CN107099751A - 一种高强度高韧性钢铁及其铸造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度高韧性钢铁，由以下百分含量的化学成分组成：碳1.8‑2.4％、硅0.8‑2％、锰0.5‑1％、铜0.1‑0.15％、铬5‑8％、钐0.04‑0.12％、钛0.5‑1％、钼0.08‑0.14％、钨0.1‑0.2％、钙0.4‑0.6％、钒0.48‑0.52％、P≤0.03％、S≤0.01％、余量为铁及其他杂质元素；本发明所得钢铁硬度大、拉抗强度高、耐磨、组织稳定性强，在工件使用过程中不再发生组织转变，有很好的韧性。

Description

一种高强度高韧性钢铁及其铸造工艺
技术领域
本发明涉及钢铁铸造领域，具体涉及一种高强度高韧性钢铁及其铸造工艺。
背景技术
随着工业化进程的加快，废钢作为钢铁工业的主要原料之一，回收利用是钢铁工业循环经济的重要内容，同时也是我国经济与社会可持续发展的必要选择。生活处处离不开钢铁，比如汽车、电视、空调、机械部件、电脑部件等都需要钢铁材料。
在中国公开的专利申请CN103952622A中针对获得一种钒钛铁素体球墨铸铁汽车轮毂及其制备方法，采用步骤为熔炼原铁水、铸形准备、铁水球化、孕育处理、浇注铸件，该发明所得轮毂具有高韧性、高强度的优点。在中国公开的专利申请CN102191422B中针对一种Fe2B块体钢铁基复合材料制备方法，该发明将预制备Fe2B固定在铸模的地面或侧面，将钢液熔清后浇入铸膜进行浇铸，浇铸后保温7-9小时脱模，该发明制备的钢铁具有耐磨性能和耐腐蚀性能。
目前现有技术在一定程度上提高了耐磨性能和耐腐蚀性能，但是在强度和韧性方面还是不够好，不能满足工业生产需求。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提出了一种高强度高韧性钢铁及其铸造工艺。本发明铸造所得钢铁具有高强度、高韧性的优点。
为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：
一种高强度高韧性钢铁，由以下百分含量的化学成分组成碳1.8-2.4％、硅0.8-2％、锰0.5-1％、铜0.1-0.15％、铬5-8％、钐0.04-0.12％、钛0.5-1％、钼0.08-0.14％、钨0.1-0.2％、钙0.4-0.6％、钒0.48-0.52％、P≤0.03％、S≤0.01％、余量为铁及其他杂质元素。
优选的，该高强度高韧性钢铁，由以下百分含量的化学成分组成：碳1.9-2.4％、硅0.9-2％、锰0.55-1％、铜0.11-0.15％、铬6-8％、钐0.05-0.12％、钛0.5-0.8％、钼0.09-0.14％、钨0.12-0.2％、钙0.45-0.6％、钒0.49-0.52％、P≤0.03％、S≤0.01％、余量为铁及其他杂质元素。
优选的，各化学成分通过以下原料进行添加：废钢、锰铁、铜矿石、钛铁、铬铁、钨铁、钒铁、钐铁、二氧化钼、二氧化硅、碳酸钙。
优选的，该高强度高韧性钢铁及其铸造工艺，包括如下几个步骤：
(1)熔炼：将称取的废钢、铜矿石、碳酸钙加入熔炼炉中，加热至熔融，保温10min，然后向其中加入钛铁、铬铁、钨铁、钒铁、钐铁、锰铁、二氧化钼、二氧化硅，继续升温至原料完全融化为铁水，然后调节温度为1700-1800℃，保温10min；
(2)孕育：将高级加硅脱氧孕育剂倒入浇包，然后冲入铁水，机械搅拌5-10min，然后进行成分分析、调整；
(3)除渣：成分分析合格后用喷枪向铁水中喷入适量除渣剂，机械搅拌均匀；
(4)浇铸：将铁水倒入浇铸机内浇铸得到钢铁粗成品；
(5)锻压：用锻压机将钢铁粗成品进行锻压得到毛坯；
(6)淬火：将毛坯放入温度为600-700℃高频淬火机中进行一次淬火，时间为30min，再进行二次淬火，至温度降为200-300℃；
(7)回火：将毛坯放入700-800℃真空环境中一次回火，持续时间为1-2h，再调节温度为500-600℃进行二次回火，持续时间为1-2h，得钢铁成品。
优选的，步骤(2)中搅拌速度为60r/min。
优选的，步骤(3)中除渣剂为珍珠岩砂。
优选的，步骤(4)中锻造温度为800-1200℃。
优选的，步骤(6)中一次淬火降温速度为10℃/s。
采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：铸造钢铁时，锰、钐、钨相互配合作用，能改善钢铁的金相组织、细化晶粒，提高钢铁的综合机械性能，特别是硬度、冲击韧性，增强了钢铁的抗磨能力。CaCO3在900℃左右能受热分解CaO可进行铁水脱硫，降低钢铁中杂质元素S的含量，此外，CaCO3的分解产物还有CO2，高温时随着CO2含量的增加，对铁水具有强烈的扰动作用，促进了各原料之间的接触，反应更加充分。本发明使用的高级加硅脱氧孕育剂具有良好的耐腐蚀性，在加热时形成的硫化钙和硫化锰，可以促进石墨化。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种高强度高韧性钢铁，由以下百分含量的化学成分组成：碳1.8％、硅0.8％、锰0.5％、铜0.1％、铬6％、钐0.04％、钛0.5％、钼0.08％、钨0.1％、钙0.5％、钒0.48％、P≤0.03％、S≤0.01％、余量为铁及其他杂质元素。
各化学成分通过以下原料进行添加：废钢、锰铁、铜矿石、钛铁、铬铁、钨铁、钒铁、钐铁、二氧化钼、二氧化硅、碳酸钙。
一种高强度高韧性钢铁及其铸造工艺，包括如下几个步骤：
(1)熔炼：将称取的废钢、铜矿石、碳酸钙加入熔炼炉中，加热至熔融，保温10min，然后向其中加入钛铁、铬铁、钨铁、钒铁、钐铁、锰铁、二氧化钼、二氧化硅，继续升温至原料完全融化为铁水，然后调节温度为1700℃，保温10min；
(2)孕育：将高级加硅脱氧孕育剂倒入浇包，然后冲入铁水，机械搅拌5min，随后进行成分分析、调整；
(3)除渣：成分分析合格后，用喷枪向铁水中喷入适量除渣剂，机械搅拌均匀；
(4)浇铸：将铁水倒入浇铸机内浇铸得到钢铁粗成品；
(5)锻压：将锻压机内温度调为800℃，将钢铁粗成品进行锻压得到毛坯；
(6)淬火：将毛坯放入温度为600℃高频淬火机中进行一次淬火，时间为30min，再进行二次淬火，至温度降为200℃；
(7)回火：将毛坯放入700℃真空环境中一次回火，持续时间为1h，再调节温度为500℃进行二次回火，持续时间为1h，得钢铁成品。
实施例2：
一种高强度高韧性钢铁，由以下百分含量的化学成分组成：碳2.4％、硅2％、锰1％、铜0.15％、铬8％、钐0.12％、钛1％、钼0.14％、钨0.2％、钙0.4％、钒0.52％、P≤0.03％、S≤0.01％、余量为铁及其他杂质元素。
各化学成分通过以下原料进行添加：废钢、锰铁、铜矿石、钛铁、铬铁、钨铁、钒铁、钐铁、二氧化钼、二氧化硅、碳酸钙。
一种高强度高韧性钢铁及其铸造工艺，包括如下几个步骤：
(1)熔炼：将称取的废钢、铜矿石、碳酸钙加入熔炼炉中，加热至熔融，保温10min，然后向其中加入钛铁、铬铁、钨铁、钒铁、钐铁、锰铁、二氧化钼、二氧化硅，继续升温至原料完全融化为铁水，然后调节温度为1800℃，保温10min；
(2)孕育：将高级加硅脱氧孕育剂倒入浇包，然后冲入铁水，机械搅拌10min，然后进行成分分析、调整；
(3)除渣：成分分析合格后用喷枪向铁水中喷入适量除渣剂，机械搅拌均匀；
(4)浇铸：将铁水倒入浇铸机内浇铸得到钢铁粗成品；
(5)锻压：将锻压机内温度调为1200℃，将钢铁粗成品进行锻压得到毛坯；
(6)淬火：将毛坯放入温度为700℃高频淬火机中进行一次淬火，时间为30min，再进行二次淬火，至温度降为300℃；
(7)回火：将毛坯放入800℃真空环境中一次回火，持续时间为2h，再调节温度为600℃进行二次回火，持续时间为2h，得钢铁成品。
实施例3：
一种高强度高韧性钢铁，由以下百分含量的化学成分组成：碳1.9％、硅0.9％、锰0.55％、铜0.11％、铬7％、钐0.05％、钛0.6％、钼0.09％、钨0.12％、钙0.6％、钒0.49％、P≤0.03％、S≤0.01％、余量为铁及其他杂质元素。
各化学成分通过以下原料进行添加：废钢、锰铁、铜矿石、钛铁、铬铁、钨铁、钒铁、钐铁、二氧化钼、二氧化硅、碳酸钙。
一种高强度高韧性钢铁及其铸造工艺，包括如下几个步骤：
(1)熔炼：将称取的废钢、铜矿石、碳酸钙加入熔炼炉中，加热至熔融，保温10min，然后向其中加入钛铁、铬铁、钨铁、钒铁、钐铁、锰铁、二氧化钼、二氧化硅，继续升温至原料完全融化为铁水，然后调节温度为1720℃，保温10min；
(2)孕育：将高级加硅脱氧孕育剂倒入浇包，然后冲入铁水，机械搅拌6min，然后进行成分分析、调整；
(3)除渣：成分分析合格后用喷枪向铁水中喷入适量除渣剂，机械搅拌均匀；
(4)浇铸：将铁水倒入浇铸机内浇铸得到钢铁粗成品；
(5)锻压：将锻压机内温度调为900℃，将钢铁粗成品进行锻压得到毛坯；
(6)淬火：将毛坯放入温度为620℃高频淬火机中进行一次淬火，时间为30min，再进行二次淬火，至温度降为220℃；
(6)回火：将毛坯放入760℃真空环境中一次回火，持续时间为1.5h，再调节温度为520℃进行二次回火，持续时间为1.5h，得钢铁成品。
实施例4：
一种高强度高韧性钢铁，由如下重量份数原料制成：碳2.0％、硅1.0％、锰0.56％、铜0.12％、铬7.5％、钐0.06％、钛0.7％、钼0.1％、钨0.14％、钙0.45％、钒0.5％、P≤0.03％、S≤0.01％、余量为铁及其他杂质元素。
各化学成分通过以下原料进行添加：废钢、锰铁、铜矿石、钛铁、铬铁、钨铁、钒铁、钐铁、二氧化钼、二氧化硅、碳酸钙。
一种高强度高韧性钢铁及其铸造工艺，包括如下几个步骤：
(1)熔炼：将称取的废钢、铜矿石、碳酸钙加入熔炼炉中，加热至熔融，保温10min，然后向其中加入钛铁、铬铁、钨铁、钒铁、钐铁、锰铁、二氧化钼、二氧化硅，继续升温至原料完全融化为铁水，然后调节温度为1750℃，保温10min；
(2)孕育：将高级加硅脱氧孕育剂倒入浇包，然后冲入铁水，机械搅拌7min，然后进行成分分析、调整；
(3)除渣：成分分析合格后用喷枪向铁水中喷入适量除渣剂，机械搅拌均匀；
(4)浇铸：将铁水倒入浇铸机内浇铸得到钢铁粗成品；
(5)锻压：将锻压机内温度调为1000℃，将钢铁粗成品进行锻压得到毛坯；
(6)淬火：将毛坯放入温度为640℃高频淬火机中进行一次淬火，时间为30min，再进行二次淬火，至温度降为250℃；
(7)回火：将毛坯放入750℃真空环境中一次回火，持续时间为1.6h，再调节温度为550℃进行二次回火，持续时间为1.6h，得钢铁成品。
实施例5：
一种高强度高韧性钢铁，由以下百分含量的化学成分组成：碳2.3％、硅1.9％、锰0.9％、铜0.14％、铬6.5％、钐0.11％、钛0.9％、钼0.13％、钨0.19％、钙0.55％、钒0.51％、P≤0.03％、S≤0.01％、余量为铁及其他杂质元素。
各化学成分通过以下原料进行添加：废钢、锰铁、铜矿石、钛铁、铬铁、钨铁、钒铁、钐铁、二氧化钼、二氧化硅、碳酸钙。
一种高强度高韧性钢铁及其铸造工艺，包括如下几个步骤：
(1)熔炼：将称取的废钢、铜矿石、碳酸钙加入熔炼炉中，加热至熔融，保温10min，然后向其中加入钛铁、铬铁、钨铁、钒铁、钐铁、锰铁、二氧化钼、二氧化硅，继续升温至原料完全融化为铁水，然后调节温度为1780℃，保温10min；
(2)孕育：将高级加硅脱氧孕育剂倒入浇包，然后冲入铁水，机械搅拌9min，然后进行成分分析、调整；
(3)除渣：成分分析合格后用喷枪向铁水中喷入适量除渣剂，机械搅拌均匀；
(4)浇铸：将铁水倒入浇铸机内浇铸得到钢铁粗成品；
(5)将锻压机内温度调为720℃，将钢铁粗成品进行锻压得到毛坯；
(6)淬火：将毛坯放入温度为680℃高频淬火机中进行一次淬火，时间为30min，再进行二次淬火，至温度降为280℃；
(7)回火：将毛坯放入1100℃真空环境中一次回火，持续时间为1.8h，再调节温度为580℃进行二次回火，持续时间为1.8h，得钢铁成品。
将本发明实施例中的高强度高韧性钢铁与市场中常见的钢铁进行性能测试，其测试结果如下：
其中强度测试采用HS600千牛顿万能试验机检测；硬度采用HB-3000B-I布氏硬度剂检验3点，取平均值；耐磨性能测试为在相同击打条件下失去同等重量所需时间。
由上表可以看出，本发明所得钢铁硬度大、拉抗强度高、耐磨，结合本说明书可知，该钢铁的组织稳定性强，在工件使用过程中不再发生组织转变，有很好的韧性。
以上实施例仅用以说明本发明型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种高强度高韧性钢铁，其特征在于，由以下百分含量的化学成分组成：碳1.8-2.4％、硅0.8-2％、锰0.5-1％、铜0.1-0.15％、铬5-8％、钐0.04-0.12％、钛0.5-1％、钼0.08-0.14％、钨0.1-0.2％、钙0.4-0.6％、钒0.48-0.52％、P≤0.03％、S≤0.01％、余量为铁及其他杂质元素。
2.根据权利要求1所述的高强度高韧性钢铁，其特征在于，由以下百分含量的化学成分组成：碳1.9-2.4％、硅0.9-2％、锰0.55-1％、铜0.11-0.15％、铬6-8％、钐0.05-0.12％、钛0.5-0.8％、钼0.09-0.14％、钨0.12-0.2％、钙0.45-0.6％、钒0.49-0.52％、P≤0.03％、S≤0.01％、余量为铁及其他杂质元素。
3.根据权利要求1所述的高强度高韧性钢铁，其特征在于，各化学成分通过以下原料进行添加：废钢、锰铁、铜矿石、钛铁、铬铁、钨铁、钒铁、钐铁、二氧化钼、二氧化硅、碳酸钙。
4.根据权利要求1所述的高强度高韧性钢铁及其铸造工艺，其特征在于，包括如下几个步骤：
(1)熔炼：将称取的废钢、铜矿石、碳酸钙加入熔炼炉中，加热至熔融，保温10min，然后向其中加入钛铁、铬铁、钨铁、钒铁、钐铁、锰铁、二氧化钼、二氧化硅，继续升温至原料完全融化为铁水，然后调节温度为1700-1800℃，保温10min；
(2)孕育：将高级加硅脱氧孕育剂倒入浇包，然后冲入铁水，机械搅拌5-10min，然后进行成分分析、调整；
(3)除渣：成分分析合格后用喷枪向铁水中喷入适量除渣剂，机械搅拌均匀；
(4)浇铸：将铁水倒入浇铸机内浇铸得到钢铁粗成品；
(5)锻压：用锻压机将钢铁粗成品进行锻压得到毛坯；
(6)淬火：将毛坯放入温度为600-700℃高频淬火机中进行一次淬火，时间为30min，再进行二次淬火，至温度降为200-300℃；
(7)回火：将毛坯放入700-800℃真空环境中一次回火，持续时间为1-2h，再调节温度为500-600℃进行二次回火，持续时间为1-2h，得钢铁成品。
5.根据权利要求4所述的高强度高韧性钢铁的铸造工艺，其特征在于，步骤(2)中搅拌速度为60r/min。
6.根据权利要求4所述的高强度高韧性钢铁的铸造工艺，其特征在于，步骤(3)中除渣剂为珍珠岩砂。
7.根据权利要求4所述的高强度高韧性钢铁的铸造工艺，其特征在于，步骤(4)中锻造温度为800-1200℃。
8.根据权利要求4所述的高强度高韧性钢铁的铸造工艺，其特征在于，步骤(6)中一次淬火降温速度为10℃/s。
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