一种钎具用钢、其制备方法及钎具与流程

本发明属于矿山开采
技术领域：
，尤其涉及一种钎具用钢、其制备方法及钎具。
背景技术：
：钎具是一种矿山用工具，用在岩石或其它构筑物中钻凿眼孔。钎具产品在使用过程中，要受到岩矿石的剧烈磨损、高压水流、气流以及矿坑水的冲刷腐蚀，要承受钻机所施加的高扭矩，以及冲击器内部活塞2000～3000次/min、每次冲击功高达80～750j的高频冲击。在拉压、扭转、弯曲应力的受力情况下高速冲击岩石，最终在岩石上凿出孔眼。在一些风压很高(18bar以上)、岩石磨蚀性较强的矿山，需要钎具材料具有很高的强度、耐磨性、疲劳寿命。但目前常用钎具钢的抗拉强度均在1600mpa以下，而且工艺流程复杂，成本很高。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种钎具用钢、其制备方法及钎具，本发明中的钎具用钢同时具有较高的强度和塑韧性。本发明提供一种钎具用钢，以质量分数计，化学成分如下：c：0.32～0.36％，si：1.9～2.4％，mn：0.3～0.6％，p：≤0.015％，s：≤0.015％，cr：0.7～0.9％，ni：1.9～2.2％，mo：0.9～1.1％，v：0.14～0.19％，nb：0.02～0.04％，余量为fe。优选的，所述钎具用钢的化学成分如下：c：0.34～0.35％，si：2.0～2.3％，mn：0.45～0.55％，p：0.014％，s：≤0.003％，cr：0.8～0.86％，ni：2.0～2.15％，mo：1.0～1.06％，v：0.16～0.17％，nb：0.03％，余量为fe。优选的，所述钎具用钢的金相组织为回火马氏体、下贝氏体和残余奥氏体。本发明提供一种钎具用钢的制备方法，包括以下步骤：将原料按照配比依次进行中频感应冶炼、lf精炼、vd真空处理、电渣重熔和热处理，得到钎具用钢；所述热处理工艺具体为：850～890℃进行油淬后，260～380℃下回火1～2次，然后空冷。优选的，所述中频感应冶炼的出钢温度为1590～1620℃。优选的，所述vd真空处理的真空度为50pa以下；所述vd真空处理的保压时间为12～15min。优选的，所述vd真空处理后，钢水中h含量为1.6～1.7ppm，o含量为4～5ppm。优选的，所述电渣重熔中的冶炼电压为50～60v；冶炼电流为8000～8500a。优选的，所述热处理工艺具体为：870℃进行油淬后，300℃下回火1～2次，然后空冷。本发明提供一种钎具，由上述钎具用钢制成。本发明提供一种钎具用钢，以质量分数计，化学成分如下：c：0.32～0.36％，si：1.9～2.4％，mn：0.3～0.6％，p：≤0.015％，s：≤0.015％，cr：0.7～0.9％，ni：1.9～2.2％，mo：0.9～1.1％，v：0.14～0.19％，nb：0.02～0.04％，余量为fe。本发明增大si含量，大幅度提高材料的屈服强度及抗拉强度；用si的抗回火性能，使材料在保持很高强度的同时，塑韧性不降低；加大mo含量，有效提高材料的耐磨性，并使韧性略为增加；添加少量的v，一方面细化晶粒，另一方面提高耐磨性；添加少量nb，抑制晶粒长大，提高材料的强度与韧性。实验结果表明，本发明中的钎具用钢抗拉强度为1900～2100mpa，延伸率为10～13％，断面收缩率为40～44％，硬度为49～53hrc。本发明还提供了一种钎具用钢的制备方法，本发明通过对热处理工艺的改进，制得马氏体+下贝氏体+残余奥氏体的复合组织。通过不同相的塑性约束及相界面的共同作用，使制得的钎具用钢的强韧性得到良好配合。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本发明实施例1中钎具用钢的金相图；图2为本发明实施例2中钎具用钢的金相图；图3为本发明实施例3中钎具用钢的金相图；图4为本发明比较例1中钎具用钢的金相图；图5为本发明比较例2中钎具用钢的金相图；图6为本发明比较例3中钎具用钢的金相图。具体实施方式本发明提供了一种钎具用钢，以质量分数计，化学成分如下：c：0.32～0.36％，优选为0.34～0.35％；si：1.9～2.4％，优选为2.0～2.3％；mn：0.3～0.6％，优选为0.45～0.55％；p：≤0.015％，优选为0.014％；s：≤0.015％，优选≤0.003％；cr：0.7～0.9％，优选为0.8～0.86％；ni：1.9～2.2％，优选为2.0～2.15％；mo：0.9～1.1％，优选为1.0～1.06％；v：0.14～0.19％，优选为0.16～0.17％；nb：0.02～0.04％，优选为0.03％；余量为fe。本发明中的钎具用钢为同时具有回火马氏体、下贝氏体和残余奥氏体这三种金相组织的复合组织，通过不同相的塑性约束及相界面的共同作用，使钢的强度和韧性得到良好配合。本发明还提供了一种钎具用钢的制备方法，包括以下步骤：将原料按照配比依次进行中频感应冶炼、lf精炼、vd真空处理、电渣重熔和热处理，得到钎具用钢；所述热处理工艺具体为：850～890℃进行油淬后，260～550℃下回火2次，然后空冷。在本发明中，所述冶炼工艺具体如下：中频感应冶炼a、选择合适的废钢、铁屑配比，熔清后各元素含量不能超出标准上限，避免潮湿、生锈、杂质材料混入。b、出钢温度：1590～1620℃。lf精炼a、通电升温到1620℃(含)以上；吹氧降碳到成份下限0.03％以下，扒渣；b、加入1～1.5kg/吨钢铝线，加铝线时大氩气量搅拌，按成份下限，配加合金；c、按钢水量的2～3％加入石灰，适当加入萤石，调整渣至稀薄，喂铝丝和加硅粉还原；d、微调成份到标准范围值；e、测温1650℃(含)以上，吊包至vd炉。vd真空处理a、vd炉座仓后，调整氩气压力，喂铝线20kg/炉；b、抽真空，保压时间12～15min，真空度50pa以下；c、破空，测温，加入稀土合金25kg/炉；d、软吹5min(含)以上；e、渣白加入碳化稻壳，再测温；定氢：1.6ppm、定氧(游离氧):4ppm。电渣重熔a、起弧造渣，起弧电流1000a，化渣电流5800a；b、选择73渣系，正常冶炼电压：50～60v，电流：8000～8500a。进口水温≤35℃，出口水温：45～65℃，水压≥0.2mpa；c、采取逐步分级降低电流方法，在最小稳定值停留5～10min后自然归零。钢锭小头端无凹心，充填时间：20min；d、模冷时间：30～35min；脱模后砂冷，砂冷时间≥48h，砂子必须保持干燥。在本发明中，由于钢经过了电渣重熔处理，因此，淬火温度不能太高，本发明优选850～890℃进行油淬，更优选为860～880℃，最优选为870℃；油淬后进行回火，所述回火的温度优选为260～550℃，优选为260～380℃，最优选为300℃；优选回火2次本发明还提供了一种钎具，由上文中的钎具用钢制成，所述钎具可以是钻头、活塞或者卡钎套。本发明提供一种钎具用钢，以质量分数计，化学成分如下：c：0.32～0.36％，si：1.9～2.4％，mn：0.3～0.6％，p：≤0.015％，s：≤0.015％，cr：0.7～0.9％，ni：1.9～2.2％，mo：0.9～1.1％，v：0.14～0.19％，nb：0.02～0.04％，余量为fe。本发明增大si含量，大幅度提高材料的屈服强度及抗拉强度；用si的抗回火性能，使材料在保持很高强度的同时，塑韧性不降低；加大mo含量，有效提高材料的耐磨性，并使韧性略为增加；添加少量的v，一方面细化晶粒，另一方面提高耐磨性；添加少量nb，抑制晶粒长大，提高材料的强度与韧性。本发明还提供了一种钎具用钢的制备方法，本发明通过对热处理工艺的改进，制得马氏体+下贝氏体+残余奥氏体的复合组织。通过不同相的塑性约束及相界面的共同作用，使制得的钎具用钢的强韧性得到良好配合。本发明具有以下优点：1)增加硅含量，控制适当的碳含量，并加大钼含量，减少镍含量。使钢的强度得到大幅度提升的同时，塑韧性不明显降低。2)向钢中加入铬、镍、钼、钒、铌等多种合金元素，发挥合金元素的“多元少量”的复合作用。3)与常用钎具材料相比，成本降低，且热处理工艺流程简单，容易控制。4)该钢抗拉强度高达2000mpa以上、屈服强度达1500mpa以上，耐磨性不错，且疲劳寿命良好。为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种钎具用钢、其制备方法及钎具进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。实施例1中频感应冶炼：a、选择合适的废钢、铁屑配比，熔清后各元素含量不能超出标准上限，避免潮湿、生锈、杂质材料混入。b、出钢温度：1590℃。lf精炼：a、通电升温到1620℃(含)以上；吹氧降碳到成份下限0.03％以下，扒渣；b、加入1kg/吨钢铝线，加铝线时大氩气量搅拌，按成份下限，配加合金；c、按钢水量的3％加入石灰，适当加入萤石，调整渣至稀薄，喂铝丝和加硅粉还原；d、微调成份到标准范围值；e、测温1650℃(含)以上，吊包至vd炉。vd真空处理：a、vd炉座仓后，调整氩气压力，喂铝线20kg/炉；b、抽真空，保压时间15min，真空度50pa以下；c、破空，测温，加入稀土合金25kg/炉；d、软吹5min(含)以上；e、渣白加入碳化稻壳，再测温；定氢：1.6ppm、定氧(游离氧)：4ppm。电渣重熔：a、起弧造渣，起弧电流1000a，化渣电流5800a；b、选择73渣系，正常冶炼电压：60v，电流：8500a。进口水温≤35℃，出口水温：45℃，水压≥0.2mpa；c、采取逐步分级降低电流方法，在最小稳定值停留10min后自然归零。钢锭小头端无凹心，充填时间：20min；d、模冷时间：30min；脱模后砂冷，砂冷时间≥48h，砂子必须保持干燥。热处理：870℃油淬，260℃回火2次，空冷。得到的钎具用钢最终成分如表1所示，表1本发明实施例1中钎具用钢的成分c％si％mn％p％s％cr％ni％mo％v％nb％0.342.300.550.014≤0.0030.862.151.060.170.03实施例2～3按照实施例1中的制备方法制备钎具用钢，不同的是，回火工艺如下：实施例2：870℃油淬，300℃回火2次，空冷。得到的钎具用钢成分同实施例1；实施例3：870℃油淬，380℃回火1次，油冷。得到的钎具用钢成分同实施例1。比较例1～3按照实施例1中的制备方法制备钎具用钢，不同的是，回火工艺如下：比较例1：870℃油淬，500℃回火1次，油冷；比较例2：870℃油淬，550℃回火1次，油冷；比较例3：870℃油淬，600℃回火1次，油冷。比较例4本比较例采用电弧炉、lf精炼、vd真空处理的冶炼工艺，热处理工艺为渗碳、淬火高回、盐淬低回及冷处理，得到的碳合金钢成分如表2所示，表2本发明比较例4中碳合金钢的成分csimnpscrnimo0.300.300.50≤0.015≤0.0151.254.00.35本发明对实施例1～3和比较例1～4中的钢进行性能检测，结果如表3所示。表3本发明实施例1～3和比较例1～4中钢的性能数据σb/mpaσs/mpaδ％ψ％akv值/j硬度/hrc实施例11870154211.04339.850.5实施例22090170610.041.037.652.5实施例31970159310.541.536.551比较例11780142711.54219.348比较例21740138611.54217.547比较例315981251134421.245.5比较例41670116311434247本发明对实施例1～3和比较例1～3中的钎具用钢进行了金相检测，结果如图1～6所示，金相组织分析如下：如图1、2和3，即260℃、300℃和380℃回火时，组织均为：回火马氏体+下贝氏体+残余奥氏体。三者的区别主要在于残余奥氏体含量。260℃回火时，由于残奥较多，所以硬度比300℃回火时要低，到380℃回火时，残奥占比明显减少。如图4，即500℃回火时，为回火屈氏体组织。如图5和6，即在550℃、600℃回火时，已变为回火索氏体组织，析出物明显增多。在500～550℃回火时有明显的回火脆性。本发明采用实施例2中的钎具用钢和比较例4中含4％镍的碳合金钢生产同型号5〞活塞，发往承德某铁矿做试验。矿山硬度中等偏硬，风压1.7mpa。本钢种钻头在凿岩至144m时，裤体磨损6mm，而含镍4％钢的钻头在凿岩至108m时，裤体便已磨损9mm。两个钻头均未发生崩块、断体等其它早期失效。很明显：本钢种钻头的耐磨性明显优于含镍4％钢的钻头。本发明采用实施例2中的钎具用钢和比较例4中含4％镍的碳合金钢生产同型号5〞活塞，发往福建平潭某一采石场做试验，该矿岩层为花岗岩，硬度中等偏硬，风压2.2mpa。本钢种活塞在使用至4950m时，因外缸磨损严重、开裂，停止使用。将活塞拆出后观察：未发生崩块、断体、开裂，且使用过程中未出现掉压；含镍4％钢的活塞在使用至5080m时，冲击器掉压、不能正常工作，拆开后观察：活塞已开裂失效。这说明：在风压很高的工况条件下，本钢种产品的疲劳寿命甚至已经超过含镍4％的钢。本发明采用实施例2中的钎具用钢和比较例4中含4％镍的碳合金钢生产同型号5〞活塞，发往惠州博罗县某采石场做试验。该矿岩层为花岗岩，硬度中等偏硬，风压1.7mpa。本钢种活塞在使用至3300m时，因外缸磨损严重掉压，停止使用。将活塞拆出后观察：未发生崩块、断体、开裂；含镍4％钢的活塞在使用至3500m时，因其它原因导致冲击器失效而停止使用，将活塞拆出后观察：也未发生崩块、断体、开裂。这说明：本钢种产品的疲劳寿命已与含镍4％钢接近。由上述试验可以看出，本发明中的钎具用钢所生产的钎具产品疲劳寿命及耐磨性达到甚至超过了含镍4％钢，尤其在风压较高的条件下，本发明中的钎具用钢的优势更为明显，风压1.7mpa时，本发明中的钎具用钢和含4％镍的碳合金钢均未开裂，但风压为2.2mpa时，含4％镍的碳合金钢已开裂失效，本发明中的钎具用钢依然能够继续使用。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12