一种细化中碳合金工具钢凝固组织的方法技术

本发明专利技术公开了一种细化中碳合金工具钢凝固组织的方法，通过控制凝固前钢液中

【技术实现步骤摘要】
一种细化中碳合金工具钢凝固组织的方法


[0001]本专利技术涉及冶金
，尤其涉及一种细化中碳合金工具钢凝固组织的方法
。

技术介绍

[0002]钢液凝固过程主要是晶体的形核和长大，最终形成不同的微观组织和成分分布，凝固组织的不同，特别是原奥氏体晶粒的大小，对于钢铁材料的性能和使用寿命起到了决定性的作用
。
凝固组织的细化可以有效地提高钢材的材料性能
、
降低钢材的偏析，使得钢材成分分布均匀
、
性能稳定
。
[0003]结合国内外的研究结果可知，增加凝固过程中形核核心的数目是细化凝固组织的有效手段
。
有研究通过向铁液中添加
20
种不同类型的碳化物和氮化物形核粒子发现，
TiN
的加入可以显著降低形核过冷度，促进铁液形核，利用二维晶格错配度理论计算也发现
TiN
与
δ
‑
Fe
的错配度小于
12
％，可以有效的作为促进形核相的非均质形核核心
。
基于此
TiN
作为异质形核核心在焊接工艺中得到了广泛的应用和验证
。
[0004]稀土元素作为我国的特色资源，在钢中还存在净化钢液
、
变质夹杂物和微合金化作用，大量研究均表明，稀土元素的合理添加可以有效的提高材料的冲击性能
、
耐磨性
、
抗疲劳性能
、
抗腐蚀性能等，所以利用稀土元素来细化凝固组织是切实可行且可能得到额外的效果
。
[0005]但是稀土化合物作为形核剂细化凝固组织需要满足以下条件：
1、
形核剂具有特定的尺寸；
2、
形核剂具有良好的形核潜力；3，形核剂弥散分布且数量密度较大
。
有研究指出当形核剂的尺寸小到亚微米级别时，形核剂将失去形核的潜力，主要是由于弯曲的界面会增加形核壁垒，阻碍异质形核效果；另一方面，当形核剂的尺寸过大时，形核剂将降低材料的韧性，同时尺寸的增加也会显著降低形核剂的数量密度，不利于异质形核
。
稀土化合物非常容易聚集长大，钢厂在冶炼过程中添加稀土，均发现了浇注过程中水口堵塞的问题
。
由于稀土化合物之间非常容易聚集，所以让稀土化合物形核剂弥散分布且数量密度较大，同样是需要解决的难题
。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术旨在提供一种细化中碳合金工具钢凝固组织的方法
。
[0007]技术方案：本专利技术所述的细化中碳合金工具钢凝固组织的方法，如下：
[0008]在中碳合金工具钢完全熔化成钢液后，调整钢液中
Al、O
和
S
元素含量，加入
Ce
元素，生成
Ce
‑
S
和
Ce
‑
O
‑
S
形核剂，来实现中碳合金工具钢凝固组织的细化
。
[0009]由于
Ce
元素和
O
元素的结合能力相比于其他元素更强，会优先生成
Ce
‑
O
化合物，此类稀土化合物在凝固前生成，会聚集长大进而失去作为有效形核核心的可能性
。
本专利技术调整钢液中
Al
元素含量，使用
Al
元素对钢液进行预脱氧，降低钢液中
O
含量，防止
Ce
元素加入后过量的
Ce
‑
O
夹杂物生成
(Ce
‑
O
的形核效果不理想
)
，减少有效的形核核心
Ce
‑
O
‑
S
和
Ce
‑
S
的析出
。S
元素的控制主要是为了促进
Ce
‑
S
或
Ce
‑
O
‑
S
的生成，当
S
元素过低时也会大量生成无
效的
Ce
‑
O
化合物
。
在调整钢液中
Al、O
和
S
元素含量后，加入
Ce
元素，
Ce
元素和
O、S
元素反应生成
Ce
‑
O
‑
S
化合物，由于钢液成分控制得当，也伴随着
Ce
‑
S
化合物的生成
。
因此，
Ce、O
和
S
元素的合理控制对于析出有效的稀土化合物形核剂至关重要
。
[0010]优选的，生成
Ce
‑
S
和
Ce
‑
O
‑
S
形核剂后钢液中
Al、Ce、O
和
S
元素的质量分数如下：
ω
[Ce]0.008
％～
0.03
％
、
ω
[O]0.0008
％～
0.0015
％
、
ω
[S]0.0015
％～
0.03
％
、
ω
[Al]0.008
％～
0.05
％
。
[0011]优选的，所述中碳合金工具钢中各元素的质量百分比为：
C 0.30
％～
0.60
％，
Si≥0.15
％，
Mn≥0.20
％，其余为
Fe、
其它合金元素和杂质
。
[0012]优选的，所述其它合金元素包括
Cr、Ti、Nb、Mo、V
中的一种或几种，且质量分数满足
ω
[Cr]+
ω
[Ti]+
ω
[Nb]+
ω
[Mo]+
ω
[V]≥2.0
％
。
[0013]优选的，
Ce
元素在金属凝固前加入
。
[0014]优选的，
Ce
元素加入方式为稀土包芯线喂入或块状投入
。
[0015]优选的，
Ce
元素加入时钢液的过热度控制在
40℃
以内
。
[0016]优选的，所述
Ce
‑
S
和
Ce
‑
O
‑
S
形核剂的有效尺寸在1‑3μ
m
之间
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种细化中碳合金工具钢凝固组织的方法，其特征在于，方法如下：在中碳合金工具钢完全熔化成钢液后，调整钢液中
Al、O
和
S
元素含量，加入
Ce
元素，生成
Ce
‑
S
和
Ce
‑
O
‑
S
形核剂，来实现中碳合金工具钢凝固组织的细化
。2.
根据权利要求1所述细化中碳合金工具钢凝固组织的方法，其特征在于，生成
Ce
‑
S
和
Ce
‑
O
‑
S
形核剂后钢液中
Al、Ce、O
和
S
元素的质量分数如下：
ω
[Ce]0.008
％～
0.03
％
、
ω
[O]0.0008
％～
0.0015
％
、
ω
[S]0.0015
％～
0.03
％
、
ω
[Al]0.008
％～
0.05
％
。3.
根据权利要求1所述细化中碳合金工具钢凝固组织的方法，其特征在于，所述中碳合金工具钢中各元素的质量百分比为：
C 0.30
％～
0.60
％，
Si≥0.15
％，
Mn≥0.20
％，其余为
Fe、
其它合金元素和杂质
。4.
根据权利要求3所述细化中碳合...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宇，肖丙政，彭学艺，邓伟，文辉，
申请(专利权)人：南京钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：