CN102776449A - 一种大壁厚可焊接铸钢 - Google Patents
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Abstract
本发明介绍了一种大壁厚可焊接铸钢，其特征是其化学成分质量百分比为：C：0.07～0.12；Si：0.15～0.40；Mn：0.6～1.0；S≤0.015；P≤0.020；Ni：1.5～1.8；Cr≤0.30；Cu：0.8～1.2；余量为Fe和不可避免的杂质。本发明的铸钢，其300mm厚度当量试块进行性能检验，其1/4壁厚处性能满足屈服强度Rp0.2≥370MPa，抗拉强度Rm≥490MPa，断面收缩率A≥20%，延伸率Z≥40%，塑、韧性尤其低温冲击韧性优异，-40℃Kv2≥27J。同时具有优良的焊接性能，可实现铸件间拼焊，非常适用于船舶结构的建造。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢材铸造技术，特别是一种大壁厚可焊接铸钢。
背景技术
铸钢是船体结构钢材料中不可缺少的配套材料，主要用于船体开口补强、通海孔、电缆孔等部位，以及艉轴架、挂舵臂等形状复杂、对刚度有较高要求的部位。目前我国在用的船体结构钢铸钢包括碳钢铸钢如GB 11352《一般工程用铸造碳钢件》中的ZG230－450H等及低合金、合金铸钢如604、607、QZ785等，屈服强度级别覆盖230MPa～785MPa。但上述铸钢大多数最大允许壁厚均较小（不超过150mm）或未规定最大允许壁厚。而如艉轴架一类大壁厚铸件通常采用低强度级别ZG230-450H制造，其性能检验试样通常是取自随炉的梅花棒或基尔试块，该类试块由于尺寸小，并不能表征大壁厚铸件的真实性能。如专利申请号：200610017797.1“一种超高强度高韧性可焊接铸钢”屈服强度达到800MPa以上，但其性能是采用底铸法浇注梅花棒试样进行检验；专利申请号：201010228482.8“一种高强高韧低合金锰系铸钢的制备方法”碳含量为0.12～0.32wt,%，会造成焊接困难，且没有明确检验试块尺寸及该铸钢最大允许壁厚；专利申请号：87108322.1“一种高强韧性低碳微合金化铸钢”，碳含量为0.06～0.18wt,%，适于焊接，但同样未明确检验试块尺寸及该铸钢最大允许壁厚。
随着我国海洋装备的快速发展，船舶吨位快速增加、动力系统不断加大，为承载传动系统重量和推力，设计部门对如艉轴架一类的大型铸件用铸钢的性能提出了更高的要求，现有材料及技术已不能满足要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种大壁厚可焊接铸钢，解决现有铸钢在最大允许壁厚较小（不大于150mm）的不足，研制一种壁厚不小于300mm，满足大型船舶对高强度、大壁厚铸钢的要求。
为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明的一种大壁厚可焊接铸钢，其化学成分质量百分比为：C：0.07～0.12；Si：0.15～0.40；Mn：0.6～1.0；S≤0.015；P≤0.020；Ni：1.5～1.8；Cr≤0.30；Cu：0.8～1.2；余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明的一种大壁厚可焊接铸钢，其制备方法为：按照化学成分质量百分比为：C：0.07～0.12；Si：0.15～0.40；Mn：0.6～1.0；S≤0.015；P≤0.020；Ni：1.5～1.8；Cr≤0.30；Cu：0.8～1.2；余量为Fe和不可避免的杂质的比例进行配料，采用通常的电弧炉，按照普通铸钢冶炼方法进行冶炼。对冶炼及铸造无特殊要求。熔化期采用低电压大电流的短弧操作，以提高热效率；熔清后加入生石灰造渣，调整碱度适当，采用吹氧法脱碳，氧化末期扒渣；加入生石灰二次造渣，保持白渣脱氧，加入适量铝脱氧；调整钢液温度后出钢，控制浇注温度为1540℃~1580℃；采用砂型铸造，底铸法，应保证工艺出品率不大于60%。
本发明的一种大壁厚可焊接铸钢，其特点在于采用Ni-Cu合金系，Cu含量达到0.8～1.2％。Cu的加入一方面起到沉淀强化作用保证得到较高的强度，同时对提高铸造流动性和耐蚀性有一定的作用。为避免Cu的加入对热加工性能造成的不利影响（热裂），必须加入适当的Ni，保持Ni/Cu大于1.2。
通过采用上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：
本发明通过多元微合金化成分设计，采用电弧炉冶炼及砂型铸造，并推荐采用正火+回火热处理工艺获得本铸钢。正火温度880℃~920℃，回火温度580℃~680℃。采用300mm厚度当量试块进行性能检验，其1/4壁厚处性能满足屈服强度Rp0.2≥370MPa，抗拉强度Rm≥490MPa，断面收缩率A≥20%，延伸率Z≥40%，塑、韧性尤其低温冲击韧性优异，-40℃Kv2≥27J。同时具有优良的焊接性能，可实现铸件间拼焊，非常适用于船舶结构的建造。
该铸钢可满足舰船结构、海洋工程、矿山、电力及机械工程等对铸钢强度及厚度均有较高要求的领域，尤其适用于对铸件表面及内部性能一致性要求较高且壁厚达到300mm的结构及零部件，是一种值得推广应用的高性能铸钢。
具体实施方式
下面结合实施例对本专利进一步解释说明。但本专利的保护范围不限于具体的实施方式。
本专利的实施例，其大壁厚可焊接铸钢冶炼方法均为：双渣法电弧炉冶炼+砂型底铸，工艺出品率55%。
实施例1
铸钢的化学成分（质量百分比，wt%）：C：0.10；Si：0.40；Mn：0.74；S：0.010；P：0.012；Ni：1.37；Cr：0.20；Cu：1.0；余量为Fe和不可避免的杂质。浇注为300mm厚度的当量试块，正火温度900℃，回火温度600℃。在厚度1/4处取样，铸钢性能为：Rp0.2：420MPa；Rm：540MPa；A：31％；Z：73％；-40℃Kv2：55J。
实施例2：
铸钢的化学成分（质量百分比，wt%）：C：0.12；Si：0.25；Mn：0.60；S：0.008；P：0.015；Ni：1.8；Cr：0.30；Cu：1.2；余量为Fe和不可避免的杂质。浇注为300mm厚度的当量试块，正火温度900℃，回火温度620℃。在厚度1/4处取样，铸钢性能为：Rp0.2：450MPa；Rm：560MPa；A：30％；Z：71％；-40℃Kv2：35J。
实施例3：
铸钢的化学成分（质量百分比，wt%）：C：0.07；Si：0.15；Mn：1.0；S：0.015；P：0.011；Ni：1.5；Cr：0.18；Cu：0.8；余量为Fe和不可避免的杂质。浇注为300mm厚度的当量试块，正火温度880℃，回火温度580℃。在厚度1/4处取样，铸钢性能为：Rp0.2：380MPa；Rm：510MPa；A：35％；Z：76％；-40℃Kv2：63J。
Claims (1)
1.一种大壁厚可焊接铸钢，其特征是其化学成分质量百分比为：C：0.07～0.12；Si：0.15～0.40；Mn：0.6～1.0；S≤0.015；P≤0.020；Ni：1.5～1.8；Cr≤0.30；Cu：0.8～1.2；余量为Fe和不可避免的杂质。
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