CN108998727A - 一种强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢，其化学成分质量百分比为：C：0.65~0.85%、Si：0.20~0.45%、Mn：0.80~1.00%、P：≤0.015%、S：≤0.015%、Ni：0.05~0.10%、Cr：0.75~0.95%、Al：0.010~0.045%、Nb：0.020~0.050%、Ti：0.010~0.050%、[H]≤0.0002%、[O]≤0.002%、[N]≤0.006%，其余Fe。从上述配方可知，本发明的一种强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢及其生产方法，在原有成分基础上添加适量的微合金元素Nb和Ti，以控制奥氏体晶粒尺寸，使Nb、Ti元素进行微合金化，通过优化该钢的化学成分，拓宽钢球的轧制生产工艺窗口，并且提高钢合金的耐磨性和韧性，避免钢球再次出现提前破碎。

Description

一种强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢及其生产 方法

技术领域

本发明涉及钢铁行业中的高碳合金钢的技术领域，具体涉及一种强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢及其生产方法。

背景技术

随着全球富矿储量的日益减少，以及市场对金属需求的逐步增加，需要处理的矿石量逐年增长，这要求选矿设备规模不断扩大，性能不断提高[1]。选矿的关键流程之一是磨矿[2]，磨矿工艺不断地朝着更加优化的加工流程演变，其明显的趋势是采用大型半自磨机流程，取代传统的碎磨流程，使流程简化，基础建设投资费用降低，生产成本降低，生产效率提高。半自磨设备大型化，成为国内外大型矿山的发展趋势。

钢球作为半自磨机中的主要研磨介质，起到物料破碎研磨的作用。随着半自磨机向大型化的发展，对耐磨钢球的抗破碎性能和耐磨性能提出了更高的要求；

研制大规格钢球成为耐磨钢球生产厂家追求的目标。从耐磨钢球生产工艺和钢球性能对比可知，锻球与轧球的硬度值相近，但锻球的冲击值高于轧球。

然而，生产轧球也有一定的优势，如环境污染小、能源消耗低，自动化程度高，生产效率较高。应用轧制工艺生产大规格耐磨钢球成为钢球生产企业的一种追求。

合金钢球在做落球试验时，钢球出现提前破碎的现象，即第一个破碎球的落球循环次数低至千余次，远远低于目标循环次数2万的要求，满足不了耐磨钢球生产厂家对钢球的寿命要求。经分析研究，破碎钢球晶粒粗大是引起钢球开裂的一个重要原因。当前耐磨钢球的化学成分设计不当，产品质量不稳定，造成生产工艺窗口狭窄。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢及其生产方法，在原有成分基础上添加适量的微合金元素Nb和Ti，以控制奥氏体晶粒尺寸，使Nb、Ti元素进行微合金化，通过优化该钢的化学成分，拓宽钢球的轧制生产工艺窗口，并且提高钢合金的耐磨性和韧性，避免钢球再次出现提前破碎；通过调整C、Mn、Cr、Mo含量，加入微合金元素Nb、Ti，使得高碳合金钢的耐磨性和韧性得到大幅度提高，在保证材料力学性能的前提下，尽量减少固溶强化对基体韧性的损失，改善和增加材料的低温冲击功；通过该生产方法所制备得到的钢，其晶粒细小、充分均匀分布在合金内，极大提高了高碳合金钢的耐磨性和韧性；用该种微合金高碳合金钢制成的钢球，其磨耗大幅度降低。。

本发明所采取的技术方案是：

一种强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢，其化学成分质量百分比为：C：0.65~0.85%、Si：0.20~0.45%、Mn：0.80~1.00%、P：≤0.015%、S：≤0.015%、Ni：0.05~0.10%、Cr：0.75~0.95%、Al：0.010~0.045%、Nb：0.020~0.050%、Ti：0.010~0.050%、[H]≤0.0002%、[O]≤0.002%、[N]≤0.006%，其余Fe。

下面具体说明本发明强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢化学成分的限定理由：

C：0.65~0.85%

C：决定钢强度和硬度的重要元素，能显著提高钢的强度、淬透性和淬硬性。与其它合金元素相比，碳元素的成本廉价，如果能够大量添加C则能够降低钢材的合金成本，而且能够与强碳化物形成元素V、Ti、Mo、等结合形成碳化物，这些碳化物起到沉淀强化和细晶强化作用，一方面有利于强度增加，另一方面能够拖拽基体晶界而阻止再结晶，提高再结晶温度；但也使钢的塑性恶化，显著提高钢的脆性转变温度。所以为保证本钢种具备良好的强韧性配合，C含量取0.65~0.85%。

Si：0.20~0.45%

Si：能提高合金钢的强度和硬度，降低钢的塑性和韧性。Si含量过高，特别是与Mn、Cr元素共存时，易引起钢的晶粒粗化和增加钢的回火脆性，同时Si是显著提高钢的脆性转变温度元素。综合考虑，本钢种将Si含量确定为0.20~0.45%。

Mn：0.80~1.00%

Mn：是提高非调质钢强度，改善韧性的重要合金元素。能提高强度和硬度，且对材料的塑性影响较小，显著提高淬透性；Mn 元素还可以提高VC 和VN在奥氏体中的溶解度，有助于其在铁素体中析出。所以综合考虑到工件的性能，从而将Mn的含量限定在0.80~1.00%。

P：≤0.015%

P：能够提高基体强度。P与其它合金元素相比，虽然成本廉价，但P在锻造时对变形有明显的抑制作用；但是与Cu联合使用，提高低合金高强度钢的耐大气腐蚀性能。所以综合考虑到工件的性能，从而将P的含量限定在≤0.015%。

S：≤0.015%

S：由于会降低工件的韧性，属于钢中杂质元素，应当尽量减少，严格控制在≤0.015%。

Ni：0.05~0.10%

Ni：强降低Bs点，能够提高钢的强度和韧性，是获得稳定高冲击韧性必不可少的元素，并降低冲击转变温度。一定的镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力。镍由于降低临界转变温度和降低各元素的扩散速度，提高钢的淬透性。但是由于镍是稀缺资源，价格昂贵。所以本发明中Ni含量控制在0.05~0.10%。

Cr：0.75~0.95%

Cr：是有助于珠光体形成的重要元素，可以提高工件的强度以及韧性。Cr会形成安定而硬的碳化物，而且具抗蚀性、高硬度、高强度、屈服点、高耐磨性，同时对塑性、韧性影响又不大；另外，通过添加V、Nb与Cr反应可得极细弥散相，对抗蠕强（耐热性）改善极为有利。所以综合考虑成本和工件的性能，从而将Cr的含量限定在0.80%-0.90%。

Al：0.010~0.045%

Al：当钢中其含量小于3~5%时，可以提高钢的抗氧化性。作为强烈脱氧剂加进的Al，可生成高度细碎的、超显微的氧化物，分散于钢体积中；作为强烈脱氧剂加进的Al，可生成高度细碎的、超显微的氧化物，分散于钢体积中；在改善钢的抗氧化性的时候，铝作为终脱氧剂，Al的含量一般限定在0.010~0.045%，由于Al与其它合金元素相比，成本廉价，而且还会与Cr反应，所以综合考虑成本和工件的性能，从而将Al的含量限定在0.010~0.045%。

Nb：0.020~0.050%

Nb：能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度；并且Nb的固溶强化作用很明显，提高钢的淬透性(溶于奥氏体时)，增加回火稳定性，有二次硬化作用，提高钢的强度、冲击韧性。但是，钢的硬度将随着Nb含量的增加而降低，同时Nb虽可细化晶粒而提高钢的韧性，但含量过高时，亦将生成铁素体δ相或其它脆性相，而使其韧性降低，热加工性能变坏。另外，Nb的作用与V相近，并且相比于V而言，Nb与V相近作用的效果远优于V，但是Nb与其它合金元素相比，成本昂贵，相比于V的价格高出很多，所以综合考虑成本和工件的性能，从而将Nb的含量限定在0.020-0.050%。

Ti：0.010~0.050%

Ti：能细化钢的晶粒组织，从而提高钢的强度和韧性，钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性；钛在钢中易与碳形成碳化物TiC，TiC可以降低钢的过热倾向性；Ti是强烈的铁素体形成元素，Ti能与S作用，降低硫的热脆作用；但是，含Ti钢，特别是低碳之Ti钢，往往因其钢液粘度较大，而使其中非金属加杂，不易分离浮出；钢是硬度随Ti含量的增加而降低；Ti与N、O有很大的亲和力而极易成形TiN和TiO2，钢在较低温度时，就形成了较多的非金属夹杂和皮下多孔等缺陷；与V一样，Ti含量达到0.05%的时就将使钢的矫顽力降低。而且，Ti与其它合金元素相比，成本昂贵。因此，综合考虑成本和工件的性能，从而将Ti的含量限定在0.010~0.050%。

O：能使钢的伸长率和面缩率显著的降低；钢材的强度和塑性均随O含量的增加而急剧降低。冲击性能方面，随着O含量的增加冲击的最大值逐渐降低，脆性转变温度却很快地升高，脆性转变温度的范围也随着变宽。同时，随着O含量的增加，材料的氧化夹杂物几率大大增加，从而降低材料的疲劳寿命。所以本钢种确定O含量控制在0.0020%以内。

H：能使钢的塑性降低，主要是使低温冲击功、延伸率及断面收收缩降低。产生 “白点”。因此，本钢种将H控制在0.0002%以下。

N：适量的氮能与钢种添加的铝和钛结合形成氮化物，起到细化晶粒和提高履带耐磨性的作用，但氮含量过高会产生大颗粒的氮化物，降低履带的冲击性能。因此本钢种将N控制在0.0060%以内。

一种强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢的生产方法，包括下列步骤：按上述组分的质量百分比，

1）铁水预脱硫：采用喷吹颗粒镁脱S；

2）转炉冶炼：在90吨以上的顶底复吹式转炉进行冶炼，以铁水与废钢为原料进行初炼，双渣操作，实现预脱P，出钢加入专用精炼渣350kg、石灰450kg、金属锰、硅锰、高碳铬铁及其他合金进行预脱氧及成分初调，采用挡渣留渣出钢防止回P；

2）精炼：在90吨以上的LF炉中进行钢水深脱氧及合金化，根据到LF炉渣况和到站硫，适量添加精炼渣和石灰，造碱度渣，添加镍板、铌铁、钛铁进行微合金化，精炼过程采用全程氩气搅拌，避免钢水与空气接触；

3）真空脱气：在LF精炼后采用RH循环脱气设备进行真空脱气和去除夹杂物处理，保证[H]≤0.0002%、[O]≤0.0020%，所有化学成分进入工艺内控要求的范围；

4）夹杂物变性与软吹：真空处理之后，向钢水中喂入丝线对非金属夹杂物变性并进行软吹处理，确保夹杂物充分上浮去除；

5）连铸：采用弧型连铸机，使用中间包覆盖剂和专用结晶器保护渣，实行全程全保护浇铸，选取与此钢种匹配的配水表和结晶器、控制二冷和末端的电磁搅拌参数，保证生产的φ500mm连铸圆坯的良好低倍质量；

6）轧钢：采用热送圆入炉加热、加热8小时之后通过连轧机组轧制成φ120mm的铌钛微合金化高碳合金钢；

7）精整：采用机械倒棱+人工检查修磨的工艺以检查和消除钢材表面缺陷。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤1）中，脱S后，入炉铁水中的S含量≤0.005%。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤2）中，选用优质废钢,严禁采用含有较高Cu、Pb等有害残余元素的废钢,控制Cu≤0.20%。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤2）中，造碱度渣R=5~8的精炼渣。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤2）中，用电石和铝粒进行沉淀和扩散脱氧，强化脱S、去非金属夹杂物。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤2）中，出钢前, 合金加入钢包中预烘烤。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤2）中，严格控制出钢成分,严禁出钢下渣。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤2）中，控制好出钢温度,严禁低温出钢。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤2）中，严格按照工艺要求控制终点成分，防止钢水过氧化。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤3）中，到LF边送电、化渣，边扩散脱氧操作。严格控制精炼成分，保证钢水成分均匀、稳定。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤3）中，所述真空的真空度≤100Pa下保持时间≥20分钟。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤4）中，向钢水中喂入80～100m丝线。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤4）中，所述软吹时间≥15分钟。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤5）中，控制连铸过程中的过热度在20～35℃的范围内、拉速为0.31m/min。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤5）中，中包使用挡渣墙，严格控制钢水过热度25～35℃和拉坯速度，采用恒过热度恒拉速，确保液位的稳定。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤5）中，中间包烘烤、大包长水口、浸入式水口烘烤到位，防止钢水降温过多。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤5）中，大包长水口吹氩保护，减少钢水二次氧化现象。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤5）中，各流正常使用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌装置，改善铸坯内在质量。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤5）中，保证浸入式水口***结晶器液面深度为120mm，并稳定控制结晶器液面，防止结晶器液面卷渣。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤5）中，控制中间包高液位浇注。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤5）中，严格按照工艺二冷水配水制度进行配水，确保二冷水水嘴不堵塞，冷却均匀稳定，避免铸坯出现内部缺陷。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤5）中，尾坯切割量切足，避免缩孔残余等缺陷坯流入下道工序。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤6）中，轧制加热制度（炉气温度）如下：预热段的炉温≤900℃，加热一段的炉温≤1060℃，加热二段的炉温在1180~1260℃范围内，均热段的炉温1200~1250℃范围内，总加热时间不超过9.5小时。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤6）中，钢的出炉开轧温度在1130～1180℃范围内，并且表面温度的温差≤30℃。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤6）中，依次用1架两辊可逆式开坯机和6架连轧机组进行轧制。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤6）中，开坯生产时，采用高压水除鳞，并确保除鳞效果；钢坯外形尺寸、公差及弯曲度等按相关标准、技术条件执行，确保满足下道工序生产要求。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤6）中，轧制好的成品钢快速下冷床后进坑冷却，轧钢厂加强入坑平直摆放控制，防止压弯。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤6）中，成品钢快速下冷床后进坑缓冷，入坑温度在370~420℃的范围内，出坑温度≤150℃。

本发明的有益效果在于：

第一、本发明的一种强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢及其生产方法，在原有成分基础上添加适量的微合金元素Nb和Ti，以控制奥氏体晶粒尺寸，使Nb、Ti元素进行微合金化，通过优化该钢的化学成分，拓宽钢球的轧制生产工艺窗口，并且提高钢合金的耐磨性和韧性，避免钢球再次出现提前破碎。

第二、本发明的一种强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢及其生产方法，通过调整C、Mn、Cr、Mo含量，加入微合金元素Nb、Ti，使得高碳合金钢的耐磨性和韧性得到大幅度提高，在保证材料力学性能的前提下，尽量减少固溶强化对基体韧性的损失，改善和增加材料的低温冲击功。

第三、本发明的一种强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢及其生产方法，通过该生产方法所制备得到的钢，其晶粒细小、充分均匀分布在合金内，极大提高了高碳合金钢的耐磨性和韧性；用该种微合金高碳合金钢制成的钢球，其磨耗大幅度降低。

附图说明

图1为现有技术中的钢的奥氏体金相图。

图2为实施例1的奥氏体金相图。

图3为实施例2的奥氏体金相图。

图4为实施例3的奥氏体金相图。

具体实施方式

实施例1

C：0.78%、Si：0.29%、Mn：0.93%、P：0.012%、S：0.008%、Ni：0.08%、Cr：0.86%、Al：0.034%、Nb：0.042%、Ti：0.037%、[H]：0.0001%、[O]：0.0013%、[N]：0.003%，其余Fe。

按上述组分的质量百分比，

1）铁水预脱硫：采用喷吹颗粒镁脱S；

2）转炉冶炼：在90吨以上的顶底复吹式转炉进行冶炼，以铁水与废钢为原料进行初炼，双渣操作，实现预脱P，出钢加入专用精炼渣350kg、石灰450kg、金属锰、硅锰、高碳铬铁及其他合金进行预脱氧及成分初调，采用挡渣留渣出钢防止回P；

2）精炼：在90吨以上的LF炉中进行钢水深脱氧及合金化，根据到LF炉渣况和到站硫，适量添加精炼渣和石灰，造碱度渣，添加镍板、铌铁、钛铁进行微合金化，精炼过程采用全程氩气搅拌，避免钢水与空气接触；

3）真空脱气：在LF精炼后采用RH循环脱气设备进行真空脱气和去除夹杂物处理，保证[H]：0.0001%、[O]：0.0013%，所有化学成分进入工艺内控要求的范围；

4）夹杂物变性与软吹：真空处理之后，向钢水中喂入丝线对非金属夹杂物变性并进行软吹处理，确保夹杂物充分上浮去除；

5）连铸：采用弧型连铸机，使用中间包覆盖剂和专用结晶器保护渣，实行全程全保护浇铸，选取与此钢种匹配的配水表和结晶器、控制二冷和末端的电磁搅拌参数，保证生产的φ500mm连铸圆坯的良好低倍质量；

6）轧钢：采用热送圆入炉加热、共加热9小时之后通过连轧机组轧制成φ120mm的铌钛微合金化高碳合金钢；

7）精整：采用机械倒棱+人工检查修磨的工艺以检查和消除钢材表面缺陷。

所述步骤1）中，脱S后，入炉铁水中的S含量≤0.005%。

所述步骤2）中，选用优质废钢,严禁采用含有较高Cu、Pb等有害残余元素的废钢，控制Cu≤0.20%。

所述步骤2）中，造碱度渣R=5~8的精炼渣。

所述步骤2）中，用电石和铝粒进行沉淀和扩散脱氧，强化脱S、去非金属夹杂物。

所述步骤2）中，出钢前, 合金加入钢包中预烘烤。

所述步骤2）中，严格控制出钢成分,严禁出钢下渣。

所述步骤2）中，控制好出钢温度,严禁低温出钢。

所述步骤2）中，严格按照工艺要求控制终点成分，防止钢水过氧化。

所述步骤3）中，到LF边送电、化渣，边扩散脱氧操作。严格控制精炼成分，保证钢水成分均匀、稳定。

所述步骤3）中，所述真空的真空度120Pa下保持时间30分钟。

所述步骤4）中，向钢水中喂入80～100m丝线。

所述步骤4）中，所述软吹时间20分钟。

所述步骤5）中，控制连铸过程中的过热度在25～35℃的范围内、拉速为0.31m/min。

所述步骤5）中，中包使用挡渣墙，严格控制钢水过热度25～35℃和拉坯速度，采用恒过热度恒拉速，确保液位的稳定。

所述步骤5）中，中间包烘烤、大包长水口、浸入式水口烘烤到位，防止钢水降温过多。

所述步骤5）中，大包长水口吹氩保护，减少钢水二次氧化现象。

所述步骤5）中，各流正常使用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌装置，改善铸坯内在质量。

所述步骤5）中，保证浸入式水口***结晶器液面深度为120mm，并稳定控制结晶器液面，防止结晶器液面卷渣。

所述步骤5）中，控制中间包高液位浇注。

所述步骤5）中，严格按照工艺二冷水配水制度进行配水，确保二冷水水嘴不堵塞，冷却均匀稳定，避免铸坯出现内部缺陷。

所述步骤5）中，尾坯切割量切足，避免缩孔残余等缺陷坯流入下道工序。

所述步骤6）中，轧制加热制度（炉气温度）如下：预热段的炉温870℃，加热一段的炉温1030℃，加热二段的炉温在1250℃范围内，均热段的炉温1230℃范围内，总加热时间9小时。

所述步骤6）中，钢的出炉开轧温度在1150℃范围内，并且表面温度的温差≤30℃。

所述步骤6）中，依次用1架两辊可逆式开坯机和6架连轧机组进行轧制。

所述步骤6）中，开坯生产时，采用高压水除鳞，并确保除鳞效果；钢坯外形尺寸、公差及弯曲度等按相关标准、技术条件执行，确保满足下道工序生产要求。

所述步骤6）中，轧制好的成品钢快速下冷床后进坑冷却，轧钢厂加强入坑平直摆放控制，防止压弯。

所述步骤6）中，成品钢快速下冷床后进坑缓冷，入坑温度在370~420℃的范围内，出坑温度≤150℃。

实施例2

C：0. 82%、Si：0.27%、Mn：0.92%、P：0.009%、S：0.007%、Ni：0.06%、Cr：0.76%、Al：0.035%、Nb：0.047%、Ti：0.042%、[H]：0.0001%、[O]：0.0011%、[N]：0.002，其余Fe。

按上述组分的质量百分比，

1）铁水预脱硫：采用喷吹颗粒镁脱S；

2）转炉冶炼：在90吨以上的顶底复吹式转炉进行冶炼，以铁水与废钢为原料进行初炼，双渣操作，实现预脱P，出钢加入专用精炼渣350kg、石灰450kg、金属锰、硅锰、高碳铬铁及其他合金进行预脱氧及成分初调，采用挡渣留渣出钢防止回P；

2）精炼：在90吨以上的LF炉中进行钢水深脱氧及合金化，根据到LF炉渣况和到站硫，适量添加精炼渣和石灰，造碱度渣，添加镍板、铌铁、钛铁进行微合金化，精炼过程采用全程氩气搅拌，避免钢水与空气接触；

3）真空脱气：在LF精炼后采用RH循环脱气设备进行真空脱气和去除夹杂物处理，保证[H]：0.0001%、[O]：0.0011%，所有化学成分进入工艺内控要求的范围；

4）夹杂物变性与软吹：真空处理之后，向钢水中喂入丝线对非金属夹杂物变性并进行软吹处理，确保夹杂物充分上浮去除；

5）连铸：采用弧型连铸机，使用中间包覆盖剂和专用结晶器保护渣，实行全程全保护浇铸，选取与此钢种匹配的配水表和结晶器、控制二冷和末端的电磁搅拌参数，保证生产的φ500mm连铸圆坯的良好低倍质量；

6）轧钢：采用热送圆入炉加热、共加热9小时之后通过连轧机组轧制成φ120mm的铌钛微合金化高碳合金钢；

7）精整：采用机械倒棱+人工检查修磨的工艺以检查和消除钢材表面缺陷。

所述步骤1）中，脱S后，入炉铁水中的S含量≤0.005%。

所述步骤2）中，选用优质废钢,严禁采用含有较高Cu、Pb等有害残余元素的废钢，控制Cu≤0.20%。

所述步骤2）中，造碱度渣R=5~8的精炼渣。

所述步骤2）中，用电石和铝粒进行沉淀和扩散脱氧，强化脱S、去非金属夹杂物。

所述步骤2）中，出钢前, 合金加入钢包中预烘烤。

所述步骤2）中，严格控制出钢成分,严禁出钢下渣。

所述步骤2）中，控制好出钢温度,严禁低温出钢。

所述步骤2）中，严格按照工艺要求控制终点成分，防止钢水过氧化。

所述步骤3）中，到LF边送电、化渣，边扩散脱氧操作。严格控制精炼成分，保证钢水成分均匀、稳定。

所述步骤3）中，所述真空的真空度150Pa下保持时间25分钟。

所述步骤4）中，向钢水中喂入80～100m丝线。

所述步骤4）中，所述软吹时间30分钟。

所述步骤5）中，控制连铸过程中的过热度在20～35℃的范围内、拉速为0.31m/min。

所述步骤5）中，中包使用挡渣墙，严格控制钢水过热度20～30℃和拉坯速度，采用恒过热度恒拉速，确保液位的稳定。

所述步骤5）中，中间包烘烤、大包长水口、浸入式水口烘烤到位，防止钢水降温过多。

所述步骤5）中，大包长水口吹氩保护，减少钢水二次氧化现象。

所述步骤5）中，各流正常使用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌装置，改善铸坯内在质量。

所述步骤5）中，保证浸入式水口***结晶器液面深度为120mm，并稳定控制结晶器液面，防止结晶器液面卷渣。

所述步骤5）中，控制中间包高液位浇注。

所述步骤5）中，严格按照工艺二冷水配水制度进行配水，确保二冷水水嘴不堵塞，冷却均匀稳定，避免铸坯出现内部缺陷。

所述步骤5）中，尾坯切割量切足，避免缩孔残余等缺陷坯流入下道工序。

所述步骤6）中，轧制加热制度（炉气温度）如下：预热段的炉温890℃，加热一段的炉温1000℃，加热二段的炉温在1210℃范围内，均热段的炉温1230℃范围内，总加热时间9小时。

所述步骤6）中，钢的出炉开轧温度在1170℃范围内，并且表面温度的温差≤25℃。

所述步骤6）中，依次用1架两辊可逆式开坯机和6架连轧机组进行轧制。

所述步骤6）中，开坯生产时，采用高压水除鳞，并确保除鳞效果；钢坯外形尺寸、公差及弯曲度等按相关标准、技术条件执行，确保满足下道工序生产要求。

所述步骤6）中，轧制好的成品钢快速下冷床后进坑冷却，轧钢厂加强入坑平直摆放控制，防止压弯。

所述步骤6）中，成品钢快速下冷床后进坑缓冷，入坑温度在400℃的范围内，出坑温度150℃。

实施例3

C：0.68%、Si：0.35%、Mn：0.82%、P：0.013%、S：0.010%、Ni：0.06%、Cr：0.77%、Al：0.025%、Nb：0.029%、Ti：0.023%、[H]：0.0001%、[O]：0.001%、[N]：0.004%，其余Fe。

按上述组分的质量百分比，

1）铁水预脱硫：采用喷吹颗粒镁脱S；

2）转炉冶炼：在90吨以上的顶底复吹式转炉进行冶炼，以铁水与废钢为原料进行初炼，双渣操作，实现预脱P，出钢加入专用精炼渣350kg、石灰450kg、金属锰、硅锰、高碳铬铁及其他合金进行预脱氧及成分初调，采用挡渣留渣出钢防止回P；

2）精炼：在90吨以上的LF炉中进行钢水深脱氧及合金化，根据到LF炉渣况和到站硫，适量添加精炼渣和石灰，造碱度渣，添加镍板、铌铁、钛铁进行微合金化，精炼过程采用全程氩气搅拌，避免钢水与空气接触；

3）真空脱气：在LF精炼后采用RH循环脱气设备进行真空脱气和去除夹杂物处理，保证[H]：0.0001%、[O]：0.00:1%，所有化学成分进入工艺内控要求的范围；

4）夹杂物变性与软吹：真空处理之后，向钢水中喂入丝线对非金属夹杂物变性并进行软吹处理，确保夹杂物充分上浮去除；

5）连铸：采用弧型连铸机，使用中间包覆盖剂和专用结晶器保护渣，实行全程全保护浇铸，选取与此钢种匹配的配水表和结晶器、控制二冷和末端的电磁搅拌参数，保证生产的φ500mm连铸圆坯的良好低倍质量；

6）轧钢：采用热送圆入炉加热、共加热9小时之后通过连轧机组轧制成φ120mm的铌钛微合金化高碳合金钢；

7）精整：采用机械倒棱+人工检查修磨的工艺以检查和消除钢材表面缺陷。

所述步骤1）中，脱S后，入炉铁水中的S含量≤0.005%。

所述步骤2）中，选用优质废钢,严禁采用含有较高Cu、Pb等有害残余元素的废钢，控制Cu≤0.20%。

所述步骤2）中，造碱度渣R=5~8的精炼渣。

所述步骤2）中，用电石和铝粒进行沉淀和扩散脱氧，强化脱S、去非金属夹杂物。

所述步骤2）中，出钢前, 合金加入钢包中预烘烤。

所述步骤2）中，严格控制出钢成分,严禁出钢下渣。

所述步骤2）中，控制好出钢温度,严禁低温出钢。

所述步骤2）中，严格按照工艺要求控制终点成分，防止钢水过氧化。

所述步骤3）中，到LF边送电、化渣，边扩散脱氧操作。严格控制精炼成分，保证钢水成分均匀、稳定。

所述步骤3）中，所述真空的真空度为100Pa下保持时间20分钟。

所述步骤4）中，向钢水中喂入80～100m丝线。

所述步骤4）中，所述软吹时间18分钟。

所述步骤5）中，控制连铸过程中的过热度在20～35℃的范围内、拉速为0.31m/min。

所述步骤5）中，中包使用挡渣墙，严格控制钢水过热度20～30℃和拉坯速度，采用恒过热度恒拉速，确保液位的稳定。

所述步骤5）中，中间包烘烤、大包长水口、浸入式水口烘烤到位，防止钢水降温过多。

所述步骤5）中，大包长水口吹氩保护，减少钢水二次氧化现象。

所述步骤5）中，各流正常使用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌装置，改善铸坯内在质量。

所述步骤5）中，保证浸入式水口***结晶器液面深度为120mm，并稳定控制结晶器液面，防止结晶器液面卷渣。

所述步骤5）中，控制中间包高液位浇注。

所述步骤5）中，严格按照工艺二冷水配水制度进行配水，确保二冷水水嘴不堵塞，冷却均匀稳定，避免铸坯出现内部缺陷。

所述步骤5）中，尾坯切割量切足，避免缩孔残余等缺陷坯流入下道工序。

所述步骤6）中，轧制加热制度（炉气温度）如下：预热段的炉温860℃，加热一段的炉温1020℃，加热二段的炉温在1200℃范围内，均热段的炉温1230℃范围内，总加热时间9小时。

所述步骤6）中，钢的出炉开轧温度在1130～1180℃范围内，并且表面温度的温差≤30℃。

所述步骤6）中，依次用1架两辊可逆式开坯机和6架连轧机组进行轧制。

所述步骤6）中，开坯生产时，采用高压水除鳞，并确保除鳞效果；钢坯外形尺寸、公差及弯曲度等按相关标准、技术条件执行，确保满足下道工序生产要求。

所述步骤6）中，轧制好的成品钢快速下冷床后进坑冷却，轧钢厂加强入坑平直摆放控制，防止压弯。

所述步骤6）中，成品钢快速下冷床后进坑缓冷，入坑温度在380℃的范围内，出坑温度120℃。

以上制备方法中未加限定的工艺条件均可参照本领域常规技术。

如图1所示，现有技术中的高碳合金的奥氏体金相图。

如图2所示，实施例1 所得的高碳合金的奥氏体金相图。

如图3所示，实施例2所得的高碳合金的奥氏体金相图。

如图4所示，实施例3 所得的高碳合金的奥氏体金相图。

对比图1~图4可知，通过本发明的生产方法制得的、满足本发明个各元素成分要求的高碳合金钢的奥氏体中的产生大量的微合金，使得奥氏体被微合金分割成很多细小结构，而且分布均匀；从而有效提高了钢合金的耐磨性和韧性。

Claims (10)

1.一种强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢，其特征在于：其化学成分质量百分比为：C：0.65~0.85%、Si：0.20~0.45%、Mn：0.80~1.00%、P：≤0.015%、S：≤0.015%、Ni：0.05~0.10%、Cr：0.75~0.95%、Al：0.010~0.045%、Nb：0.020~0.050%、Ti：0.010~0.050%、[H]≤0.0002%、[O]≤0.002%、[N]≤0.006%，其余Fe。

2.生产如权利要求1所述的一种强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢的方法，其特征在于包括下列步骤：

1）铁水预脱硫：采用喷吹颗粒镁脱S；

2）转炉冶炼：在90吨以上的顶底复吹式转炉进行冶炼，以铁水与废钢为原料进行初炼，双渣操作，实现预脱P，出钢加入专用精炼渣350kg、石灰450kg、金属锰、硅锰、高碳铬铁及其他合金进行预脱氧及成分初调，采用挡渣留渣出钢防止回P；

2）精炼：在90吨以上的LF炉中进行钢水深脱氧及合金化，根据到LF炉渣况和到站硫，适量添加精炼渣和石灰，造碱度渣，添加镍板、铌铁、钛铁进行微合金化，精炼过程采用全程氩气搅拌，避免钢水与空气接触；

3）真空脱气：在LF精炼后采用RH循环脱气设备进行真空脱气和去除夹杂物处理，保证[H]≤0.0002%、[O]≤0.0020%，所有化学成分进入工艺内控要求的范围；

4）夹杂物变性与软吹：真空处理之后，向钢水中喂入丝线对非金属夹杂物变性并进行软吹处理，确保夹杂物充分上浮去除；

5）连铸：采用弧型连铸机，使用中间包覆盖剂和专用结晶器保护渣，实行全程全保护浇铸，选取与此钢种匹配的配水表和结晶器、控制二冷和末端的电磁搅拌参数，保证生产的φ500mm连铸圆坯的良好低倍质量；

6）轧钢：采用热送圆入炉加热、加热8小时之后通过连轧机组轧制成φ120mm的铌钛微合金化高碳合金钢；

7）精整：采用机械倒棱+人工检查修磨的工艺以检查和消除钢材表面缺陷。

3.如权利要求2所述的一种强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢的生产方法，其特征在于：所述步骤1）中，脱S后，入炉铁水中的S含量≤0.005%。

4.如权利要求2所述的一种强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢的生产方法，其特征在于：所述步骤2）中，造碱度渣R=5~8的精炼渣，用电石和铝粒进行沉淀和扩散脱氧，强化脱S、去非金属夹杂物。

5.如权利要求2所述的一种强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢的生产方法，其特征在于：所述步骤3）中，所述真空的真空度≤100Pa下保持时间≥20分钟。

6.如权利要求2所述的一种强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢的生产方法，其特征在于：所述步骤4）中，向钢水中喂入80～100m丝线。

7.如权利要求2所述的一种强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢的生产方法，其特征在于：所述步骤4）中，所述软吹时间≥15分钟。

8.如权利要求2所述的一种强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢的生产方法，其特征在于：所述步骤5）中，控制连铸过程中的过热度在20～35℃的范围内、拉速为0.31m/min。

9.如权利要求2所述的一种强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢的生产方法，其特征在于：所述步骤6）中，钢的出炉开轧温度在1130～1180℃范围内，并且表面温度的温差≤30℃。

10.如权利要求2所述的一种强耐磨、耐冲击的铌钛微合金化高碳合金钢的生产方法，其特征在于：所述步骤6）中，依次用1架两辊可逆式开坯机和6架连轧机组进行轧制。