[发明专利]一种高强度低碳钢材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料制备领域，尤其涉及一种高强度低碳钢材料及其制备方法。

背景技术

合金钢的发展已经有100多年的历史了，到目前为止，多种多样的合金钢在工业上被应用，主要有以下类型：调质钢、弹簧钢、工具钢、高速钢、模具钢、高中低碳合金钢等，目前为止，虽然合金钢技术得到很大发展，但是，仍有很多问题存在，如耐磨度、硬度、防锈性能、耐腐蚀性能、耐高低温性能、脆性、韧性、成本等不能兼顾，在很多场合还不能满足生产的要求，还需要进一步改进，以提高生产效率，降低成本，提高安全性，为高精尖技术发展提供保障，为社会发展提供动力，任务还很艰巨。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度低碳钢材料及其制备方法，该合金材料具有良好的韧性、可塑性，较高的强度和硬度的特点。

本发明的技术方案如下：

一种高强度低碳钢材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.2-0.4、硅0.05-0.15、Mo3.2-3.5、Ni1.7-2.2、Mn4.1-4.3、Co0.03-0.05、Nb0.4-0.6、V0.004-0.008、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁。

所述的高强度低碳钢材料的生产方法，其特征在于：

（1）、将生铁与废铁按1：2比例投入炉中熔化作为铁基质来源；进行脱硫、脱氧、合金化、采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理等；

（2）、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为：（1）硅、Mn；（2）Mo、Ni、Co；（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为10-12分钟，投料后搅拌均匀。

所述的铸后热处理是：先由室温以180-200℃/小时速率升温至900-915℃，保温3-4小时；再以140-160℃/小时速率降温至600-615℃，保温40-60分钟；再以100-120℃/小时速率降温至320-340℃，保温2-3小时；再以150-170℃/小时速率升温至500-520℃，保温2-3小时，取出空冷即得。

所述的精炼剂由下列重量份的原料制成：工具钢粉3-4、粘土9-12、氧化镁3-4、氯化锌2-3、氟铝酸钠5-6、氧化铝1-2、铝矾土5-6、硼化钒1-2、二甲基氧化锡1-2、氢氧化铝8-10、玉石粉3-4、蒙脱石1-2；制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2-3%的硅烷偶联剂KH-550、1-2%的纳米碳粉，混合均匀后，在8-15Mpa下压制成坯，然后，在900-950℃下煅烧3-4小时，冷却后，再粉碎成150-250目粉末，即得。

本发明的有益效果

本发明通过使用锰、镍、铌、钒等原料组合，合理设置配比和生产工艺，合理设置投放次序，形成的低碳钢不仅具有低碳钢的优异韧性和可塑性，还具有高强度、硬度高、耐磨性好的特点；并使用部分废铁作为原料，提高合金的质量稳定均一；本发明适用于多种部件，机械加工性能好，使用寿命长，安全系数高。本发明精炼剂用于铸造生产，明显提高成品率，特别是铸件中的气孔度降低1-2度，得到有效的控制，不会在铸件表面产生气孔，夹杂氧化物也明显降低，氧化夹杂物在2级左右。

具体实施方式

一种高强度低碳钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.2-0.4、硅0.05-0.15、Mo3.2-3.5、Ni1.7-2.2、Mn4.1-4.3、Co0.03-0.05、Nb0.4-0.6、V0.004-0.008、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁。

所述的高强度低碳钢材料的生产方法：

（1）、将生铁与废铁按1：2比例投入炉中熔化作为铁基质来源；进行脱硫、脱氧、合金化、采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理等；

（2）、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为：（1）硅、Mn；（2）Mo、Ni、Co；（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为11分钟，投料后搅拌均匀。

所述的铸后热处理是：先由室温以190℃/小时速率升温至910℃，保温3.6小时；再以150℃/小时速率降温至610℃，保温50分钟；再以110℃/小时速率降温至330℃，保温2.5小时；再以160℃/小时速率升温至510℃，保温2.5小时，取出空冷即得。