专利名称：一种钎钢的制作方法
技术领域：
本发明属于合金钢，特别是用于轧制中空凿岩钎钢的特种合金钢。
背景技术：
凿岩钎杆用钎钢是细长杆件，它在工作时承受着拉、压、弯、扭和凿岩机每分钟2000～9000次左右的高频冲击，每次冲击功高达25～500J(焦耳)，同时在岩矿石的剧烈磨损、高压水流或压气冲刷和矿坑水的腐蚀条件下，常以应力腐蚀疲劳断裂的方式失效，使用寿命仅几十分钟到几十小时，是人类所有钢铁机具中受力条件最苛刻、使用寿命最短、基础工业必备、技术含量很高的大量消耗性工具。
迄今为止，钎钢寿命较低断裂频繁，仍是世界采掘工业面临的百年难题。
根据所掌握的资料，迄今为止国内外用于生产中空钎钢的钢种是国内以贵阳、涟源、抚顺三家钎钢厂为代表①H19、H22、H25mm锥体连接钎杆用六角形中空钎钢的钢种为55SiMnMo，这是一种Si-Mn-Mo系贝氏体合金钢，用其生产的H22mm锥体连接钎杆，其硬岩工业统计寿命约50m，仅为瑞典同类产品寿命的1/3左右；②D32、D38mm螺纹连接钎杆用圆形中空钎钢的钢种为35SiMnMoV，这也是Si-Mn-Mo系贝氏体合金钢，工业统计硬岩寿命可达200～300m，约为瑞典同类产品的1/3～1/2。国外以瑞典Sandvik、Secoroc公司为代表①H19、H22、H25mm等硬质合金整体钎子和锥体连接钎杆用六角形中空钎钢为Z708和Sanbar61钢，即40SiMnCrNiMo，该钢属Cr-Ni-Mo系超高强度合金钢，使用状态的金相组织为马氏体+贝氏体复相组织，用其生产的H22mm整钎和锥体连接钎杆的硬岩保证寿命≥150m；②D32、D38、D45、D51mm等螺纹连接钎杆用圆形中空钎钢为L-435和Sanbar64，或为C-644和Sanbar23；L-435和Sanbar64即23CrNi3Mo钢，C-644和Sanbar23即25Cr3Mo钢；它们分别属于Cr-Ni-Mo和Cr-Mo系高强度合金钢。该两种钢适合气体渗碳，制作的同类R32-D32×1200-R32螺纹连接钎杆，表面硬度HRC58～62，心部硬度HRC43～45，工业统计硬岩寿命≥600m。
我国钎杆产品使用寿命低，主要原因是钎钢的钢种设计和冶炼、轧制与制钎工艺不合理，导致钎钢机械性能较差，钢的成分变动范围大，钢质纯净度低，有害夹杂物尺寸大且分布不好，晶粒粗，淬透性波动大，不能保证制成品表面和心部硬度以及强度处在最佳区间内，不能保证钎钢精确的几何参数和内外表面无缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用寿命长的钎钢。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是本发明在已有钎钢成果的基础上，为整体钎子和锥体连接钎杆设计的新钢种为37SiMnCrWV、37SiMnCrNiWMoV。37SiMnCrWV钢，含铁基，基本合金元素化学成分及重量百分含量为C-0.3～0.45、Si-1.0～1.6、Mn-0.6～1.0、Cr-0.6～1.2、V-0.06～0.18，加入的合金元素W的重量百分含量为0.3～1.0；37SiMnCrNiWMoV钢是在37SiMnCrWV钢的基础上，添加了0.45～0.50的Ni和0.20～0.30的Mo。该两种钢属Cr-Ni-W-Mo-V系超强韧性合金空冷钢，其性能优于瑞典的Z708、Sanbar61钢，并且符合中国的资源条件。
本发明还为螺纹连接钎杆设计了23Cr2Ni2W和23Cr2Ni2WMoV两个新钢种。23Cr2Ni2W钢，含铁基，基本合金元素化学成分及重量百分含量为C-0.19～0.25、Si-0.15～0.35、Mn-0.4～0.7、Cr-1.6～2.2、Ni-1.4～2.0，加入的合金元素W的重量百分含量为0.3～1.0；23Cr2Ni2WMoV钢是在23Cr2Ni2W钢的基础上，添加了0.20～0.30的o和0.06～0.18的V。重型钎杆用中空钎钢新钢种23Cr2Ni2W的设计原理是①保持国外同类钢的淬透性(保证产品心部硬度和强度)；②修改了CrNi3Mo钢Cr、Ni比例，提高了Cr含量，减少了Ni含量，保持了Cr-Ni钢的优异性能，并降低了成本；③用W代替Mo除保持了Mo的性能外，在渗碳温度下，W能生成特殊碳化物，细化钢的晶粒，阻止过冷奥氐体晶粒粗化，同时还能提高钢的耐磨性。23Cr2Ni2WMoV钢，则是按照“多组元少含量”的合金化要求，在23Cr2Ni2W的基础上，保留了低含量的有益合金元素Mo和V。该两种钢属于Cr-Ni-W-Mo-V系超强韧性合金渗碳钢。
合金元素W是高熔点强碳化物形成元素，生成的特殊碳化物能提高钢的回火稳定性、热强度，能更好地细化晶粒和在不同温度下阻止晶粒长大，更有力地提高钢的强韧性和耐磨性，也就提高了钎钢的使用寿命。加入微量稀土Ce-La合金能净化晶界、减少成分偏析、细化晶粒，使钢强韧化，提高耐磨性。Ce-La是一种双元稀土合金，工业上称为“米铈合金”。
优点和积极效果本发明提供了一种为整体钎子和锥体连接钎杆设计的钎钢37SiMnCrWV、一种为为螺纹连接钎杆设计的钎钢23Cr2Ni2W；它们具有同一个发明构思，即在钎钢的化学成分中加入了合金元素W。所加入的W能生成特殊碳化物、阻止奥氐体化时晶粒长大，提高了钢的强韧性和耐磨性，从而提高了钎钢的使用寿命。本发明还提供了在钎钢37SiMnCrWV的基础上添加了0.45～0.50的Ni和0.20～0.30的Mo的钎钢37SiMnCrNiWMoV；在钎钢23Cr2Ni2W的基础上添加了0.20～0.30的Mo和0.06～0.18的V的钎钢23Cr2Ni2WMoV。在此基础上，本发明还通过在钎钢中添加0.02～0.04微量Ce-La稀土合金的方法，用于减少钎钢的成分偏析、净化晶界，进一步提高了钎钢的使用寿命。为凿岩行业提供了能够发挥资源优势、降低成本、提高质量、延长使用寿命的新型凿岩钎杆用钢。本发明广泛用于制造凿岩钎杆和硬质合金整体钎子。
具体实施例方式
实施例一37SiMnCrWV钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为C-0.37、Si-1.2、Mn-0.8、Cr-0.7、V-0.1，加入的合金元素W-0.6，P、S杂质小于0.02。
其制备方法按常规方法制备。
炼钢工艺配用精料+电弧炉(EBT)初炼+真空炉精炼(VD)+模铸。
电弧炉(EBT)任务保证钢水碳(C)、磷(P)合适；温度合适；适当合金化；出钢前变渣；钢中脱氧加铝(Al)。加强氧化期去气、去夹杂操作，无渣出钢，钢中磷(P)硫(S)和夹杂物含量降低，减少钢液污染。
真空炉(VD)任务真空精炼脱气，进一步除去钢中气体和夹杂物，提高钢的纯净度入VD加热精炼，严格控制抽真空后氩气流量；破真空；计算机成分预报微调；终脱氧补铝(Al)；加稀土吹氩；抬包浇铸，严格控制浇铸温度。
实施例二37SiMnCrNiWMoV钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为C-0.37、Si-1.2、Mn-0.8、Cr-0.7、V-0.1，加入的合金元素W-0.6、Ni-0.48、Mo-0.25，P、S杂质小于0.02。
其制备方法同实施例一。
实施例三23Cr2Ni2W钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为C-0.23、Si-0.25、Mn-0.5、Cr-1.65、Ni-1.55，加入的合金元素W的含量W 0.6，P、S杂质小于0.02。
其制备方法同实施例一。
实施例四23Cr2Ni2WMoV钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为C-0.23、Si-0.25、Mn-0.5、Cr-1.65、Ni-1.55，加入的合金元素W的含量W-0.6、Mo-0.25、V-0.1，P、S杂质小于0.02。
其制备方法同实施例一。
实施例五一种钎钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为C-0.3、Si-1.0、Mn-0.6、Cr-0.6、V-0.06，加入的合金元素W-0.3，P、S杂质小于0.02。
其制备方法同实施例一。
实施例六一种钎钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为C-0.45、Si-1.6、Mn-1.0、Cr-1.2、V-0.18，加入的合金元素W-1.0，P、S杂质小于0.02。
其制备方法同实施例一。
实施例七一种钎钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为C-0.19、Si-0.15、Mn-0.4、Cr-1.6、Ni-1.4，加入的合金元素W的含量W-0.3，P、S杂质小于0.02。
其制备方法同实施例一。
实施例八一种钎钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为C-0.25、Si-0.35、Mn-0.7、Cr-2.2、Ni-2.0，加入的合金元素W的含量W-1.0，P、S杂质小于0.02。
其制备方法同实施例一。
实施例九一种钎钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为C-0.3、Si-1.0、Mn-0.6、Cr-0.6、V-0.06，加入的合金元素W-0.3，(Ce-La)-0.02，P、S杂质小于0.02。
其制备方法按常规方法制备。
炼钢工艺配用精料+电弧炉(EBT)初炼+钢包炉(LF)精炼+真空炉(VD)脱气+连铸(CCM)结晶器中加稀土电弧炉(EBT)任务保证钢水碳(C)、磷(P)合适；温度合适；出钢包中合金化。
钢包炉(LF)任务加热精炼；计算机成分预报微调；加铝(Al)脱氧；变渣。
真空炉(VD)任务真空精炼脱气，严格控制抽真空后氩气流量；破真空；终脱氧补铝(Al)；加工艺性微量元素(铌、钛等)。
连铸(CCM)任务在连铸结晶器中喂稀土丝，调节喂丝速度保持稀土(Re)/硫(S)比，严格控制加入量。
实施例十一种钎钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为C-0.45、Si-1.6、Mn-1.0、Cr-1.2、V-0.18，加入的合金元素W-1.0，(Ce-La)-0.04，P、S杂质小于0.02。
其制备方法同实施例九。
实施例十一一种钎钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为C-0.19、Si-0.15、Mn-0.4、Cr-1.6、Ni-1.4，加入的合金元素W的含量W-0.3，(Ce-La)-0.02，P、S杂质小于0.02。
其制备方法同实施例九。
实施例十二一种钎钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为C-0.25、Si-0.35、Mn-0.7、Cr-2.2、Ni-2.0，加入的合金元素W的含量W-1.0，(Ce-La)-0.04，P、S杂质小于0.02。
其制备方法同实施例九。
实施例十三一种钎钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为 C-0.37、Si-1.2、Mn-0.8、Cr-0.7、V-0.1，加入的合金元素W-0.6、Ni-0.48、Mo-0.25，(Ce-La)-0.03，P、S杂质小于0.02。
其制备方法同实施例九。
实施例十四一种钎钢，含铁基，合金元素化学成分及重量百分含量为C-0.23、Si-0.25、Mn-0.5、Cr-1.65、Ni-1.55，加入的合金元素W的含量W-0.6、Mo-0.25、V-0.1和(Ce-La)-0.03，P、S杂质小于0.02。
其制备方法同实施例九。
钢的凝固结晶过程就是形成不同化学元素偏析的过程，由于偏析的存在，必然造成宏观和微观的硬度差以及晶相组织缺陷。因此，在完成了钢成分准确控制、减少钢中氧含量、严格控制夹杂物之后，进一步提高钎钢使用寿命的手段是减少钎钢钢种的成分偏析。本发明所采取的解决方案是在实施方案所述钢种的基础上，分别添加微量Ce-La稀土合金的措施来减少偏析；所添加Ce-La稀土合金元素的含量(％)为0.02～0.04，其加入时间应在充分脱氧之后。经实践证明，加入微量Ce-La稀土合金在大生产中大幅度减少偏析、减小枝晶间距是可行的。
权利要求
1.一种钎钢，含铁基，基本合金元素及重量百分含量是C-0.3～0.45，Si-1.0～1.6，Mn-0.6～1.0，Cr-0.6～1.2，V-0.06～0.18，其特征在于加入了合金元素W，其含量为0.3～1.0。
2.根据权利要求1所述的一种钎钢，其特征在于还加入了Ni-0.45～0.50和Mo-0.20～0.30。
3.一种钎钢，含铁基，基本合金元素及重量百分含量是C-0.19～0.25，Si-0.15～0.35，Mn-0.4～0.7，Cr-1.6～2.2，Ni-1.4～2.0，其特征在于加入了合金元素W，其含量为0.3～1.0。
4.根据权利要求3所述的一种钎钢，其特征在于还加入了Mo-0.20～0.30和V-0.06～0.18。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种钎钢，其特征是还加入了Ce-La稀土元素，Ce-La稀土合金元素加入的百分含量为0.02～0.04。
6.根据权利要求5所述的一种钎钢，其特征是在最终脱氧后加入Ce-La稀土合金元素。
全文摘要
本发明属于用于轧制中空凿岩钎钢的特种合金钢。一种钎钢，含铁基，基本合金元素及重量百分含量是C－0.3～0.45，Si－1.0～1.6，Mn－0.6～1.0，Cr－0.6～1.2，V－0.06～0.18，其特征在于加入了合金元素W，其含量为0.3～1.0。一种钎钢，含铁基，基本合金元素及重量百分含量是C－0.19～0.25，Si－0.15～0.35，Mn－0.4～0.7，Cr－1.6～2.2，Ni－1.4～2.0，其特征在于加入了合金元素W，其含量为0.3～1.0。本发明为凿岩行业提供了能够发挥资源优势、降低成本、提高质量、延长使用寿命的新型凿岩钎杆用钢。本发明广泛用于制造凿岩钎杆和硬质合金整体钎子。
文档编号C22C38/24GK1540025SQ20031011130
公开日2004年10月27日 申请日期2003年10月30日 优先权日2003年10月30日
发明者张国榉, 赵钟会, 赵长有, 方军, 饶建华, 叶凌云, 张汉斌, 李川 申请人:中国地质大学(武汉)