高硅钢中SiC夹杂物的消除方法

摘要

一种高硅钢中SiC夹杂物的消除方法，所述高硅钢为含硅量1‑3wt％的高硅钢，其中存在标准成分的SiC夹杂物，形态为带尖角的块状，不可塑性变形，颜色与钢的基体组织相同，其消除方法主要是钢坯凝固时的拉速是0.5‑1.5m/min，凝固后的钢锭以小于10℃/min冷却速度，冷却到室温；钢锭在950‑1000℃保温2‑4h，然后加热到1200‑1250℃保温4‑6h；将钢锭进行墩‑拔锻造变形，其中墩变形比大于1、拔变形比大于3，总变形比大于5。本发明能够彻底消除高硅钢中的SiC夹杂物，高硅钢消除SiC夹杂物后具有很好的力学性能，尤其是具有优异的抗循环应力疲劳、循环应变疲劳和滚动接触疲劳性能。

说明书

技术领域

本发明属于材料科学与工程技术领域，特别涉及一种钢铁材料中夹杂物的消除方法。

技术背景

钢中最常见的夹杂物，根据形态和分布标准图谱分为A、B、C、D和DS五大类。这五大类夹杂物代表最常观察到夹杂物的类型和形态。A类(硫化物)：具有高的延展性，有较宽范围形态比的单个灰色夹杂物，一般端部呈圆角。硫化物可分成三类：I为球状硫化物，Ⅱ为片状或棒状硫化物，Ⅲ为尖角状硫化物。I类和Ⅱ类硫化物产生于协同共晶，Ⅲ类硫化物产生于离异共晶，如CaS、FeS、MnS、MnS·FeS等。B类(氧化铝)：大多没有变形，带角的，形态比小(一般小于3)，呈黑色或带蓝色的颗粒，沿轧制方向排成一行，至少有三个颗粒，如FeO、MnO、SiO₂、Al₂O₃、CaO等。氧化铝夹杂是脆性夹杂物，为铝脱氧产物，主要来源于铝脱氧产物和耐火材料。C类(硅酸盐)：具有高的延展性，有较宽范围形态比(一般不小于3)的单个黑色或深灰色夹杂物，一般端部呈锐角，如硅酸亚铁(2FeO·SiO₂)、硅酸亚锰(2MnO·SiO₂)、铁锰硅酸盐(mFeO·MnO·SiO₂)等。D类(球状氧化物)：铝酸钙复合夹杂物为点状夹杂物，来源为氧化铝与渣中氧化钙生成的复合化合物。主要组分为SiO、Al₂O₃、MnO、CaO、MgO，还含极少量TiO₂。DS类(单颗粒球状)：圆形或近似圆形，直径不小于13μm的单颗粒夹杂物，属于钢中大颗粒夹杂物。其主要成分为含钙的铝酸盐和镁铝尖晶石。

总体来讲钢中的夹杂物按照成分划分为：氧化物系、硫化物系和氮化物系，近年来，高硅钢的品种越来越多，应用越来越广，却没有关于钢中碳化硅(SiC)夹杂物的专利、论文和学术报告的报道。

目前，关于钢中夹杂物去除的方法，主要是在夹杂物的长大、上浮和分离环节采取措施。消除夹杂物的具体技术有：气体搅拌法，也就是钢包吹氢、中间包气幕挡墙和加压减压法；电磁净化法，也就是钢包电磁搅拌、中间包离心分离和结晶器电磁制动；渣洗技术；过滤器技术，等等。从技术上讲，气体搅拌设备简单、方便，能有效去除钢中夹杂，但对细小夹杂物去除效率不高。而电磁搅拌和过滤器可以去除尺寸细小的夹杂，但成本较高。近年来，关于消除钢中夹杂物的技术不断发展和完善，产生了有许多关于钢中夹杂物消除的新专利技术和方法，比如：CN200810233920.2，CN201110337938.9，CN201110191053.2，CN201310651506.4，CN201210243888.2，CN201210258283.0，等等国内外近百个专利技术，然而，就其基本原理来讲，都没有脱离前述的几个基本方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能够彻底清除SiC夹杂物的高硅钢中SiC夹杂物的消除方法。

本发明的技术方案如下：

(1)高硅钢为含硅量1-3wt％的高硅钢，其中存在标准成分的SiC夹杂物，形态为带尖角的块状，不可塑性变形，颜色与钢的基体组织相同。

(2)夹杂物的消除方法：钢坯凝固时的拉速是0.5-1.5m/min，凝固后的钢锭以小于10℃/min冷却速度，冷却到室温；钢锭在950-1000℃保温2-4h，然后加热到1200-1250℃保温4-6h；将钢锭进行墩-拔锻造变形，其中墩变形比大于1、拔变形比大于3，总变形比大于5。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、能够彻底消除高硅钢中的SiC夹杂物。

2、高硅钢消除SiC夹杂物后具有很好的力学性能，尤其是具有优异的抗循环应力疲劳、循环应变疲劳和滚动接触疲劳性能。

3、彻底消除了SiC夹杂物的高硅钢，用于制造辙叉、轴承、齿轮、钢轨、轴类件等承受循环交变载荷的零部件，疲劳寿命得以大幅度提高。

附图说明

图1是本发明实施例1中钢中含SiC夹杂物的SEM图及相应夹杂物成分分析；

图2是本发明实施例1中钢去除SiC夹杂物后的贝氏体组织SEM图；

图3是本发明实施例2中钢中含SiC夹杂物的SEM图及相应夹杂物成分分析；

图4是本发明实施例2中钢去除SiC夹杂物后的贝氏体组织SEM图。

具体实施方式

实施例1

一种铁路辙叉用高硅无碳化物贝氏体钢，其化学成分为0.34C-1.5Si-1.5Mn-1.2Cr-0.5Al-0.4Ni-0.4Mo。这种钢熔炼后，钢坯凝固时的拉速是0.8m/min，凝固后的钢锭以8℃/min速度冷却到室温。钢锭凝固后，将钢锭加热到950℃保温4h，再升温到1250℃保温4h后缓慢冷却到室温。然后再将钢锭加热到高温进行墩变形比为2、拔变形比为3.5，总变形比为5.5。这种铁路辙叉用高硅无碳化物贝氏体钢消除SiC夹杂物后具有很好的力学性能，其抗滚动接触疲劳性能提高3倍以上。

如图1所示，高硅无碳化物贝氏体钢中含有带有尖角的SiC夹杂物。

如图2所示，经过处理后，高硅无碳化物贝氏体钢中的SiC夹杂物已经全部消除。

实施例2

一种风电轴承用高硅贝氏体钢，其化学成分为1.0C-1.7Si-1.7Cr-0.3Mo。这种钢熔炼后，钢坯凝固时的拉速是0.5m/min，凝固后的钢锭以5℃/min速度冷却到室温。钢锭凝固后，将钢锭加热到1000℃保温2h，再升温到1200℃保温6h后缓慢冷却到室温。然后再将钢锭加热到高温进行墩变形比为1.5、拔变形比为3.5，总变形比为5.2。这种风电轴承用高硅贝氏体钢消除SiC夹杂物后具有很好的力学性能，其抗滚动接触疲劳性能提高4倍以上。

如图3所示，风电轴承用高硅贝氏体钢中含有长条状带尖角SiC夹杂物。

如图4所示，经过处理后的风电轴承用高硅贝氏体钢中的SiC夹杂物已经全部消除，组织细小均匀。

实施例3

一种弹簧用高硅钢，其化学成分为0.7C-2.6Si-0.5Mn-0.5Cr。这种钢熔炼后，钢坯凝固时的拉速是1.0m/min，凝固后的钢锭以9℃/min速度冷却到室温。钢锭凝固后，将钢锭加热到980℃保温3h，再升温到1220℃保温5h后缓慢冷却到室温。然后再将钢锭加热到高温进行墩变形比为2、拔变形比为3.5，总变形比为5.5。这种弹簧用高硅钢消除SiC夹杂物后具有很好的力学性能，其弯曲疲劳性能提高3倍以上。

实施例4

一种低碳马氏体钢，其化学成分为0.22C-1.8Si-1.8Mn-1.2Cr-0.2Ni-0.2Mo。这种钢熔炼后，钢坯凝固时的拉速是1.5m/min，凝固后的钢锭以7℃/min速度冷却到室温。钢锭凝固后，将钢锭加热到960℃保温2h，再升温到1230℃保温5h后缓慢冷却到室温。然后再将钢锭加热到高温进行墩变形比为2、拔变形比为4，总变形比为6。这种低碳马氏体钢消除SiC夹杂物后具有很好的力学性能，其抗循环应力疲劳性能提高2倍以上，抗循环应变疲劳性能提高4倍以上。