在半钢材质中加入WC增强颗粒的方法

摘要

本发明公开了一种在半钢材质中加入WC增强颗粒的方法，属于高性能复合材料技术领域，包括制备出与半钢材质钢液密度相近的WC增强颗粒、感应熔炼炉内熔炼半钢材质、1min内均匀加入3～6％wt的WC增强颗粒三步骤。本发明加入颗粒试样的试样硬度比未加入颗粒试样的硬度提高1.5倍，而对于耐磨性，加入颗粒的试样是未加入颗粒样的3倍以上，加入颗粒的半钢轧辊材料在使用寿命上相对于未加入颗粒的半钢轧辊材料大大提高。

权利要求

1.一种在半钢材质中加入WC增强颗粒的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤A、制备出与半钢材质钢液密度相近的WC增强颗粒，对WC增强颗粒进行破碎、碾磨使其粒度为1～3mm，然后将WC增强颗粒在100℃下干燥、预热待用；

步骤B、在感应熔炼炉内熔炼半钢材质，在熔炼钢液达到设计要求后提温至1550～1650℃，低功率保温1.5～3min，保证钢液表面无钢渣；

步骤C、不停电的情况下1min内均匀加入3～6%wt 的WC增强颗粒，然后大功率送电，电磁搅拌，送电过程中保证熔炼钢液温度不超过1500℃，搅拌1.5～3min后停电、浇注；

所述步骤A和步骤B中的半钢材质的合金成分及各合金成分的重量百分含量为：C1.5～

1.6%，Si0.9～1.1%，Mn0.9～1.1%，P≤0.05%，S≤0.06%，W+V+Nb≤0.02%，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的在半钢材质中加入WC增强颗粒的方法，其特征在于：W+V+Nb≤

0.02中，W、V、Nb可以取其三种、两种或任意一种。

3.根据权利要求1所述的在半钢材质中加入WC增强颗粒的方法，其特征在于：步骤A中WC增强颗粒是烧结WC，烧结WC的制备方法是将C粉和W粉均匀混合后，采用放电等离子烧结装置进行烧结，烧结温度为1100～1300℃，保温6～10min，烧结WC呈疏松结构。

4.根据权利要求1～3任一项所述的在半钢材质中加入WC增强颗粒的方法，其特征在于：WC增强颗粒的密度是7.6～7.8g/cm3。

5.根据权利要求1所述的在半钢材质中加入WC增强颗粒的方法，其特征在于：步骤B中的低功率保温的低功率为8～12kW。

6.根据权利要求1所述的在半钢材质中加入WC增强颗粒的方法，其特征在于：步骤C中的大功率送电中的大功率为40～60kW。

说明书

在半钢材质中加入WC增强颗粒的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种在半钢材质中加入WC增强颗粒的方法，属于高性能复合材料技术领域。

背景技术

[0002] 随着钢铁领域发展，尤其是高强、超薄等钢种的崛起，提高轧制行业主要部件的轧辊耐磨性以及抗热疲劳性能，提升我国钢厂整体轧辊质量，降低轧辊消耗量势在必行。提高轧辊材料性能单凭加入高合金等传统方式已不能提高产品性价比，WC增强颗粒熔点高、硬度大，线膨胀系数小，具有良好的稳定性，如果能利用WC增强颗粒高强度、高耐磨性的性能将使传统耐磨材料发生质的变化。

[0003] 如何将WC增强颗粒很好的熔入基体，如何选取基体材料，都是开发颗粒增强材料急需解决的问题。

发明内容

[0004] 本发明需要解决的技术问题是提供一种在半钢材质中加入WC增强颗粒的方法，以提高轧制行业轧辊耐磨性以及抗热疲劳性能，提升轧辊质量，降低轧辊消耗量。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

[0006] 一种在半钢材质中加入WC增强颗粒的方法，包括如下步骤：

[0007] 步骤A、制备出与半钢材质钢液密度相近的WC增强颗粒，对WC增强颗粒进行破碎、碾磨使其粒度为1～3mm，然后将WC增强颗粒在100℃下干燥、预热待用；

[0008] 步骤B、在感应熔炼炉内熔炼半钢材质，在熔炼钢液达到设计要求后提温至1550～1650℃，低功率保温1.5～3min，以提高钢液内部温度均匀性，保证钢液表面无钢渣；

[0009] 步骤C、不停电的情况下1min内均匀加入3～6％wt的WC增强颗粒，然后大功率送电，电磁搅拌，送电过程中保证熔炼钢液温度不超过1500℃，搅拌1.5～3min后停电、浇注。

[0010] 本发明技术方案的进一步改进在于：步骤A和步骤B中的半钢材质的合金成分及各合金成分的重量百分含量为：C1.5～1.6％，Si0.9～1.1％，Mn0.9～1.1％，P≤0.05％，S≤0.06％，W+V+Nb≤0.02％，余量为Fe。

[0011] 本发明技术方案的进一步改进在于：W+V+Nb≤0.02中，W、V、Nb可以取其三种、两种或任意一种。

[0012] 本发明技术方案的进一步改进在于：步骤A中WC增强颗粒是烧结WC，烧结WC的制备方法是将C粉和W粉均匀混合后，采用放电等离子烧结装置进行烧结，烧结温度为1100～1300℃，保温6～10min，烧结WC呈疏松结构。

[0013] 本发明技术方案的进一步改进在于：WC增强颗粒的密度是7.6～7.8g/cm3。

[0014] 本发明技术方案的进一步改进在于：步骤B中的低功率保温的低功率为8～12kW。

[0015] 本发明技术方案的进一步改进在于：步骤C中的大功率送电中的大功率为40～60kW。

[0016] 由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

[0017] 本发明对基体材料成分、WC增强颗粒的加入方式、加入时机及加入后熔解时间进行了研究，针对颗粒的熔入方式，最终目的是能保证WC增强颗粒能以颗粒的形式镶嵌在基体中，起到第二相质点强化的作用。本发明以感应熔炼炉为熔炼设备，通过炉内加入颗粒的方式，利用感应熔炼炉自身的磁搅拌功能，使颗粒均匀分布在钢液内部，在加入颗粒后的保温时间，一方面使颗粒有足够的时间进行分布，另一方面不会使颗粒在高温钢液中分解。本方法可以提高材料耐磨性，降低材料合金加入量，经济效益显著。

附图说明

[0018] 图1是放大100倍的背散射电子探头下的扫描电镜图片，白色质点为颗粒增强相碳化钨，其他的组织为基体。

具体实施方式

[0019] 一种在半钢材质中加入WC增强颗粒的方法，包括如下步骤：

[0020] 步骤A、制备出与半钢材质钢液密度相近的WC增强颗粒，对WC增强颗粒进行破碎、碾磨使其粒度为1～3mm，然后将WC增强颗粒在100℃下干燥、预热待用；

[0021] 步骤B、在感应熔炼炉内熔炼半钢材质，在熔炼钢液达到设计要求后提温至1550～1650℃，低功率保温1.5～3min，提高钢液内部温度均匀性，保证钢液表面无钢渣；

[0022] 步骤C、不停电的情况下1min内均匀加入3～6％wt的WC增强颗粒，然后大功率送电，电磁搅拌，送电过程中保证熔炼钢液温度不超过1500℃，搅拌1.5～3min后停电、浇注。

[0023] 步骤A和步骤B中的半钢材质的合金成分及各合金成分的重量百分含量为：C1.5～1.6％，Si0.9～1.1％，Mn0.9～1.1％，P≤0.05％，S≤0.06％，W+V+Nb≤0.02％，余量为Fe。

[0024] W+V+Nb≤0.02％中，由于W、V、Nb为杂质元素，影响WC在基体中的分布与熔解，因此可以取其三种、两种或任意一种，只要三者总量≤0.02％即可。

[0025] 步骤A中WC增强颗粒是烧结WC，烧结WC的制备方法是将C粉和W粉均匀混合后，采用放电等离子烧结装置进行烧结，烧结温度为1100～1300℃，保温6～10min，烧结WC呈疏松结构，这样制备的WC增强颗粒的密度是7.6～7.8g/cm3，由于钢液密度是7.8g/cm3左右，因此WC增强颗粒恰好悬浮并均匀分布在半钢钢液内部中，并以颗粒的形式镶嵌在基体中。

[0026] 步骤B中的低功率保温的低功率为8～12kW，可以确保钢液不会因低温凝固。步骤C中的大功率送电中的大功率为40～60kW，在加入颗粒后的保温时间，一方面使颗粒有足够的时间进行分布，另一方面不会使颗粒在高温钢液中分解。

[0027] 如图1所示的扫描电镜图片，在放大100倍的情况下，WC增强颗粒很好的熔入基体，以颗粒的形式镶嵌在基体中，起到第二相质点强化的作用。

[0028] 下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

[0029] 实施例1

[0030] 以废钢为原料，利用100～200Kg熔炼炉进行熔炼，成分达到半钢基体组分：C1.5％，Si0.9％，Mn0.9％，P≤0.05％，S≤0.06％，W+V+Nb≤0.02％和Fe余量的标准成分后，将钢液温度加热到1600℃，10kW低功率送电保温2min后保证钢液表面无钢渣，然后在不停电的情况下1min内均匀加入WC增强颗粒，WC增强颗粒加入量为钢液的5％wt，然后50kW大功率送电，加颗粒结束后送电过程中钢液温度保持在1500℃保温并电磁搅拌2min，搅拌保温后停电、出炉、浇注。

[0031] WC增强颗粒是烧结WC，烧结WC的制备方法是将C粉和W粉均匀混合后，采用放电等离子烧结装置进行烧结，烧结温度为1100～1300℃，保温6～10min，烧结WC呈疏松结构。

[0032] 实施例2

[0033] 本实施例与实施例1的区别为：以废钢为原料，利用100～200Kg熔炼炉进行熔炼，成分达到半钢基体组分：C1.53％，Si0.95％，Mn0.95％，P≤0.05％，S≤0.05％，W+V+Nb≤0.02％和Fe余量的标准成分后，将钢液温度加热到1550℃，8kW低功率送电保温1.5min后保证钢液表面无钢渣，然后在不停电的情况下1min内均匀加入WC增强颗粒，WC增强颗粒加入量为钢液的3％wt，然后40kW大功率送电，加颗粒结束后送电过程中钢液温度保持在1490℃保温并电磁搅拌1.5min，搅拌保温后停电、出炉、浇注。

[0034] 实施例3

[0035] 本实施例与实施例1的区别为：以废钢为原料，利用100～200Kg熔炼炉进行熔炼，成分达到半钢基体组分：C1.58％，Si1.0％，Mn1.0％，P≤0.05％，S≤0.06％，W+V+Nb≤0.02％和Fe余量的标准成分后，将钢液温度加热到1610℃，9kW低功率送电保温2.5min后保证钢液表面无钢渣，然后在不停电的情况下1min内均匀加入WC增强颗粒，WC增强颗粒加入量为钢液的4％wt，然后45kW大功率送电，加颗粒结束后送电过程中钢液温度保持在1480℃保温并电磁搅拌2.5min，搅拌保温后停电、出炉、浇注。

[0036] 实施例4

[0037] 本实施例与实施例1的区别为：以废钢为原料，利用100～200Kg熔炼炉进行熔炼，成分达到半钢基体组分：C1.54％，Si1.05％，Mn1.06％，P≤0.05％，S≤0.06％，W+V+Nb≤0.02％和Fe余量的标准成分后，将钢液温度加热到1620℃，11kW低功率送电保温2.5min后保证钢液表面无钢渣，然后在不停电的情况下1min内均匀加入WC增强颗粒，WC增强颗粒加入量为钢液的4.5％wt，然后55kW大功率送电，加颗粒结束后送电过程中钢液温度保持在
1495℃保温并电磁搅拌3min，搅拌保温后停电、出炉、浇注。

[0038] 实施例5

[0039] 本实施例与实施例1的区别为：以废钢为原料，利用100～200Kg熔炼炉进行熔炼，成分达到半钢基体组分：C1.6％，Si1.1％，Mn1.1％，P≤0.05％，S≤0.06％，W+V+Nb≤0.02％和Fe余量的标准成分后，将钢液温度加热到1620℃，11kW低功率送电保温3min后保证钢液表面无钢渣，然后在不停电的情况下1min内均匀加入WC增强颗粒，WC增强颗粒加入量为钢液的6％wt，然后60kW大功率送电，加颗粒结束后送电过程中钢液温度保持在1500℃保温并电磁搅拌3min，搅拌保温后停电、出炉、浇注。

[0040] 实施例6

[0041] 本实施例与实施例1的区别为：以废钢为原料，利用100～200Kg熔炼炉进行熔炼，成分达到半钢基体组分：C1.59％，Si1.08％，Mn1.06％，P≤0.05％，S≤0.06％，W+V+Nb≤0.02％和Fe余量的标准成分后，将钢液温度加热到1600℃，11.5kW低功率送电保温2.6min后保证钢液表面无钢渣，然后在不停电的情况下1min内均匀加入WC增强颗粒，WC增强颗粒加入量为钢液的5.5％wt，然后55kW大功率送电，加颗粒结束后送电过程中钢液温度保持在
1498℃保温并电磁搅拌3min，搅拌保温后停电、出炉、浇注。

[0042] 实施例7

[0043] 实施例7为对照例，半钢材质中不加入WC增强颗粒。

[0044] 取实施例1～实施例7产品进行试样拉伸力学性能检测，性能检测执行国家标准GB/T1503-2008.检测结果见表1。

[0045] 表1实施例产品拉伸力学性能检测结果

[0046]

[0047] 通过对增强颗粒的试样(实施例1～6)与未加入颗粒试样(实施例7)进行性能对比，通过对比发现，加入颗粒试样的试样硬度比未加入颗粒试样的硬度提高1.5倍，而对于耐磨性，加入颗粒的试样是未加入颗粒样的3倍以上，使用寿命(冷热疲劳)提高4倍左右，使用寿命大大提高。

[0048] 根据性能检测结果，加入颗粒的半钢轧辊材料在使用寿命上相对于未加入颗粒的半钢轧辊材料大大提高，能更好地应用于市场需求。