1641Γ，然后將鋼水出爐到鋼包，鋼包底部預(yù)先 放置了經(jīng)460 °C預(yù)熱2小時(shí)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.5 %的多元錯(cuò)鐵合金；
[0038] ③鋼包內(nèi)的鋼水經(jīng)扒渣、靜置后，當(dāng)溫度降至1452°C時(shí)，澆入鑄型，鋼水在鑄型中 凝固后當(dāng)溫度降至500°C以下時(shí)開(kāi)箱空冷導(dǎo)輥鑄件，清理澆冒口，對(duì)導(dǎo)輥鑄件進(jìn)行粗加工， 并將粗加工后的導(dǎo)輥鑄件入爐加熱至1120°C，保溫3小時(shí)后，以12~16°C/分鐘的冷卻速度 冷至380~420°C，重新入爐加熱至590°C，保溫10小時(shí)后，爐冷至溫度低于200°C后，出爐空 冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度，即可獲得含鋁高硼高速鋼導(dǎo)輥產(chǎn)品，其力學(xué)性能 見(jiàn)表1。
[0039] 實(shí)施例2:
[0040] 含鋁高硼高速鋼采用500公斤中頻感應(yīng)電爐熔煉，以Q235廢鋼和W6Mo5Cr4V2Al高 速鋼廢料為主要原料，另外加入適量硼鐵、碳素鉻鐵、稀土硅鐵和多元鋁鐵合金，本發(fā)明具 體制備工藝步驟如下：
[0041 ]①、采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)46%的Q235廢鋼(Q235廢鋼的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：0.15%C， 0 · 38 %Mn，0 · 29 % Si，0 · 046 % S，0 · 044 %P，余量為Fe)、36 · 2 % 的W6Mo5Cr4V2Al高速鋼廢料 (W6Mo5Cr4V2Al高速鋼廢料的化學(xué)組成及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：1.08%C，0.39%Mn，0.018%P， 0.025%5,0.24%51，3.81%0,2.10%￥，5.56%￥，5.47%]?〇,0.83%厶1，余量為卩6)、2.5% 的硼鐵(硼鐵的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:20.93%B，0.21%C，1.05%Si，0.18%Al，0.006%S， 0.071 %P，余量Fe)、6.5 %的碳素鉻鐵（碳素鉻鐵的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：62.15%Cr， 7.02%(：，3.49%3丨，0.017%3,0.033%?，余量為?6)、2.2%的稀土硅鐵(稀土硅鐵的化學(xué)成 分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：27.08%1^，38.06%5丨，2.16%]\111，4.07%03,2.54%11，余量為？6)和6.6% 的多元鋁鐵合金（多元鋁鐵合金的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：43.85 % Al，0.20 % C，2.06 % Si， 0.51%Mn，1.99%Ca，2.06%Ba，2.95%N，3.27%Ti，0.009%S，0.027%P,余量 Fe)配料； [0042] ②先將質(zhì)量分?jǐn)?shù)46 %的Q235廢鋼、36.2 %的W6Mo5Cr4V2Al高速鋼廢料和6.5 %的 碳素鉻鐵在500公斤中頻感應(yīng)電爐內(nèi)混合加熱熔化，當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1597 °C時(shí)，加入質(zhì)量分 數(shù)1.2%的多元鋁鐵合金，然后將鋼水溫度升至1629°C，然后依次加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%的硼 鐵和2.2%的稀土硅鐵，并將鋼水溫度升至1651°C，然后將鋼水出爐到鋼包，鋼包底部預(yù)先 放置了經(jīng)420 °C預(yù)熱3小時(shí)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.4 %的多元錯(cuò)鐵合金；
[0043] ③鋼包內(nèi)的鋼水經(jīng)扒渣、靜置后，當(dāng)溫度降至1477°C時(shí)，澆入鑄型，鋼水在鑄型中 凝固后當(dāng)溫度降至500°C以下時(shí)開(kāi)箱空冷導(dǎo)輥鑄件，清理澆冒口，對(duì)導(dǎo)輥鑄件進(jìn)行粗加工， 并將粗加工后的導(dǎo)輥鑄件入爐加熱至1160°C，保溫2小時(shí)后，以12~16°C/分鐘的冷卻速度 冷至410~450°C，重新入爐加熱至560°C，保溫12小時(shí)后，爐冷至溫度低于200°C后，出爐空 冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度，即可獲得含鋁高硼高速鋼導(dǎo)輥產(chǎn)品，其力學(xué)性能 見(jiàn)表1。
[0044] 實(shí)施例3:
[0045] 含鋁高硼高速鋼采用1000公斤中頻感應(yīng)電爐熔煉，以Q235廢鋼和W6Mo5Cr4V2Al高 速鋼廢料為主要原料，另外加入適量硼鐵、碳素鉻鐵、稀土硅鐵和多元鋁鐵合金，本發(fā)明具 體制備工藝步驟如下：
[0046]①、采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)48%的Q235廢鋼(Q235廢鋼的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：0.21 %C， 0·64%Μη，0· 18%5丨，0.038%5,0.034%卩，余量為卩6)、34%的161〇504￥2厶1高速鋼廢料 (W6Mo5Cr4V2Al高速鋼廢料的化學(xué)組成及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：1.19%C，0.16%Mn，0.024%P， 0.023%5,0.55%51，4.35%0，1.76%￥，6.74%￥，4.53%]?〇，1.18%厶1，余量為卩6)、2.8% 的硼鐵(硼鐵的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：19.02%B，0.47%C，1.51%Si，0.28%Al，0.004%S， 0.058%?，余量？ 6)、6.2%的碳素鉻鐵（碳素鉻鐵的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：62.17%&， 8.48%(：，2.09%31，0.021%3,0.028%?，余量為?6)、2.0%的稀土硅鐵(稀土硅鐵的化學(xué)成 分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：27.15%RE，39.10%Si，2.85%Mn，4.19%Ca，2.32%Ti，余量為 Fe)和 7.0% 的多元鋁鐵合金（多元鋁鐵合金的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:43.14 % Al，0.32 % C，2.83 % Si， 0.76%Mn，1.94%Ca，2.07%Ba，2.84%N，3.21%Ti，0.009%S，0.021%P,余量 Fe)配料； [0047] ②先將質(zhì)量分?jǐn)?shù)48 %的Q235廢鋼、34 %的W6Mo5Cr4V2Al高速鋼廢料和6.2 %的碳 素鉻鐵在1000公斤中頻感應(yīng)電爐內(nèi)混合加熱熔化，當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1591Γ時(shí)，加入質(zhì)量分 數(shù)1.5%的多元鋁鐵合金，然后將鋼水溫度升至1618Γ，然后依次加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.8%的硼 鐵和2%的稀土硅鐵，并將鋼水溫度升至1647Γ，然后將鋼水出爐到鋼包，鋼包底部預(yù)先放 置了經(jīng)450 °C預(yù)熱3小時(shí)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.5 %的多元錯(cuò)鐵合金；
[0048] ③鋼包內(nèi)的鋼水經(jīng)扒渣、靜置后，當(dāng)溫度降至1463°C時(shí)，澆入鑄型，鋼水在鑄型中 凝固后當(dāng)溫度降至500°C以下時(shí)開(kāi)箱空冷乳輥鑄件，清理澆冒口，對(duì)乳輥鑄件進(jìn)行粗加工， 并將粗加工后的乳輥鑄件入爐加熱至1150°C，保溫3小時(shí)后，以12~16°C/分鐘的冷卻速度 冷至390~420°C，重新入爐加熱至580°C，保溫11小時(shí)后，爐冷至溫度低于200°C后，出爐空 冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度，即可獲得含鋁高硼高速鋼乳輥產(chǎn)品，其力學(xué)性能 見(jiàn)表1。
[0049]表1含鋁高硼高速鋼材料力學(xué)性能
[0051 ] 本發(fā)明材料以Q235廢鋼和W6Mo5Cr4V2Al高速鋼廢料為主要原料，不加入鎳、鈮、鈷 等昂貴合金元素，具有較低的生產(chǎn)成本。本發(fā)明材料具有優(yōu)異的抗高溫氧化性能，且材料高 溫硬度高，550°C的紅硬性達(dá)到58HRC以上，高溫耐磨性好，用于制造線材乳機(jī)導(dǎo)輥，使用壽 命比高鎳鉻合金鋼導(dǎo)輥提高5~6倍，用于制造乳鋼機(jī)板帶乳輥，使用壽命比高碳高釩高速 鋼乳輥提高40%以上，生成成本降低30%以上。推廣應(yīng)用本發(fā)明材料具有良好的經(jīng)濟(jì)和社 會(huì)效益。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種含鋁高硼高速鋼的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： ① 采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)45~48%的Q235廢鋼、34~37%的W6Mo5Cr4V2Al高速鋼廢料、2.5~ 2.8%的硼鐵、6.2~6.5%的碳素鉻鐵、1.8~2.2%的稀土硅鐵和6.6~7.0%的多元鋁鐵合 金配料； ② 先將質(zhì)量分?jǐn)?shù)45~48 %的Q235廢鋼、34~37 %的W6Mo5Cr4V2Al高速鋼廢料和6.2~ 6.5 %的碳素鉻鐵在中頻感應(yīng)電爐內(nèi)混合加熱熔化，當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1580~1600 °C時(shí)，加入 部分多元鋁鐵合金，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.2~1.5%，然后將鋼水溫度升至1610~1630 °C，然后依次 加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5~2.8%的硼鐵和1.8~2.2%的稀土硅鐵，并將鋼水溫度升至1640~1655 °C，然后將鋼水出爐到鋼包，鋼包底部預(yù)先放置了經(jīng)420~460°C預(yù)熱2~3小時(shí)的剩余的質(zhì) 量分?jǐn)?shù)5.4~5.7%的多元錯(cuò)鐵合金，兩次總加入的多元錯(cuò)鐵合金總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.6~ 7.0% ； ③ 鋼包內(nèi)的鋼水經(jīng)扒渣、靜置后，當(dāng)溫度降至1450~1478 °C時(shí)，澆入鑄型，鋼水在鑄型 中凝固后當(dāng)溫度降至500°C以下時(shí)開(kāi)箱空冷鑄件，清理澆冒口，對(duì)鑄件進(jìn)行粗加工，并將粗 加工后的鑄件入爐加熱至1120~1160 °C，保溫2~3小時(shí)后，以12~16°C/分鐘的冷卻速度冷 至380~450 °C，重新入爐加熱至560~590 °C，保溫10~12小時(shí)后，爐冷至溫度低于200 °C后， 出爐空冷至室溫，最后精加工至規(guī)定尺寸和精度，即可獲得含鋁高硼高速鋼產(chǎn)品。2. 按照權(quán)利要求1所述的一種含鋁高硼高速鋼的制備方法，其特征在于，Q235廢鋼的化 學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：0.14~0.22%C，0.30~0·65%Μη，彡0.30%SK0.050%S，<0.045% P，余量為Fe。3. 按照權(quán)利要求1所述的一種含鋁高硼高速鋼的制備方法，其特征在于，W6Mo5Cr4V2Al 高速鋼廢料的化學(xué)組成及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：1.05-1.2 %C，0.15-0.4 %Mn，彡0.03 %P，彡 0.03%S,0.2-0.6%Si,3.8-4.4%Cr,1.75-2.2%V,5.5-6.75%ff,4.5-5.5%Mo,0.8-1.2% A1，余量為Fe。4. 按照權(quán)利要求1所述的一種含鋁高硼高速鋼的制備方法，其特征在于，硼鐵的化學(xué)成 分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：19.0~21·0%Β,彡0.5%C,彡2%Si,彡0·5%Α1,彡0.01%S,彡0·1%Ρ,余量 Fe〇5. 按照權(quán)利要求1所述的一種含鋁高硼高速鋼的制備方法，其特征在于，碳素鉻鐵的化 學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:62.0~68.0%Cr，7.0~8.5%C，2.0~3.5%Si，<0.03%S，<0.04%P， 余量為Fe。6. 按照權(quán)利要求1所述的一種含鋁高硼高速鋼的制備方法，其特征在于，稀土硅鐵的化 學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：27.0~30.0%1^，38.0~42.0%51，〈3.0%]\111，〈5.0%〇3，〈3.0%11，余 量為Fe。7. 按照權(quán)利要求1所述的一種含鋁高硼高速鋼的制備方法，其特征在于，多元鋁鐵合金 的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:41.0~44.0%Al，〈0.35%C，2.0~3.5%Si，〈0.8%Mn，1.5~2.0% 。&，2.0~2.5%8&，2.6~3.0%13.2~3.8%11，〈0.02%5，〈0.03%?，余量卩6。8. 按照權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的方法制備得到的含鋁高硼高速鋼。
【文檔編號(hào)】C22C33/00GK106086587SQ201610411970
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月14日 公開(kāi)號(hào)201610411970.X, CN 106086587 A, CN 106086587A, CN 201610411970, CN-A-106086587, CN106086587 A, CN106086587A, CN201610411970, CN201610411970.X
【發(fā)明人】符寒光, 李薈, 符定梅, 雷永平, 汪長(zhǎng)安
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)