CN105908076B - 一种低合金高强韧铸钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低合金高强韧铸钢及其制备方法。该铸钢化学成分中各元素的重量百分比（wt %）为：0.3%‑0.4%C，0.6%‑1.4%Si，0.8%‑1.3%Mn，0.6%‑1.4%Cr，0.03%‑0.1%RE，0.1%‑0.4%Mo，0.06%‑0.15%V，S≤0.03%、P≤0.03%，余量为Fe。该成分钢在铸造过程中经稀土钙复合变质处理和浇注成型后进行适当工艺的调质处理，其强度较高，冲击韧性与塑性很好，综合力学性能好，能够满足工程与结构用低合金钢铸件日益提高的性能要求。

Description

一种低合金高强韧铸钢及其制备方法

技术领域

本发明属于铸钢材料技术领域，具体涉及一种低合金高强韧（低合金、高强度、高韧性、高塑性）铸钢及其制备方法。

背景技术

20世纪中期，高强高韧铸钢就作为一项重大成果在材料科学界崭露头角，并以其卓越的高强度和优良的综合性能迅速成为航空航天、工程机械与铁路机车以及汽车上重要零部件等领域的主要承力构件的首选材料。近年来，随着先进炼钢方法的采用和先进铸造技术的发展，以及通过合金化途径提高铸钢的强韧性水平的研究取得了很大的进展，使生产超高强度铸钢得以实现。

对于铸造合金钢，国外有能达到1000（抗拉强度，MPa）-30J（冲击韧性）-10（伸长率，%）的牌号，但是这些铸钢中都含有Mo、V或Ni这些贵重金属，且其总量都超过了1%。我国低合金铸钢现行的国家标准（GBT 14408-2014）中高级别铸钢牌号为：1450-18J-4、1240-22J-5和830-18J-10等，强度、韧性及塑性指标同时达到1200-30J-10的牌号没有。目前，能够满足强度、韧性及塑性标准（1200-30J-10）的铸钢尚未见报道。

发明内容

针对工程与结构用低合金钢铸件日益提高的性能要求，本发明提供一种低合金、高强度、高韧性、高塑性铸钢及其制备方法。

本发明提供的一种低合金高强韧铸钢，化学成分中各元素的重量百分比（wt%）为：0.3%-0.4%C，0.6%-1.4%Si，0.8%-1.3%Mn，0.6%-1.4%Cr，0.03%-0.1%RE，0.1%-0.4%Mo，0.06%-0.15%V，S、P≤0.03%，余量为Fe。

所述的低合金高强韧铸钢，其化学成分中各元素的重量百分比优化为：0.32%-0.38%C，0.7%-0.9%%Si，1.0%-1.2%Mn，0.7%-0.9%Cr，0.04%-0.08%RE，0.15%-0.2%Mo，0.08%-0.1%V，S、P≤0.03%，余量为Fe。

本发明公开的低合金高强韧铸钢的制备包含如下具体步骤：

（1）将炉料加入熔炼炉进行熔炼，温度控制在1600~1650℃之间，通过取钢液浇注试样测试其炉前成分并对其成分进行调整；

（2）待钢液温度下降到1550℃~1570℃时，将其浇入铸型，待铸件冷却到室温后，将铸件取出，进行如下热处理：

1）将铸件加热至920℃~940℃，保温2～3个小时，使其充分奥氏体化，然后淬火至室温；

2）再将铸件加热至590℃~610℃，保温2～3个小时，进行回火处理，然后空冷至室温。

上述步骤（2）1）中将铸件加热至920℃~940℃是符合合金钢的奥氏体化温度可到Ac₃以上50～100℃的一般热处理规范，以使合金元素完全固溶于奥氏体中。

对于结构件用低合金高强铸钢，传统的热处理工艺通常采用的是正火、淬火加回火。为了降低生产成本和缩短制造周期，本发明针对所公开的一种低合金高强韧铸钢的处理工艺中不采用正火，只进行淬火和回火。

本发明公开的低合金高强韧铸钢经过相应的热处理以后，其抗拉强度、屈服强度、伸长率、强塑积与冲击吸收能均分别不低于1200 MPa、1100 MPa、12%、16000 MPa•%与33 J，相比于现有的铸钢，该铸钢具有更好的综合力学性能。

附图说明

图1是实施例1铸钢典型金相组织；

图2 是实施例1铸钢典型组织扫描电镜图；

图3是实施例1铸钢典型拉伸断口形貌；

图4是实施例1铸钢典型冲击断口形貌。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合具体实施实例作进一步详细说明。

实施例1

一种高强塑铸钢，其化学成分中各元素的重量百分比为：0.352%C，0.814%Si，1.128%Mn，0.674%Cr，0.066%Ce，0.172%Mo，0.093%V，0.020%S，0.023%P，余量为Fe。

熔炼时，所用设备为150kg工频炉，熔炼炉温控制在1600~1650℃之间；熔炼使用的材料是废钢以及硅铁、锰铁、铬铁、稀土硅铁、钼铁、钒铁和硅钙等；熔炼过程中，取试样通过直读光谱仪测试炉前成分，根据需要向炉内添加硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁和增碳剂；稀土硅铁和硅钙采用冲入法添加；待钢液温度下降到1560℃左右时，将其浇入陶瓷型壳铸成基尔试块；

待铸型冷却到室温后，将基尔试块取出，切割下试样并放入电阻炉中，将其加热到930℃并保温2小时后水淬只室温；随后将试样再放入电阻炉中加热至600℃并保温2小时，最后空冷至室温。

实施例1铸钢组织的金相图、扫描电镜图和断口形貌分别见图1、图2与图3。

实施例1铸钢的力学性能见上表1。

实施例2

一种高强塑铸钢，其化学成分中各元素的重量百分比为：0.366%C，0.76%Si，1.001%Mn，0.728%Cr，0.041%Ce，0.181%Mo，0.089%V，0.009%S，0.018%P，余量为Fe。

铸钢的熔炼和热处理同实施例1。

表2 实施例2铸钢的力学性能

实施例2铸钢的力学性能见上表2。

实施例3

一种高强塑铸钢，其化学成分中各元素的重量百分比为：0.333%C，0.907%Si，1.137%Mn，0.747%Cr，0.054%Ce，0.195%Mo，0.102%V，0.019%S，0.027%P，余量为Fe。

铸钢的熔炼和热处理同实施例1。

实施例3铸钢的力学性能见上表3。

本发明中，化学元素的中文名称如下：

C：碳；Si：硅；Mn：锰；Cr：铬；RE：稀土元素：Mo：钼；V：钒；S：硫；P：磷；Fe：铁。

Claims (1)

1.一种低合金高强韧铸钢的制备方法，涉及的一种低合金高强韧铸钢的各元素的重量百分比为：0.32%-0.38%C，0.7%-0.9%%Si，1.0%-1.2%Mn，0.7%-0.9%Cr，0.04%-0.08%RE，0.15%-0.2%Mo，0.08%-0.1%V，S≤0.03%，P≤0.03%，余量为Fe；包含如下具体步骤：

（1）将炉料加入熔炼炉进行熔炼，温度控制在1600~1650℃之间，通过取钢液浇注试样测试其炉前成分并对其成分进行调整；

（2）待钢液温度下降到1550℃~1570℃时，将其浇入铸型，待铸件冷却到室温后，将铸件取出，进行如下热处理：

1）将铸件加热至920℃~940℃，保温2～3个小时，使其充分奥氏体化，然后淬火至室温；

2）再将铸件加热至590℃~610℃，保温2～3个小时，进行回火处理，然后空冷至室温。