一种控制超高碳钢凝固组织结构的方法技术

一种控制超高碳钢凝固组织结构的方法，步骤如下：1)选用商品化的稀土(45‑70)％‑硅钙(55‑30)％复合变质剂在真空炉内熔化，并通过流道引至旋转速度为30‑45m/s，温度为15‑25℃的水冷槽激冷，凝固得到非晶态变质剂颗粒。2)选用纯度为99.9％的工业纯铁、铬铁、锰铁等为原材料，在中频感应炉内进行熔炼，得到的熔体经过脱氧扒渣静置2min‑8min。3)熔体的温度保持在1450‑1550℃时将熔液浇注到金属模，在浇注过程中采用压入法加入非晶变质剂颗粒。该方法通过加入热力学非稳定状态的非晶变质剂对材料进行变质处理，能够有效控制树枝晶奥氏体的析出及有效抑制粗大网状共晶莱氏体的形成。

【技术实现步骤摘要】
一种控制超高碳钢凝固组织结构的方法
本专利技术属于对超高碳钢凝固组织结构控制

技术介绍
超高碳钢是一种含碳量介于高碳钢与铸铁之间的铁基合金。在常规凝固过程中奥氏体多以树枝晶形式析出，且树枝晶间形成粗大网状共晶莱氏体。因此，控制在凝固过程中树枝状奥氏体的析出，并抑制网状共晶莱氏体形成，是使超高碳钢走向工程应用的关键。通过热机械加工、多重热处理等二次加工，虽然可以改善超高碳钢的铸态组织并提高力学性能，但这些技术工艺复杂，能耗高且成本大。近年来，运用变质处理以改善超高碳钢组织结构及力学性能的方法受到广泛关注。研究发现，采用常规晶态变质剂的变质处理可以在一定程度上抑制树枝状奥氏体的析出及共晶莱氏体的形成。然而，变质处理后的超高碳钢仍需要进行后续热处理才能达到工程应用的力学性能要求。因此，探究新型变质处理方法具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术目的是针对上述存在的问题，提供一种控制超高碳钢凝固组织结构的新方法。该方法利用非晶变质剂的热力学非稳定特征控制凝固过程中树枝状奥氏体的析出，并能够有效抑制共晶莱氏体的形成，使得材料可以不经过后续热处理，其力学性能就能达到工程应用要求。本专利技术的技术方案一种控制超高碳钢凝固组织结构的方法，含有如下3个步骤：1)非晶态变质剂的制备：选用商品化的稀土(45-70)％-硅钙(55-30)％复合变质剂，将复合变质剂放入真空炉内熔化，并将熔融的复合变质剂通过流道引至旋转速度为30-45m/s，温度为15-25℃的水冷槽激冷，凝固得到非晶态的变质剂颗粒。2)材料的熔炼：选用纯度为99.9％的工业纯铁、铬铁、锰铁为原材料，在中频感应炉内进行熔炼，得到的熔体经过脱氧扒渣静置2min-8min，熔体的温度保持在1450-1550℃。3)浇注：将步骤2)中的熔体浇注到金属模，浇注温度为1450-1550℃，在浇注过程中采用钟罩压入法加入步骤1)得到的非晶态变质剂颗粒，得到超高碳钢。其中非晶态变质剂颗粒的加入量为0.1wt.％-0.5wt.％(占钢液重量百分数)。所述方法得到的超高碳钢中含各元素的重量百分数(wt.％)为：C:1.7％-1.9％；Cr：1.45％-1.6％；Al：0.35％-0.45％；Si：0.3％-0.4％；Mn：0.5％-0.7％。本专利技术的优点和有益效果：该方法通过加入热力学非稳定状态的非晶态变质剂对材料进行变质处理，以控制树枝晶奥氏体的析出及有效抑制粗大网状共晶莱氏体的形成。附图说明图1是本专利技术实施例1所得试样的金相照片。可观察到共晶莱氏体以孤立的岛状形式存在于颗粒状珠光体基体中。图2是本专利技术实施例2所得试样的金相照片。可观察到少量的共晶莱氏体以孤立的岛状形式存在于颗粒状珠光体基体中。图3是本专利技术实施例3所得试样的金相照片。可观察到几乎没有共晶莱氏体组织。凝固组织由颗粒状先共析碳化物和珠光体基体构成。具体实施方式实施例1：控制超高碳钢凝固组织结构的方法1)非晶态变质剂的制备：选用商品化的稀土(45-70)％-硅钙(55-30)％复合变质剂，将其放入真空炉内熔化，并将熔融的复合变质剂通过流道引至旋转速度为35m/s，温度为15℃的水冷槽激冷，凝固得到非晶态的变质剂颗粒。2)材料的熔炼：针对成分为Fe-1.75C-0.32Si-1.45Cr-0.5Mn-0.3Al的超高碳钢，选用纯度为99.9％的工业纯铁、铬铁、锰铁为原材料，在中频感应炉内进行熔炼，温度为1490℃，经脱氧扒渣后静置4min。3)浇注：当熔体温度为1470℃时，将步骤2)中的熔体浇注到金属模，浇注过程中采用钟罩压入法加入0.1wt.％(占钢水的重量百分数)的步骤1)得到的非晶态变质剂颗粒，得到超高碳钢。图1是本专利技术Fe-1.75C-0.32Si-1.45Cr-0.5Mn-0.3Al的超高碳钢经0.1wt.％非晶变质剂变质处理后所得试样的金相照片。图中右上角为箭头所指白色衬度组织的放大图，可观察到共晶莱氏体以孤立的岛状形式存在于颗粒状珠光体基体中。实施例2：1)非晶态变质剂的制备：选用商品化的稀土(45-70)％-硅钙(55-30)％复合变质剂，将其放入真空炉内熔化，并将熔融的复合变质剂通过流道引至旋转速度为40m/s，温度为20℃的水冷槽激冷，凝固得到非晶态的变质剂颗粒。2)材料的熔炼：针对成分为Fe-1.8C-0.35Si-1.5Cr-0.55Mn-0.35Al的超高碳钢，选用纯度为99.9％的工业纯铁、铬铁、锰铁为原材料，在中频感应炉内进行熔炼，温度为1500℃，经脱氧扒渣后静置5min。3)浇注：当熔体温度为1480℃时，将步骤2)中的熔体浇注到金属模，浇注过程中采用钟罩压入法加入0.15wt.％(占钢水的重量百分数)的步骤1)得到的非晶态变质剂颗粒，得到超高碳钢。图2是本专利技术Fe-1.8C-0.35Si-1.5Cr-0.55Mn-0.35Al的超高碳钢经0.15wt.％非晶变质剂变质处理后所得试样的金相照片。图中右上角为箭头所指白色衬度组织的放大图，可观察到少量的共晶莱氏体以孤立的岛状形式存在于颗粒状珠光体基体中。实施例3：1)非晶态变质剂的制备：选用商品化的稀土(45-70)％-硅钙(55-30)％复合变质剂，将其放入真空炉内熔化，并将熔融的复合变质剂通过流道引至旋转速度为45m/s，温度为25℃的水冷槽激冷，凝固得到非晶态的变质剂颗粒。2)材料的熔炼：针对成分为Fe-1.85C-0.38Si-1.55Cr-0.6Mn-0.4Al的超高碳钢，选用纯度为99.9％的工业纯铁、铬铁、锰铁为原材料，在中频感应炉熔炼，温度为1510℃，经脱氧扒渣后静置6min；3)浇注：当熔体温度为1490℃时，将熔体浇注到金属模，在浇注过程中采用钟罩压入法加入0.2wt.％(占钢水的重量百分数)的步骤1)得到的非晶态变质剂颗粒，得到超高碳钢。图3是本专利技术Fe-1.85C-0.38Si-1.55Cr-0.6Mn-0.4Al的超高碳钢经0.2wt.％非晶变质剂变质处理后所得试样的金相照片。图中右上角为箭头所指白色衬度组织的放大图，可观察到几乎没有共晶莱氏体组织，凝固组织由颗粒状先共析碳化物和珠光体基体构成。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制超高碳钢凝固组织结构的方法，其特征在于步骤如下：1)非晶态变质剂的制备：选用商品化的稀土‑硅钙复合变质剂，其中的质量含量比为：稀土45％‑70％，硅钙55％‑30％，将稀土‑硅钙复合变质剂放入真空炉内熔化，并将熔融的复合变质剂通过流道引至旋转速度为30‑45m/s，温度为15‑25℃的水冷槽激冷，凝固得到非晶态的变质剂颗粒；2)材料的熔炼：选用纯度为99.9％的工业纯铁、铬铁、锰铁为原材料，在中频感应炉内进行熔炼，得到的熔体经过脱氧扒渣静置2min‑8min，熔体的温度保持在1450‑1550℃；3)浇注：将步骤2)中的熔体浇注到金属模，浇注温度为1450‑1550℃，在浇注过程中采用压入法加入步骤1)得到的非晶态变质剂颗粒，得到超高碳钢；其中非晶态变质剂颗粒的加入量为钢液重量的0.1wt.％‑0.5wt.％。

【技术特征摘要】
1.一种控制超高碳钢凝固组织结构的方法，其特征在于步骤如下：1)非晶态变质剂的制备：选用商品化的稀土-硅钙复合变质剂，其中的质量含量比为：稀土45％-70％，硅钙55％-30％，将稀土-硅钙复合变质剂放入真空炉内熔化，并将熔融的复合变质剂通过流道引至旋转速度为30-45m/s，温度为15-25℃的水冷槽激冷，凝固得到非晶态的变质剂颗粒；2)材料的熔炼：选用纯度为99.9％的工业纯铁、铬铁、锰铁为原材料，在中频感应炉内进行熔炼，得到的熔体经过脱氧扒渣静置2min-8min，熔体的温度保持在1450-1550℃；3)浇注：将步骤2)中的熔体浇注到金属模，浇注温度为1450-1550℃，在浇注过程中采用压入法加入步骤1)得到的非晶态变质剂颗粒，得到超高碳钢；其中非晶态变质剂颗粒的加入量为钢液重量的0.1wt.％-0.5wt....

【专利技术属性】
技术研发人员：王芳，刘庆锁，张鑫，王惠斌，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津,12