本發明屬于合金化工藝與材料加工，尤其涉及一種耐磨鋼用調制合金芯線及其制備方法。

背景技術：

1、隨著現代工業的發展，對高強度、耐磨性和長壽命鋼材的需求日益增加。耐磨高強度鋼廣泛應用于礦山機械、工程機械、建筑設備等高應力環境中，這些設備需要具備優異的強度、硬度和抗磨損性能。傳統煉鋼合金化工藝通過直接添加塊狀或條狀合金元素來提升鋼材性能，但這種方法在成分控制、元素吸收率和均勻性方面存在局限，難以滿足高性能鋼材的精細化需求。

2、喂絲技術是一種有效的合金元素添加方法，通過將含有特定合金元素的芯線連續送入鋼水中，能夠更均勻、精準地釋放合金成分，從而實現精確的成分控制、提高合金元素的吸收效率。

3、目前，傳統芯線主要采用包裹填充合金粉末的薄殼設計，但由于粉末填充的復雜性以及工藝限制，這種方法通常難以實現多種微量元素的復合添加，且可能出現成分不均、釋放不穩定等問題。粉末冶金工藝為制備復合多合金芯線提供了更高效的選擇，通過均勻混合和燒結形成致密材料，可以提高合金成分的均勻性和吸收率。然而，在實際應用中，粉末冶金工藝中某些合金元素(尤其是鈣、鋁等活潑金屬)在高溫燒結過程中容易氧化，導致成分純度下降，并在煉鋼過程中損耗較大，降低了這些合金元素的收得率。

技術實現思路

1、本發明實施例的目的在于提供一種耐磨鋼用調制合金芯線及其制備方法，旨在解決上述背景技術中提出的問題。

2、本發明實施例是這樣實現的，一種耐磨鋼用調制合金芯線，包括芯料和外層鋼帶；

3、所述芯料的化學成分按質量分數包括：fe：10％～50％；b：1％～5％；v：5％～15％；nb：3％～8％；ti：1％～5％；ca：1％～5％；ba：1％～3％；al：2％～10％；si：5％～20％；稀土元素(ce、la)2％～5％；其中，ca、ba和稀土元素以氧化物和金屬兩種形式存在。

4、進一步的技術方案，所述芯料中的b和ti分別以feb和tialb形式存在，所述芯料的成分按以下質量分數范圍配置：鐵粉：30％～50％；鈦白粉：2％～20％；氧化鋁：5％～18％；硼砂：5％～30％；

5、配比完成后，在1650-1750℃條件下煅燒2～4小時，之后將產物粉碎為平均粒徑100-450μm的顆粒。

6、進一步的技術方案，混合成分的比例應滿足以下關系：

7、

8、其中，k為修訂系數，取值范圍為：k∈[1.1,1.5]，其中：mfe為鐵粉質量分數；為鈦白粉質量分數；為氧化鋁質量分數；mb為硼的質量分數；mo為氧的質量分數；mc為碳的質量分數。

9、進一步的技術方案，硬質相形成元素包括b、v、ti以及nb，凈化元素包括ca和ba，所述硬質相形成元素包括與凈化元素的質量比應按照下式進行配比：

10、(b+v+ti+nb)/(ca+ba)＝0.6～6。

11、進一步的技術方案，稀土元素與凈化元素之間的比例應按照下式進行配比：

12、(ca+ba)/(ce+la)＝0.3～3.5。

13、進一步的技術方案，ca和ba在氧化物與金屬狀態中的比例需控制在30～80％；稀土元素在氧化物狀態下的比例應在35％～80％；b、v、nb和ti四者的總質量分數控制在15％～25％；ca、ba、al及稀土元素四者的總含量控制在8％～35％。

14、進一步的技術方案，所述芯料的粒徑應小于2.5mm，其成分包括fe、b、v、nb、ti、al和si中的至少一種和ca、ba中的至少一種；氧化物粉末的粒徑應小于0.81μm～1.2μm，其成分包括cao、bao中的至少一種。

15、本發明實施例的另一目的在于，一種耐磨鋼用調制合金芯線的制備方法，基于上述的耐磨鋼用調制合金芯線，包括以下步驟：

16、步驟1：粉末制備；

17、將fe、b、v、nb、ti、ca、ba、al、si以及稀土元素的合金粉末按所需比例混合；將配比好的粉末進行攪拌，攪拌完成后將粉末放入球磨機中進行球磨；

18、攪拌與球磨工作環境均為真空條件，控制真空度在10-3torr～10-5torr，環境溫度為18～26℃，環境濕度控制在8％～10％；

19、步驟2：擠壓成型；

20、首先，在真空環境中將制備好的合金粉末以2.5cm3/s～10.5cm3/s的體積流速裝填至預定圓筒形模具中，模具另一端開孔，并在開孔處安裝加熱裝置；在裝填過程中，堵住開孔端防止粉末泄露，并對模具施加振動以避免空隙的產生；在正式壓制前對模具中的粉末進行輕度預壓以提升粉末的裝填密度；正式壓制時，打開開孔處堵塞裝置與加熱裝置，當達到加熱裝置達到預設溫度時，開始對模具內粉末進行擠壓成型，并按照預設長度進行裁剪；

21、步驟3：包覆鋼帶；

22、擠壓成型后，待芯線冷卻后，采用鋼帶對芯線進行纏繞密封，對制得的芯料進行包覆；填充芯料后，對鋼帶管兩端進行焊接封口，焊接方式選用激光焊；包覆鋼帶工作環境為真空條件，控制真空度在10-3torr～10-5torr。

23、進一步的技術方案，在所述步驟2中，擠壓成型的壓縮比r取值范圍為0.72～50.5，依據下式：

24、

25、vout＝k·t

26、

27、其中，vin為入口流速，cm3/s；vout為出口流速，cm3/s；ain為入口截面積，cm3；aout為出口截面積，cm3；din為入口直徑，cm；dout為出口直徑，cm；t為環境溫度，℃；k為常數，取值范圍為0.02～0.1。

28、本發明實施例提供的一種耐磨鋼用調制合金芯線及其制備方法，其有益效果如下：

29、(1)通過真空粉末冶金工藝，在真空或惰性氣體環境下燒結芯料，有效避免了鈣、鋇、鋁等易氧化元素的氧化損失，顯著提高了合金元素的收得率。

30、(2)相比于傳統工藝，本方法能夠在擠壓成型過程中保持更多的活性元素，提高合金成分的利用效率，降低生產成本。

31、(3)所制備的芯線中含有硼、釩、鈦、鈮等元素，這些元素在鋼材中形成硬質相或微合金化作用，能夠有效提高鋼材的耐磨性和強度。相較于傳統芯線材料，本方法所制備的多合金芯線能夠更均勻地將耐磨元素分布在鋼材中，增強了鋼材的使用壽命和承載能力，尤其適用于高強度和耐磨要求的應用場合。

32、(4)真空燒結環境和稀土元素的共同作用，使鋼材的內部組織更為均勻、晶粒更細化，相比傳統工藝，有效減少了夾雜物和應力集中問題，改善了材料的韌性和抗沖擊性能。

33、(5)本方法所制備的多合金芯線利用鈣、鋇和稀土元素的協同作用，能夠優化鋼材中的夾雜物形態，使夾雜物呈現出更均勻、細小的分布，這種改良的夾雜物形態能夠減少應力集中點，從而提高鋼材的延展性和抗沖擊性能，使其更適用于要求高韌性的工程應用。

34、(6)本方法采用了多合金粉末配方，可以根據具體需求靈活調整不同元素的含量，生產過程中能夠精準控制芯線成分。相比傳統的合金化工藝，本方法能夠實現多種合金元素的組合，使得芯線的性能具有更大的可調性，適用于多種特殊用途的鋼材生產。

35、(7)采用真空環境下的激光焊接技術，能夠確保焊接部位無氧化和氣孔，焊縫質量更高。鋼帶纏繞包覆和真空激光焊接相結合，使芯線的密封性和整體強度大幅提高，相較傳統工藝，運輸和使用過程中的芯線斷裂和泄漏風險顯著降低。