CN104032227A - 一种低碳合金铸钢桥壳及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了这样一种低碳合金铸钢桥壳及其制造方法，先将重量份为10的低碳钢回炉料投入到炉中熔炼成钢水，再投入重量份为55的低碳钢回炉料和重量份为30的低碳废钢，待炉料熔化后，第一次加入除渣剂排渣，再加重量份为0.42的铬铁、重量份为0.33的钼铁、重量份为0.14的钒铁，待炉料熔化后，再投入重量份为0.93的生铁、重量份为0.6的中碳锰铁、重量份为0.6的硅铁熔化后，第二次加入除渣剂排渣；将熔炼温度升高至1640℃-1650℃后出钢，出钢前将0.03-0.04份的硅钡铝合金投入中频炉中预脱氧，然后将0.1-0.12份的铝线投入钢水包内进行终脱氧，并停止加热，最后向钢水包内冲入钢水，进行浇注，浇注前先向钢水包中第三次投入除渣剂排渣；然后对铸件进行热处理，热处理为调质处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种低碳合金铸钢桥壳，本发明还涉及一种低碳合金铸钢桥壳的制造方法。
背景技术
纵观国内外中重型载重汽车桥壳，其结构分为整体式和可分式，而整体式又分为整体铸造式、钢板冲压焊接式和钢管扩张式，其中整体铸造式所用的材质一般为QT500-7、ZG310-570、ZG270-500、ZG25Mn、ZG40Cr、日本JIS G5102(1991)标准中的SCW550等，较适用于在路况较好的情况下使用，但较不适合在路况条件恶劣的情况下使用，尤其较不适用于矿区运输，易造成汽车桥壳体前期失效；又由于，随着用户对整车舒适性和安全性要求的进一步提高，桥壳与整车的连接机构发生了较大变化，不纯粹是板簧处承重的联接要求，还要有空气悬挂、避振机构、悬架系统等机构的联接接口，而此联接接口机构形状复杂，强度要求高，连铸在桥壳上较困难，所以一般采用焊接在桥壳上，因此，对桥壳的焊接性要求较高，同时，面对油价不断攀升和国家对节能降耗的不断强化要求，各汽车厂均在零部件轻量化方面下大力气研究和实施，而桥壳作为重要零部件，是重要的轻量化对象，而要在保证性能的前提下要进行轻量化减重，其中有效的手段是提高材料的性能。中国专利CN102212755B公开了这样一种低合金铸钢及其在重型载货汽车桥壳中的应用及所用原料和加工工艺，它包括C：0.23-0.33％，Si：0.50-1.00％，Mn：0.90-1.40％，Cr：0.10-0.25％，Mo：0.10-0.25％，V：0.20-0.25％，P≤0.04％，S≤0.04％，残余元素含量≤0.20％，其余为Fe；其金相组织为铁素体和珠光体组织，晶粒度为5-8级，其力学性能为抗拉强度≥640Mpa,屈服强度≥368Mpa，断后伸长率≥18.5%，虽抗拉强度和屈服强度较高，但该材料存在碳当量较高，焊接性能较差且机械性能较低等不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度、高韧性，并具有良好的常温、低温冲击韧性和焊接性能，适用于承载量大、路况差的低碳合金铸钢桥壳及其制造方法。
为达到上述目的，本发明一种低碳合金铸钢桥壳，它是由下列各元素的质量百分含量所组成的：碳0.18-0.24,硅0.35-0.60,锰1.05-1.35,磷≤0.030,硫≤0.035，铬0.20-0.30,钼0.15-0.25，钒0.05-0.10,镍 ≤0.05，铜≤0.05，铝0.035-0.080，其余为铁，金相组织为回火索氏体+铁素体。
一种上述低碳合金铸钢桥壳，是由如下重量份数的原料组成：低碳钢回炉料64-67份，低碳废钢30-33份，铬铁0.40-0.45份，钼铁0.32-0.34份，钒铁0.13-0.15份，生铁0.90-1.00份，中碳锰铁0.5-0.7份，硅铁0.5-0.7份，硅钡铝合金0.03-0.04份，铝线0.1-0.12份，其中，低碳钢回炉料的含铁质量百分含量≥98%，低碳废钢的含铁质量百分含量≥98%，铬铁为GB/T 5683-2008标准中的FeCr55C0.25，钼铁为GB/T 3649-2008标准中的FeMo60-A，钒铁为GB/T 4139-2004标准中的FeV50-A，生铁为GB/T 718-2005标准中的Z18，中碳锰铁为GB/T 3795-2006标准中的FeMn78C2.0，硅铁为GB/T 2272-2009标准中的FeSi75Al0.5-B，硅钡铝合金为YB/T 066-2008标准中的FeAl30Ba6Si20。
一种低碳合金铸钢桥壳的制造方法，包括铸造和热处理过程，所述铸造过程包括以下步骤：
⑴.先将重量份为10的低碳钢回炉料投入到中频炉中熔炼成钢水，再投入重量份为55的低碳钢回炉料和重量份为30的低碳废钢，待炉料熔化后，第一次加入除渣剂排渣，再加重量份为0.42的铬铁、重量份为0.33的钼铁、重量份为0.14的钒铁，待炉料熔化后，再投入重量份为0.93的生铁、重量份为0.6的中碳锰铁、重量份为0.6的硅铁熔化后，第二次加入除渣剂排渣；
⑵.将熔炼温度升高至1640℃-1650℃后出钢，出钢前1分钟将0.03-0.04份的硅钡铝合金投入中频炉中预脱氧，然后将0.1-0.12份的铝线投入钢水包内进行终脱氧，并停止中频加热，最后向钢水包内冲入钢水，进行浇注，浇注前先向钢水包中第三次投入除渣剂排渣；
所述热处理过程为调质处理：
①淬火处理：先关闭炉门并将空炉升温至920℃，打开炉门吊进已浇注成型的桥壳体，关闭炉门先连续注入甲醇，待炉内温度恢复至840℃时连续注入航空煤油，在炉内温度继续升高至910-930℃温度下，炉内碳势保护气氛达到0.22%时，桥壳体在炉内保温3小时，然后炉内温度降低至870-890℃温度，再保温25分钟后，停止注入甲醇和航空煤油，打开炉门吊出桥壳体，将整件桥壳体浸入至5%-8%的有机淬火液中冷却15分钟以上，并不断搅拌淬火液，然后吊出桥壳体；
②回火：将淬火后的桥壳体置于温度在660-680℃的电阻炉内，保温3小时，然后将整件桥壳体浸入到5%-8%的有机淬火液中冷却15分钟以上，并不断搅拌淬火液，然后吊出桥壳体；
桥壳体调质完成后，经15分钟抛丸处理。
在所述第二次加入除渣剂排渣后，从中频炉内钢水中取样分析，待钢水样品分析结果出来后，根据上述要求添加和调整合金含量，并进行第二次化学成份分析，第三次化学成份光谱分析过程时间小于5分钟。
所述浇注温度为1560℃-1590℃。
从出钢水至铸件浇注完的总时间小于10分钟。
所述甲醇含量为≥95.5%。
所述淬火液温度为≤55℃。
所述淬火处理与回火处理的间隔时间小于4小时。
所述桥壳体经调质处理后金相组织为回火索氏体，表面无贝氏体，脱碳层深度≤0.32mm。
本发明的有益效果是：
1.在不增加工程车辆桥壳壁厚和截面比例的情况下，提升桥壳体的强度和韧性，从而提高工程车辆的载重量，延长桥壳体的使用寿命。
2.在同等承载量的情况下，由于材料机械性能的提高，可起到轻量化的目的，同时桥壳铸件厚度适当减薄，其铸造的热节减少，铸造的缩孔缩松现象可大为减少。
3.桥壳体碳当量CE≤0.53%具有优良的焊接性能。可不通过特殊的处理就能施焊。
4.常温和低温抗冲击性能高，桥壳体尤其适合于在路况恶劣的矿区，也可适合于高寒地区使用。
5.制造方法（包括铸造和热处理过程）简单，便于熔炼钢水控制化学成份，能够具有稳定的金相组织，产品不会出现气孔、裂纹等缺陷，从而稳定产品的内在质量，保证桥壳体的使用寿命。
6.由于桥壳表面硬度在187-240HB，机加工时无需增加成本，便于加工。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种低碳合金铸钢桥壳的制造方法，包括铸造和热处理过程，所述铸造过程包括以下步骤：
⑴.先将重量份为10的低碳钢回炉料投入到中频炉中熔炼成钢水，再投入重量份为55的低碳钢回炉料和重量份为30的低碳废钢，待炉料熔化后，第一次加入除渣剂排渣，再加重量份为0.42的铬铁、重量份为0.33的钼铁、重量份为0.14的钒铁，待炉料熔化后，再投入重量份为0.93的生铁、重量份为0.6的中碳锰铁、重量份为0.6的硅铁熔化后，第二次加入除渣剂排渣，在所述第一次加入除渣剂排渣后，从中频炉内钢水中取样分析，待钢水样品分析结果出来后，根据上述要求添加和调整合金含量，并进行第二次化学成份分析，第二次化学成份光谱分析过程时间小于5分钟；
⑵.将熔炼温度升高至1640℃-1650℃后出钢，出钢前1分钟将0.03-0.04份的硅钡铝合金投入中频炉中预脱氧，然后将0.1-0.12份的铝线投入钢水包内进行终脱氧，并停止中频加热，最后向钢水包内冲入钢水，进行浇注，浇注前先向钢水包中第三次投入除渣剂排渣，浇注温度为1560℃-1590℃，从出钢水至铸件浇注完的总时间小于10分钟；
所述热处理过程为调质处理：
①淬火处理：先关闭炉门并将空炉升温至920℃，打开炉门吊进已浇注成型的桥壳体，关闭炉门先连续注入含量为≥95.5%的甲醇，待炉内温度恢复至840℃时连续注入航空煤油，在炉内温度继续升高至910-930℃温度下，炉内碳势保护气氛达到0.22%时，桥壳体在炉内保温3小时，然后炉内温度降低至870-890℃温度，再保温25分钟后，停止注入甲醇和航空煤油，打开炉门吊出桥壳体，将整件桥壳体浸入至5%-8%的有机淬火液中冷却15分钟以上，并不断搅拌淬火液，淬火液温度为≤55℃，然后吊出桥壳体；
②回火：将淬火后的桥壳体置于温度在660-680℃的电阻炉内，保温3小时，然后将整件桥壳体浸入到5%-8%的有机淬火液中冷却15分钟以上，并不断搅拌淬火液，然后吊出桥壳体，淬火处理与回火处理的间隔时间小于4小时；
桥壳体调质完成后，经15分钟抛丸处理。
所述桥壳体经调质处理后金相组织为回火索氏体，表面无贝氏体，脱碳层深度≤0.32mm。
其中，所用原料按重量份计，为：低碳钢回炉料64-67份，低碳废钢30-33份，铬铁0.40-0.45份，钼铁0.32-0.34份，钒铁0.13-0.15份，生铁0.90-1.00份，中碳锰铁0.5-0.7份，硅铁0.5-0.7份，硅钡铝合金0.03-0.04份，铝线0.1-0.12份，其中，低碳钢回炉料的含铁质量百分含量≥98%，低碳废钢的含铁质量百分含量≥98%，铬铁为GB/T 5683-2008标准中的FeCr55C0.25，钼铁为GB/T 3649-2008标准中的FeMo60-A，钒铁为GB/T 4139-2004标准中的FeV50-A，生铁为GB/T 718-2005标准中的Z18，中碳锰铁为GB/T 3795-2006标准中的FeMn78C2.0，硅铁为GB/T 2272-2009标准中的FeSi75Al0.5-B，硅钡铝合金为YB/T 066-2008标准中的FeAl30Ba6Si20。
所得低碳合金铸钢桥壳中以下各元素的质量百分含量分别为：碳0.22％,硅0.40％,锰1.07％,磷0.024％,硫0.016％，铬0.22％,钼0.16％，钒0.06％,镍0.024％，铜0.039％，铝0.052％，其余为铁。
经检测，其机械性能为抗拉强度718Mpa，屈服强度609Mpa，断后伸长率23.5%，断面收缩率52%，V型缺口冲击试验（-20℃）冲击吸收功为36.44J。桥壳体表面无完全脱碳层，部分脱碳层深度为0.16mm，金相组织为回火索氏体+铁素体，表面无贝氏体，晶粒度8级，碳当量CE=0.491%。由此可见，本实施例的材料机械性能远远超过发明目标。
有机淬火液为THIF-502水溶性有机淬火剂，供应商是烟台恒鑫化工科技有限公司。
实施例2
利用实施例1中的工艺所得低碳合金铸钢桥壳中以下各元素的质量百分含量分别为：碳0.18％,硅0.35％,锰1.05％,磷0.025％,硫0.023％，铬0.30％,钼0.25％，钒0.10％,镍0.05％，铜0.05％，铝0.080％，其余为铁。
经检测，其机械性能为抗拉强度725Mpa，屈服强度618Mpa，断后伸长率23%，断面收缩率48.5%，V型缺口冲击试验（-20℃）冲击吸收功为35.67J。桥壳体表面无完全脱碳层，部分脱碳层深度为0.15mm，金相组织为回火索氏体+铁素体，表面无贝氏体，晶粒度8级，碳当量CE=0.514%。由此可见，实施例的材料机械性能远远超过发明目标。
其余同实施例1。
实施例3
利用实施例1中的工艺所得低碳合金铸钢桥壳中以下各元素的质量百分含量分别为：碳0.24％,硅0.60％,锰1.35％,磷0.030％,硫0.035％，铬0.20％,钼0.15％，钒0.05％,镍0.024％，铜0.026％，铝0.035％，其余为铁。
经检测，其机械性能为抗拉强度720Mpa，屈服强度612Mpa，断后伸长率23.2%，断面收缩率50%，V型缺口冲击试验（-20℃）冲击吸收功为35.98J。桥壳体表面无完全脱碳层，部分脱碳层深度为0.14mm，金相组织为回火索氏体+铁素体，表面无贝氏体，晶粒度8级，碳当量CE=0.509%。由此可见，实施例的材料机械性能远远超过发明目标。
其余同实施例1。
Claims (10)
1.一种低碳合金铸钢桥壳，其特征在于它是由下列各元素的质量百分含量所组成的：碳0.18-0.24,硅0.35-0.60,锰1.05-1.35,磷≤0.030,硫≤0.035，铬0.20-0.30,钼0.15-0.25，钒0.05-0.10,镍 ≤0.05，铜≤0.05，铝0.035-0.080，其余为铁，金相组织为回火索氏体+铁素体。
2.根据权利要求1所述的一种低碳合金铸钢桥壳，其特征在于是由如下重量份数的原料组成：低碳钢回炉料64-67份，低碳废钢30-33份，铬铁0.40-0.45份，钼铁0.32-0.34份，钒铁0.13-0.15份，生铁0.90-1.00份，中碳锰铁0.5-0.7份，硅铁0.5-0.7份，硅钡铝合金0.03-0.04份，铝线0.1-0.12份，其中，低碳钢回炉料的含铁质量百分含量≥98%，低碳废钢的含铁质量百分含量≥98%，铬铁为GB/T 5683-2008标准中的FeCr55C0.25，钼铁为GB/T 3649-2008标准中的FeMo60-A，钒铁为GB/T 4139-2004标准中的FeV50-A，生铁为GB/T 718-2005标准中的Z18，中碳锰铁为GB/T 3795-2006标准中的FeMn78C2.0，硅铁为GB/T 2272-2009标准中的FeSi75Al0.5-B，硅钡铝合金为YB/T 066-2008标准中的FeAl30Ba6Si20。
3.一种低碳合金铸钢桥壳的制造方法，其特征在于所述制造方法包括铸造和热处理过程，所述铸造过程包括以下步骤：
⑴.先将重量份为10的低碳钢回炉料投入到中频炉中熔炼成钢水，再投入重量份为55的低碳钢回炉料和重量份为30的低碳废钢，待炉料熔化后，第一次加入除渣剂排渣，再加重量份为0.42的铬铁、重量份为0.33的钼铁、重量份为0.14的钒铁，待炉料熔化后，再投入重量份为0.93的生铁、重量份为0.6的中碳锰铁、重量份为0.6的硅铁熔化后，第二次加入除渣剂排渣；
⑵.将熔炼温度升高至1640℃-1650℃后出钢，出钢前1分钟将0.03-0.04份的硅钡铝合金投入中频炉中预脱氧，然后将0.1-0.12份的铝线投入钢水包内进行终脱氧，并停止中频加热，最后向钢水包内冲入钢水，进行浇注，浇注前先向钢水包中第三次投入除渣剂排渣；
所述热处理过程为调质处理：
①淬火处理：先关闭炉门并将空炉升温至920℃，打开炉门吊进已浇注成型的桥壳体，关闭炉门先连续注入甲醇，待炉内温度恢复至840℃时连续注入航空煤油，在炉内温度继续升高至910-930℃温度下，炉内碳势保护气氛达到0.22%时，桥壳体在炉内保温3小时，然后炉内温度降低至870-890℃温度，再保温25分钟后，停止注入甲醇和航空煤油，打开炉门吊出桥壳体，将整件桥壳体浸入至5%-8%的有机淬火液中冷却15分钟以上，并不断搅拌淬火液，然后吊出桥壳体；
②回火：将淬火后的桥壳体置于温度在660-680℃的电阻炉内，保温3小时，然后将整件桥壳体浸入到5%-8%的有机淬火液中冷却15分钟以上，并不断搅拌淬火液，然后吊出桥壳体；
桥壳体调质完成后，经15分钟抛丸处理。
4.根据权利要求3所述的一种低碳合金铸钢桥壳的制造方法，其特征在于：在所述第一次加入除渣剂排渣后，从中频炉内钢水中取样分析，待钢水样品分析结果出来后，根据上述要求添加和调整合金含量，并进行第二次化学成份分析，第二次化学成份光谱分析过程时间小于5分钟。
5.根据权利要求3所述的一种低碳合金铸钢桥壳的制造方法，其特征在于：所述浇注温度为1560℃-1590℃。
6.根据权利要求3所述的一种低碳合金铸钢桥壳的制造方法，其特征在于：从出钢水至铸件浇注完的总时间小于10分钟。
7.根据权利要求3所述的一种低碳合金铸钢桥壳的制造方法，其特征在于：所述甲醇含量为≥95.5%。
8.根据权利要求3所述的一种低碳合金铸钢桥壳的制造方法，其特征在于：所述淬火液温度为≤55℃。
9.根据权利要求3所述的一种低碳合金铸钢桥壳的制造方法，其特征在于：所述淬火处理与回火处理的间隔时间小于4小时。
10.根据权利要求3所述的一种低碳合金铸钢桥壳的制造方法，其特征在于：所述桥壳体经调质处理后金相组织为回火索氏体，表面无贝氏体，脱碳层深度≤0.32mm。
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