[发明专利]一种钻头用合金钢材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料制备领域，尤其涉及一种钻头用合金钢材料及其制备方法。

背景技术

合金钢的发展已经有100多年的历史了，到目前为止，多种多样的合金钢在工业上被应用，主要有以下类型：调质钢、弹簧钢、工具钢、高速钢、模具钢、高中低碳合金钢等，目前为止，虽然合金钢技术得到很大发展，但是，仍有很多问题存在，如耐磨度、硬度、防锈性能、耐腐蚀性能、耐高低温性能、脆性、韧性、成本等不能兼顾，在很多场合还不能满足生产的要求，还需要进一步改进，以提高生产效率，降低成本，提高安全性，为高精尖技术发展提供保障，为社会发展提供动力，任务还很艰巨。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻头用合金钢材料及其制备方法，该合金材料具有高的耐磨性、硬度、耐高温、耐冲击的特点。

本发明的技术方案如下：

一种钻头用合金钢材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.7-0.9、Mo3.3-2.5、Cr1.0-1.2、Si0.2-0.5、Co2.6-2.8、镍6.3-2.5、钒0.005-0.008、铌1.2-2.5、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁。

所述的钻头用合金钢材料的生产方法：

（1）、将生铁与废铁按1：2比例投入炉中熔化作为铁基质来源；进行脱硫、脱氧、合金化、采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理等；

（2）、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为：（1）Si、铌；（2）Mo、钒、Co；（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为9-11分钟，投料后搅拌均匀。

所述的铸后热处理是：先由室温以180-200℃/小时速率升温至925-945℃，保温3-4小时；再以140-160℃/小时速率降温至620-630℃，保温30-60分钟；再以100-120℃/小时速率降温至320-340℃，保温2-3小时；再以150-170℃/小时速率升温至530-550℃，保温2-3小时，取出空冷即得。

所述的精炼剂由下列重量份的原料制成：工具钢粉3-4、粘土9-12、氧化镁3-4、氯化锌2-3、氟铝酸钠5-6、氧化铝1-2、铝矾土5-6、硼化钒1-2、二甲基氧化锡1-2、氢氧化铝8-10、玉石粉3-4、蒙脱石1-2；制备方法是将各原料混合，加热至熔融状态，然后，浇注入纯净水中激冷，再粉碎成100-200目粉末；将所得粉末加入相当于粉末重量2-3%的硅烷偶联剂KH-550、1-2%的纳米碳粉，混合均匀后，在8-15Mpa下压制成坯，然后，在900-950℃下煅烧3-4小时，冷却后，再粉碎成150-250目粉末，即得。

本发明的有益效果

本发明通过使用钴、镍、铬等原料组合，合理设置配比和生产工艺，合理设置投放次序，形成的合金材料具有优异综合力学性能，尤其具有高强度、高硬度、高耐磨性和耐高温等特点，适合用于钻头等部件，可以显著延长抗磨部件寿命，降低机械的损坏率，增加了安全系数；并使用部分废铁作为原料，提高合金的质量稳定均一。本发明精炼剂用于铸造生产，明显提高成品率，特别是铸件中的气孔度降低1-2度，得到有效的控制，不会在铸件表面产生气孔，夹杂氧化物也明显降低，氧化夹杂物在2级左右。

具体实施方式

一种钻头用合金钢材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：碳0.7-0.9、Mo3.3-2.5、Cr1.0-1.2、Si0.2-0.5、Co2.6-2.8、镍6.3-2.5、钒0.005-0.008、铌1.2-2.5、P≤0.030、S≤0.030、余量为铁。

所述的钻头用合金钢材料的生产方法：

（1）、将生铁与废铁按1：2比例投入炉中熔化作为铁基质来源；进行脱硫、脱氧、合金化、采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理等；

（2）、合金化过程中向炉内投入合金元素的批次顺序为：（1）Si、铌；（2）Mo、钒、Co；（3）其它剩余成分；各批次投入元素的时间间隔为10分钟，投料后搅拌均匀。

所述的铸后热处理是：先由室温以190℃/小时速率升温至935℃，保温3.5小时；再以150℃/小时速率降温至625℃，保温40分钟；再以110℃/小时速率降温至330℃，保温2.5小时；再以160℃/小时速率升温至540℃，保温2.6小时，取出空冷即得。