专利名称：：一种先进奥锰钢的双变质处理方法
技术领域：
：本发明涉及一种奥氏体锰钢的变质处理方法。
背景技术：
：传统奥锰钢即奥氏体锰钢(中锰钢、高锰钢、超高锰钢)的生产工艺主要有两类一类是在奥锰钢的基本成分确定后按照传统的熔炼工艺进行熔炼，由于按传统的熔炼工艺进行熔炼通常不施行变质处理、孕育处理。用这种工艺生产的奥锰钢铸态组织中的碳化物沿晶界呈网状分布，在含碳量较高时这种网状碳化物较发达，网片较厚，致使材料的脆性很大；其次钢液中的非金属夹杂通常也易呈网状分布，这些特性不仅造成铸态下材料的脆性，容易在凝固过程和生产过程中造成铸件的断裂，而且在随后的水韧处理过程中往往要求在较高的奥氏体化温度和较长的保温时间下才能完成碳化物的熔解，达到获得单一奥氏体组织的目的。由于奥氏体化温度增高和保温时间变长，使晶粒粗大，并且在原来碳化物分布的位置由于碳化物的熔解而留下了显微裂纹，这些都不利于提高材料的韧性，这些都容易使材料在服役期间容易造成零件的失效。我国在70年代后期开始采用稀土硅铁对奥锰钢进行变质处理，变质后碳化物的形态、大小均发生了较为显著的变化，但是从碳化物在基体中的分布来看是较为不均匀，它主要体现在碳化物在基体中的分布不均匀和碳化物的形态与大小在各局域偏差较大；非金属夹杂物的形态和大小也发生了较为显著的变化，但和碳化物的变化相似，其局部区域也是不均匀的。近些年来，随着国家矿冶工程的发展，用于矿石粗磨的颚式破碎机和中细磨的圆锥破碎机的颚板、球磨机衬板、粉碎机锤头等高锰钢件年耗量已达百万吨。这促使人们开始愈发重视在优质奥锰钢的生产新工艺上进行有益的探索，以期不断完善奥锰钢生产工艺促进奥锰钢工件质量的提高。优质奥锰钢生产新工艺其核心就是将冶金处理技术的内核变质处理；孕育处理；微合金化技术三位一体，相辅相成，互为作用；在实现组织明显改善的同时，使材料的综合性能得到全面提升。中国专利CN1219103C公开了一种锰钢制造方法，在出钢时用稀土合金和钒铁进行复合变质处理，可以提高锰钢的韧性，其缺陷是在稀土进行变质前对钢液未进行更为有效的脱氧使稀土变质作用不稳定；虽然稀土合金和钒铁对变质效果有较为明显的作用但由于未采取炉内和炉外分级处理对先析相奥氏体的形态缺乏控制；钒铁近年来吨价高达15万元以上使成本提高幅度较大。
发明内容本发明的目的是提供一种奥锰钢的双变质处理方法，釆用复合变质剂和孕育剂，在炉内、炉外实行"二步法"处理并按变质合金异质形核的生核能大小进行分级处理，以便进一步改变铸态组织，提高和增强综合力学性能和使用性能。本发明是这样实现的在常规熔炼工艺基础上采取炉内和炉外两步复合变质和孕育处理，炉内处理是在调整钢液成份的合金化阶段加入变质剂和孕育剂，加入时间是在加入锰铁对钢液的锰含量进行微调之后，依次向熔池中加入含Re占钢液重量0.0670.081%的稀土合金、占钢液重量2.02.5%的钒渣，出钢前加入占钢液重量0.150.20%的铝；炉外处理是在钢包中加入作为变质剂和孕育剂的占钢液重量0.040.06%的硅钙、含Re占钢液重量0.1330.169%的稀土合金、含钛占钢液重量0.020.03%的钛铁和占钢液重量0.0060.008%的锌。本发明采用Re-Ca-Ti-Al多元素复合变质剂来进行对钢液的变质；多元素变质的有点在于由于变质元素具有各自不同的物理特性和化学特性，因此在钢液进行变质的过程中和钢液在铸型里进行的凝固过程中随着温度的变化，这些复合元素将依次按顺序进行对钢液的变质，从而使变质过程的有效时间延长，各元素的变质效果能够做到一种相彰得益的效果。另一方面将变质剂在炉内、炉外实现"两步法"分级处理，可以节能细化初晶奥氏体，也能控制钢液凝固过程的组织结晶。采用分级复合变质处理的工艺效果主要体现在1、提高了铸态组织中碳化物的形态和大小，减少了碳化物的晶界分布，增大了晶内分布，并减少了碳化物的数量；2、改变了碳化物的形态，使碳化物趋于块状或团粒状；3、明显减少了非金属夹杂的数量，并且使非金属夹杂呈团粒状分布；4、采用分级复合变质处理，采用上述复合变质剂进行分级复合处理，由于碳化物和非金属夹杂物的明显改变，使铸态组织的韧性有所提高，并且使随后的奥氏体化的保温时间縮短，奥氏体化保温温度得到一定的降低，这样不仅有利于防止奥氏体晶粒的粗化，而且明显削弱了明显由于碳化物造成的显微裂纹存在的可能，使奥锰钢组织获得更高的韧性；5、由于熔炼后期和炉前进行的分级复合化变质使变质组织在奥氏体基体上的分布均匀化。本发明在变质处理的同时，还采用V渣-Ti-Zn多元素复合孕育剂来进行对钢液的孕育，Ti在本发明中即是变质剂也是孕育剂；多元素孕育的优点在于钢液中高熔点碳化物结晶核心的形成和一定数量的分布使碳化物的结晶核心得到明显的增加，并使其在奥氏体晶粒以及晶界上得到更为均匀的分布，这样不仅可以改变碳化物的形态而且使碳化物变小和进一步的增强了生成团粒状的倾向；复合孕育处理的工艺效果主要体现为1、明显改善了铸态组织中碳化物的形态和大小，增加了碳化物的结晶核心，从而细化了碳化物；2、由于增加了凝固过程中的结晶核心，使奥氏体晶粒得到细化；3、碳化物和晶粒的细化使钢液在炉前处理和在铸型凝固过程中的抗变质衰退能力得到增强；4、由于采用了复合孕育处理进一步提高了工件铸态和水韧处理后的力学性能，这样在奥锰钢基本成分的设计上为提高该类奥锰钢工件的耐磨性可适当增加材料的含碳量，由此可增加材料的硬度、加工硬化的能力，使工件获得更高的耐磨性能；5、对采用弥散强化处理的奥锰钢工件，复合孕育处理可以加速弥散相的析出速度和均匀分布的程度。炉外复合处理部分需加入的添加剂中至少稀土合金和钛铁采用氮气喷送处理剂装置向钢包内喷射加入。采用吹氮喷射Re+钛铁粉末工艺可以克服由于添加元素的密度与钢液的不同易造成处理过程和效果不稳定、反应不充分的缺陷，使变质和孕育的效果优良而稳定；同时由于氮气在钢液中形成了大量气泡，在该类气泡的生成、长大和在钢液中的上浮过程中，气泡作为载体不仅可以吸收钢液中的各种气体，而且在上浮过程中还能将钢液内的杂质和浊点吸附于气泡表面而上浮到液面，从而造成渣液分离，这有益于进一步净化钢液，减少成分偏析，显著的降低铸件产生热裂缺陷的倾向。本发明对奥锰钢实施分级复合变质处理和分级复合孕育处理，既显著改变了碳化物的数量、大小和形态分布，而且也明显提高了在奥氏体基体上分布的均匀性；减少和改善了非金属的数量和分布状态；细化了奥氏体晶粒，显著的减少了由于碳化物的熔解所留下的显微裂纹，这些特征的改变均明显的提高了奥锰钢工件的综合力学性能及其耐磨性能，并且由于韧性的提高，在适度提高碳含量的基础上，由于提高了加工硬化能力，使工件的磨后硬度显著提高，这点在中锰钢工件上的表现尤为突出，分级复合双变质处理不仅能提高钢液的冶炼处理质量，也能提高抗孕育衰退能力。对厚截面的大型铸件，实施微合金化处理可解决由铸造过程和热处理过程中产生的粗晶现象和促进其表层与心部组织的一致性。采用吹氮喷射1^+钛铁粉末工艺可以使变质和孕育的效果优良而稳定；并可进一步净化钢液，减少成分偏析，显著的降低铸件产生热裂缺陷的倾向。具体实施例方式冶炼目标基本成分(％)见下表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>以中频炉为例，将所需原料加入炉中熔炼，待向瑢池中加入锰铁及用硅钙进行预脱氧后，在合金化阶段按以下顺序加入锰铁(氮化锰铁)一稀土合金一V渣，其中，稀土合金采用1#包头稀土硅铁，加入量是Re含量占钢液重量的0.0670.081。/。；V渣加入量占钢液重量的2.02.5%。用出钢前用占钢液重量0.15%0.20%的Al进行终脱氧，出钢温度1500'C~1550°C。出钢时，待钢液充满钢包，将表面涂有耐火材料(Al203+刚玉粉+水玻璃)的氮气喷送处理剂装置插入钢液l-2min，将炉外变质处理、孕育处理的添加剂即占钢液重量0.040.06%钢液重量的硅钙、Re含量占钢液重量0.1330.169%的稀土合金、含钛占钢液重量0.020.03%的钛铁和占钢液重量0.0060.008%的锌加入到喷送装置中，用0.20.3MPa氮气将粉状添加剂吹喷到钢包的熔液中，大约2030秒后取出喷枪并净置钢液3min。浇注温度1420'C1470°C。钢液要求57分钟浇完。对2吨以上容量的钢包还可在带有塞口机构的包底装上透气耐火砖进行吹氩处理。炉外处理的添加剂硅钙可以在出钢时随流加入，锌可以在出钢前放入钢包中。用双变质剂进行处理的效果见下表双变质进行处理的效果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>从上表中可知经过由双变质剂进行处理的奥锰钢其力学性能和耐磨性能均有较大的提高，尤其是中锰钢材料，这主要的原因是中锰钢除具有高锰钢和超高锰钢所具有的碳的固溶强化和碳化物的弥散强化外还易产生大量的应力诱变马氏体，从而使其加工硬化速率提高，加工硬化效果更为显著。权利要求1、一种先进奥锰钢的双变质处理方法，其特征在于在常规熔炼工艺基础上采取炉内和炉外两步复合变质和孕育处理，炉内处理是在调整钢液成份的合金化阶段加入变质剂和孕育剂，加入时间是在加入锰铁对钢液的锰含量进行微调之后，依次向熔池中加入含Re占钢液重量0.067～0.081％的稀土合金、占钢液重量2.0～2.5％的钒渣，出钢前加入占钢液重量0.15～0.20％的铝；炉外处理是在钢包中加入作为变质剂和孕育剂的占钢液重量0.04～0.06％的硅钙、含Re占钢液重量0.133～0.169％的稀土合金、钛元素含量占钢液重量0.02～0.03％的钛铁和占钢液重量0.006～0.008％的锌。2、根据权利要求1所述先进奥锰钢的双变质处理方法，其特征在于炉外处理部分需加入的添加剂中至少稀土合金和钛铁采用氮气喷送处理剂装置向钢包内喷射加入。全文摘要本发明公开了一种先进奥锰钢的双变质处理方法，在常规熔炼工艺基础上，在加入锰铁对钢液的锰含量进行微调之后，依次向熔池中加入含Re占钢液重量0.067～0.081％的稀土合金、占钢液重量2.0～2.5％的钒渣，出钢前加入占钢液重量0.15～0.20％的铝；炉外在钢包中加入占钢液重量0.04～0.06％的硅钙、含Re占钢液重量0.133～0.169％的稀土合金、含钛占钢液重量0.02～0.03％的钛铁和占钢液重量0.006～0.008％的锌。通过双变质处理提高了奥锰钢的综合力学性能及其耐磨性能。文档编号C22C33/00GK101289722SQ20071010078公开日2008年10月22日申请日期2007年4月19日优先权日2007年4月19日发明者何义成,张国庆,洁杨,王仲珏,章成希申请人:铜陵市大明玛钢有限责任公司