[发明专利]钒氮微合金化磨棒用钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶金领域，尤其涉及一种钒氮微合金化磨棒用钢及其制备方法。

背景技术

耐磨材料广泛应用于矿山、冶金、煤炭、机械、电力等行业，分为金属耐磨材料和非金属耐磨材料。其中，金属耐磨材料主要包括：（1）奥氏体高锰钢，该类钢种具有高强、高韧、耐磨等特点，但只有在强冲击、高应力和磨料硬的情况下才能起作用；在低应力冲击磨料磨损条件下，高锰钢耐磨料并不能发挥其材料性能优势，同时，由于其合金含量高将增加不必要的制造和使用成本，造成资源浪费；（2）钢铁耐磨复合材料，以钢为基体，难熔金属硬化料作硬质相结合材料，应用于严酷的磨损工况，成本高；（3）中低合金耐磨钢，具有良好的耐磨组织，有较高的硬度和强、韧性，合金元素含量低且国内资源丰富，可在较大范围内控制其强度和强、韧性的匹配关系，在低应力冲击磨料磨损条件下具有良好的耐磨性，拥有广阔的推广应用前景但也存在强度有余而韧性不足等问题。

近年来，采用V、Ti、Nb、Re、B等微量合金化元素，通过优化钢中成分设计，对钢种进行微合金化，以降低合金元素含量，提高材料性能，节省生产成本，成为重要的发展趋势。

公告号为CN101984122的专利申请公开了一种低合金耐磨钢，其化学成分按重量百分比计包括0.38%～0.48%的C，0.9%～2.5%的Si，1.5%～2.5%的Mn，1.4%～2.0%的Cr，0.0008%～0.003%的B，0.01%～0.04%的Ce，不超过0.04%的P,不超过0.04%的S，余量是Fe和不可避免的杂质。该耐磨钢具有较高的硬度、韧性和耐磨性，综合性能优良，可用于混砂机刮板、破碎机的锤头或分级机的筒筛挡板等多种工业耐磨场合。该钢种采用B、Ce元素进行微合金化，但合金元素的含量仍然较高，如果在低冲击应力工况下使用将增加生产成本。

公告号为CN102876992A的专利申请公开了一种高强度耐磨钢材料，其化学成分按重量百分比计包括0.3%～0.4%的C，1.6%～1.8%的Cr，1.2%～1.4%的Mn，0.2%～0.3%的Si，0.2%～0.4%的Mo，0.003%～0.006%的B，0.03%～0.08%的Ti，0.2%～0.4%的Al，0.3%～0.6%的Cu，0.02%～0.04%的N，0.1%～0.2%的Re，0.2%～0.4%的W，不超过0.01%的P，不超过0.01%的S，余量为Fe和杂质。根据该专利申请的高强度耐磨钢材料通过添加Cu、Al、N等元素代替原来的有害元素Sb，并限定各元素的含量和制作工艺以保持所述钢材料的耐冲击强度不变，同时使机械性能和耐磨性都得到一定程度的提高。根据该专利申请的钢材料与现有技术中添加Sb的钢材料相比，耐冲击强度基本持平，机械性能有一定程度的提高，尤其是加入的RE（稀土元素）为Y和Ce，在Y:Ce=1:3的情况下机械性能提高较大，同时韧性和耐磨性也都有所提高。根据该专利申请的钢材料在制作工艺中先加入W以使W充分融入钢水中增加其硬度，所述钢材料耐高温且耐腐蚀，可以更安全地应用于冶金、采矿、水泥、陶瓷等行业，但同样存在合金元素的含量较高，在低冲击应力工况下使用将增加生产成本等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种钒氮微合金化磨棒用钢及其制备方法，所述钢在低冲击应力工况下具有高强度、高韧性、耐磨性好、使用寿命长等特点，根据本发明的钢与现有磨棒用钢相比合金含量低，性能优良且生产成本低。通过本发明的钒氮微合金化磨棒用钢的制备方法得到的钢洁净度高并组织致密均匀，综合性能优良，能够满足矿山、冶金、煤炭机械用磨棒的性能要求。

本发明的一方面提供一种钒氮微合金化磨棒用钢，所述钒氮微合金化磨棒用钢的化学成分按重量百分比计包括0.65%～0.72%的C，0.20%～0.30%的Si，1.10%～1.50%的Mn，不超过0.025%的P，不超过0.015%的S，0.10%～0.20%的Cr，0.04%～0.10%的V，0.015%～0.040%的Alt，不超过1.5×10^-4%的H，100×10^-4%～140×10^-4%的N，不超过15×10^-4%的T.O，余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明的另一方面提供一种制备钒氮微合金化磨棒用钢的方法，所述方法包括按顺序进行的以下步骤：

电炉初炼：炉料中铁水的重量百分比占60%～90%，在无渣出钢的过程中加入混合造渣料、合金和脱氧剂；