[发明专利]一种可减轻钢中带状组织的Nb‑RE‑B微合金化变质剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用微合金化变质剂减轻中低碳钢或中低碳合金钢锻件中的带状组织的方法，属于钢铁冶金领域。

背景技术

带状组织是指中低碳钢或中低碳合金钢中沿钢材轧制方向或锻件退火后形成的以先共析铁素体为主的带与以珠光体为主的带彼此堆叠而成的组织形态。钢中带状组织是钢材内部的一种缺陷。带状组织可分为一次带状组织和二次带状组织。在冶炼过程中，由于钢水凝固时产生枝晶偏析所形成的原始带状组织称为一次带状组织；钢材在热加工后冷却所产生的沿轧制方向或锻件退火后形成的平行排列、成层状分布、形同条带的组织称为二次带状组织，即：通常情况下所讲的带状组织。

带状组织的存在引起钢机械性能各向异性，零件渗碳层开裂，钢的组织不均匀，塑性、冲击韧性、断裂韧性和断面收缩率降低，冷弯不合、冲压废品率增高；热处理时钢材容易变形、淬火开裂。

通常研究认为：元素偏析是产生带状组织最根本的原因。控制冷却速率是改善带状偏析的关键因素。当轧后或锻后控制冷却速率大于临界冷却速率时，抑制碳和其他元素的扩散，可降低带状组织级别或减轻带状组织。然而，加快轧后或锻造后的冷却速度易使组织中产生贝氏体或马氏体组织，不但增加了工件的处理难度，而且，也增加了工件变形倾向和生产成本。

由铌铁、硼砂和稀土硅铁粉组成的Nb-RE-B微合金化变质剂可有效地抑制中低碳钢或中低碳合金钢中先共析铁素体在在退火或轧后缓慢冷却时的析出和快速长大，细化晶粒，减轻合金元素的偏析，从而，可以减轻中低碳钢或中低碳合金钢锻件和轧件中的带状组织。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用Nb-RE-B微合金化变质剂减轻中低碳钢或中低碳合金钢锻件中的带状组织的方法，其步骤如下：

(1)Nb-RE-B微合金化变质剂的组成为：15-20wt％铌铁+65-75wt％稀土硅铁+10-15wt％硼砂。其中，铌铁为60Fe-Nb，稀土硅铁含20-22wt％RE，硼砂为脱水硼砂。

加入合金元素铌Nb的主要作用是使钢水在冷却凝固过程中从液相中析出NbC颗粒，从而，细化晶粒，减弱合金元素在冷却凝固过程中的偏析程度。另外，固溶Nb也有稳定奥氏体、推迟先共析铁素体转变的作用；稀土的主要作用为细化晶粒。同时，偏聚在奥氏体晶界上的稀土原子同样具有推迟先共析铁素体析出的有效作用。此外，稀土也用来还原硼砂获得活性硼原子，从而，进行钢的硼合金化；合金元素硼B是迄今为止在钢中发现的最为强烈地能够推迟奥氏体在高温发生转变的合金元素。它可以有效地干扰碳在奥氏体晶界的正常扩散。从而，阻碍先共析铁素体在晶界的形核，抑制钢中二次带状组织的产生。此外，硼砂熔点低，易与变质剂中的各种杂质发生反应形成低熔点产物形成炉渣而被脱除。

(2)将铌铁、稀土硅铁和脱水硼砂大块破碎、研磨成为粒度≤2mm的粉末。各种不同的原料粉末按照组成比例进行配料、称重。配好后的原料加入到润磨机中进行混合和研磨，料球重量比8-12:1。原料在润磨机中混合30-40min。

(3)将混匀后的粉末充分烘干，烘干温度250℃-300℃，时间2-3天。之后，将干燥后的粉末制成包芯线。包芯线直径13mm，带钢厚度0.35mm。

(4)在电炉或转炉中冶炼低碳钢或中低碳钢合金钢的初级钢水；在精炼炉中完成合金化以及深脱氧、脱硫、脱氮和去除气体等任务，使精炼钢水除合金成分和温度均达到要求外，[O]≤50ppm,[P]≤100ppm,[S]≤100ppm,[N]≤20ppm。

(5)在钢包中通过喂丝机插入占钢水重量0.1-0.15Kg％的微合金化变质剂包芯线。然后，进行浇注。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

图2为实施例中18CrNiMo齿轮钢未加入和加入Nb-RE-B微合金化变质剂后在经过完全相同的锻造加工工艺处理后得到的带状组织分布对比图；可见，这种齿轮钢在加入Nb-RE-B微合金化变质剂后带状组织明显有所减轻。

具体实施方式

实施例1

将含62wt％Nb的铌铁、20.2wt％RE的稀土硅铁和脱水硼砂块在颚式破碎机中破碎成为粒度小于15mm的小块。然后，用冲击式破碎机将小块原料破碎成为粒度小于2mm的粉末颗粒。将各种不同的粉末按照20wt％铌铁+70wt％稀土硅铁+10wt％硼砂比例配料、称重。配好后的原料加入到润磨机中进行混合和研磨，料球重量比10:1。原料在润磨机中混合30min。将混匀后的粉末在300℃的干燥窑中烘干处理3天。之后，将干燥后的粉末制成包芯线。