CN103184390A - 一种高强度金属合金以及其制成的角件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了合金材料领域内的一种高强度金属合金以及其制成的角件，该合金按重量百分比由以下成分组成：碳、锰、硅、铬、镍、钼，余量为铁，C：0.1-0.22%、Mn：0.6-1.5%、Si：0.2-1.0%、Cr：0-0.6%、Ni：0-0.6%、Mo：0.1-1.0%，其余为Fe和不可避免的微量杂质；该角件由上述合金制成，本发明通过各元素的配合，改善了材料的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及断面收缩率，可用于制造集装箱角件中。

Description

一种高强度金属合金以及其制成的角件

技术领域

本发明涉及合金材料，特别涉及集装箱角件。 

背景技术

角件作为集装箱上最重要的部件，承担着集装箱的承载、运输、起吊、堆码任务，具有良好的机械性能。随着集装箱用途的不断拓广，越来越多的高要求、特殊用途集装箱也应运而生。有的客户要求承载要达到最低50吨，用于高速行使火车上的集装箱等等，都对集装箱有特殊的强度、耐冲击性等要求。传统的角件只能达到30吨的承载要求，已经无法满足这些要求。 

传统集装箱角件技术条件的试验方法如下： 

根据ISO1161《系列1集装箱----角件技术条件的试验方法》规定

1、集装箱角件的成分牌号为SCW480，详细成分要求见下表：

C

Mn

Si

S

P

Cr

Ni

Mo

≤0.22

0.9-1.5

≤0.5

≤0.035

≤0.035

≤0.25

≤0.3

≤0.08

2、集装箱角件的力学性能要求

由于传统集装箱只能承载30吨，客户要求能承载50吨，对应到集装箱角件要具有比传统集装箱具有更高的机械性能要求。由于客户的要求超出了ISO1161《集装箱角件技术条件和试验方法》中的要求，按传统SCW480成分的产品无法满足客户的要求，因此需要寻找性能更强的材料。因为集装箱需要高承载，因此新材料必须具备高抗拉强度，高屈服强度。由于是有的集装箱用于铁路运输，在运输过程中不停受到冲击，尤其是中国北方或俄罗斯的铁路箱，更是需要有良好的低温冲击性能，同时要保证新材料的延伸率、断面收缩率。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度金属合金以及其制成的角件，其可用于制造高强度集装箱角件，具备高抗拉强度，高屈服强度，且具有良好的低温冲击性能。 

本发明的目的是这样实现的：一种高强度金属合金以及其制成的角件，该合金按重量百分比由以下成分组成：碳、锰、硅、铬、镍、钼，余量为铁，C：0.1-0.22%、Mn：0.6-1.5%、Si：0.2-1.0%、Cr：0-0.6%、Ni：0-0.6%、Mo：0.1-1.0%，其余为Fe和不可避免的微量杂质；该角件由上述合金制成。 

作为本发明的改进，所述合金中的磷和硫的含量均小于等于0.035%。 

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过配备特定含量的碳、锰、硅、铬、镍、钼、作为冶炼的添加剂，使得本合金以及其制成的集装箱角件具有高抗拉强度、高屈服强度和较好的低温冲击性能。所述合金元素化学成分的设计以及含量范围的设定依据如下： 

1、碳（C）：碳元素可以提高钢的强度，但是影响产品的低温冲击性能，必须严格控制在一个两者兼顾的范围内，控制原材料的碳含量，在生产过程中可以通过增碳剂适时调整碳的含量；本发明中将碳含量控制在0.1-0.22%。

2、锰（Mn）：锰在低含量范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性，但是锰含量过高就影响材料的冲击韧性，所以在此新产品中要严格控制Mn的含量，以锰铁合金的形式加入到钢水中，要同时控制碳含量的由铁合金加入到钢水中，因此锰铁采用低碳锰铁或微碳锰铁，在钢水出水前加入到钢水中，减少锰的烧损；本发明中将锰含量控制在0.6-1.5%。 

3、硅(Si)：在铸钢中以固溶体的形态存在于铁素体和奥式体中，起着固溶强化和冷加工变形硬化的作用。硅能显著提高钢的弹性极限、屈服强度、抗拉强度及屈强比、疲劳强度及疲劳比。但过高的硅含量，将降低韧性、增加脆性；本发明中将硅含量控制在0.2-1.0%。 

4、铬（Cr）：在低合金范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性；降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性；以铬铁合金的形式加入到钢水中，在钢水出水前加入到钢水中，减少铬的烧损（由于Cr元素的加入，能大幅提高材料的强度，但是同时降低塑性和韧性，需加入Mo和Ni进行调整，以降低工Cr元素对钢性能的有害影响）；本发明中将铬含量控制在0-0.6%。 

5、钼（Mo）：强化铁素体，提高钢的强度和硬度；降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性，提高钢的耐热性和高温强度。熔炼时以钼铁合金的形式加入到钢水中，在钢水出水前加入到钢水中，减少铬的烧损；本发明中将钼含量控制在0.1-1.0%。 

6、镍(Ni)：提高钢的强度，而不降低其塑性，改善钢的低温韧性 ；降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性；扩大奥氏体区，是奥氏体化的有效元素；本身具有一定耐蚀性，对一些还原性酸类有良好的耐蚀能力。 镍元素以纯镍形式加入到钢水中，由于镍烧损比较小，可以熔炼前直接加入中频炉中；本发明中将镍含量控制在0-0.6%。 

7、磷(P)和硫(S)：磷和硫是随炉料或在合金化过程中混入的，是有害元素，应尽可能降低其含量，本发明中将其含量控制在0.035%以下。 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的描述： 

实施例1

一种高强度金属合金，其化学成分包括由按重量百分比的以下成分：C：0.1%、Mn：0.6%、Si：0.2%、Cr：0%、Ni：0%、Mo：0.1%、S：0.035%、P：0.035%，其余为Fe和不可避免的微量杂质。

合金使用原料为：低碳废钢（铁元素）、锰铁（含锰75%）、硅铁（含硅75%）、铬铁（含铬60%）、钼铁（含钼60%）、纯镍。 

合金熔炼顺序为：首先加入低碳废钢开始熔炼，待熔化后，取样作化学成分分析，根据炉前清样化验结果计算并称量镍，铬铁，钼铁，锰铁，硅铁烘烤后加入到钢水中；待铁合金全部熔解并分布均匀后取样进行炉后，加聚渣剂造一次渣，然后取炉前样送化验室进行化学成分分析，待铁合金充分熔炼均匀分布以后，加入聚渣剂进行造渣，取炉后样。根据分析结果决定是否继续加入合金再进行调整，直至成分完全达到要求为止；成分合格以后，中频炉加大功率，插入式热电偶，测量钢水温度在1620-l680℃达到出水温度，然后进行脱氧、出炉、浇注；最后出炉浇注成集装箱角件。 

按照ISO1161的要求，在角件的主孔面大边和角件主孔和端孔中间部位切下来作为试验的本体，角件主孔面大边部位做成拉伸试棒，角件主孔与端孔中间部位做成冲击试样做试验，结果如下： 

抗拉强度：650Mpa，屈服强度：478 Mpa，延伸率21%，断面收缩率50%，零下40度时的冲击功AKv：28J。

实施例2 

与实施例1的区别在于：C：0.15%、Mn：0.8%、Si：0.4%、Cr：0.2%、Ni：0.2%、Mo：0.3%、S：0.031%、P：0.03%；按同样的实验方法，结果如下：

抗拉强度：680Mpa，屈服强度：500 Mpa，延伸率22%，断面收缩率51%，零下40度时的冲击功AKv：34J。

实施例3 

与实施例1的区别在于：C：0.18%、Mn：1.0%、Si：0.6%、Cr：0.3%、Ni：0.3%、Mo：0.4%、S：0.024%、P：0.023%；按同样的实验方法，结果如下：

抗拉强度：750Mpa，屈服强度：520 Mpa，延伸率20%，断面收缩率46%，零下40度时的冲击功AKv：25J。

实施例4 

与实施例1的区别在于：C：0.2%、Mn：1.2%、Si：0.8%、Cr：0.22%、Ni：0.2%、Mo：0.8%、S：0.029%、P：0.025%；按同样的实验方法，结果如下：

抗拉强度：820Mpa，屈服强度：514Mpa，延伸率20%，断面收缩率47%，零下40度时的冲击功AKv：27J。

实施例5 

与实施例1的区别在于：C：0.22%、Mn：1.5%、Si：1.0%、Cr：0.2%、Ni：0.6%、Mo：1.0%、S：0.035%、P：0.035%；按同样的实验方法，结果如下：

抗拉强度：670MPa，屈服强度：470MPa，延伸率21%，断面收缩率50%，零下40度时的冲击功AKv：38J。

经过多次生产试验，确定本合金制成的高强度集装箱角件的成分范围为： 

C

Mn

Si

Cr

Ni

Mo

S

P

0.1-0.22

0.6-1.5

0.2-1.0

≤0.6

≤0.6

0.1-1.0

≤0.035

≤0.035

用本发明中的合金做成的产品，经过适当的热处理可以达到非常理想的性能。按照ISO1161的要求，在角件的主孔面大边和角件主孔和端孔中间部位切下来作为试验的本体。实验结果如下：

经过多次测试确定本发明中角件的机械性能范围如下： 

该角件的机械性能相对于现有技术中的角件的机械性能得到了提升，从而提高了角件的承重能力，以适合更大承重量需求的场合。 

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。 

Claims (3)

1. 一种高强度金属合金，其特征在于，合金按重量百分比由以下成分组成：碳、锰、硅、铬、镍、钼，余量为铁，C：0.1-0.22%、Mn：0.6-1.5%、Si：0.2-1%、Cr：0-0.6%、Ni：0-0.6%、Mo：0.1-1.0%，其余为Fe和不可避免的微量杂质。

2. 根据权利要求1所述的一种高强度金属合金，其特征在于，所述合金中的磷和硫的含量均小于等于0.035%。

3. 一种集装箱角件，其特征在于，该角件由权利要求1或2所述的一种高强度金属合金制成。