CN107475604A - 一种高铁钢背材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具备高强度和高韧性的高铁钢背材料及其制备方法。本发明的制备方法包括配料、熔炼、原铁水取样、球化、浇注、孕育及保温、退火处理、正火和回火处理、金相检测及力学性能测试，所得高铁钢背材料的化学成分含量百分比为：C 3.5‑3.9％，Si 2.5‑3.0％，Mn 0.15‑0.28％，Ni 0.35‑0.5％，Cu 0.58‑0.72％，Cr 0.035‑0.04％，Mg 0.035％‑0.045％，稀土合金0.04‑0.07％，P<0.035％，S<0.025％，余量为铁。本发明所得材料既具备铁素体球磨铸铁的高伸长率又拥有珠光体球墨铸铁的高强度的综合性能。

Description

一种高铁钢背材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料制备领域，特别涉及一种具备高强度和良好塑性的高铁钢背材料及其制备方法。
背景技术
在21世纪，随着经济的快速发展，促进了我国高速铁路的现代化建设，高速铁路在我国快速发展，出于安全的角度考虑，对高铁钢背材料提出了更高的要求，一般的球墨铸铁很难达到如此高的性能要求。
目前，国内钢铁行业正在发展新一代钢铁材料，并采用新一代材料尤其是球墨铸铁作为高铁钢背材料，增加使用寿命，保证安全，降低成本。球墨铸铁作为一种同时具备钢材和铸铁优良特性的材料而被广泛关注，但国内现已存在的各类球墨铸铁均未达到高铁钢背材料所需的性能要求。目前。国内尚缺少一种具备高强度、高韧性和良好的加工性能的球墨铸铁来适应我国高铁的快速发展。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种既具备高抗拉强度，又具有高断后延伸率，良好的加工性能的高铁钢背材料及其制备方法。
本发明的技术方案为：
一种高铁钢背材料，由如下按质量百分比计的组分构成：C 3.5％-3.9％，Si2.5％-3.0％，Mn 0.13％-0.25％，Ni 0.35％-0.5％，Cu 0.58％-0.72％，Cr 0.035％-0.04％，Mg 0.035％-0.045％，稀土合金0.04％-0.07％，P<0.035％，S<0.025％，余量为铁。
优选地，C 3.81％-3.9％，Si 2.81％-3.0％，Mn 0.13％-0.19％，Ni 0.4％-0.5％，Cu 0.58％-0.72％，Cr 0.035％-0.04％，Mg 0.035％-0.045％，稀土合金0.04％-0.07％，P<0.035％，S<0.025％，余量为铁。
进一步优选地，C 3.84％-3.9％，Si 2.85％-3.0％，Mn 0.13％-0.18％，Ni0.4％-0.5％，Cu 0.58％-0.72％，Cr 0.035％-0.04％，Mg 0.035％-0.045％，稀土合金0.04％-0.07％，P<0.035％，S<0.025％，余量为铁。
进一步优选地，C 3.84％-3.9％，Si 2.85％-3.0％，Mn 0.13％-0.18％，Ni0.45％-0.5％，Cu 0.58％-0.72％，Cr 0.035％-0.04％，Mg 0.035％-0.045％，稀土合金0.04％-0.07％，P<0.035％，S<0.025％，余量为铁。
上述的高铁钢背材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)配料：配置各种原料；
(2)熔炼：熔炼温度控制在1500-1600℃范围内；
(3)炉前取样：对原铁水的化学成分进行炉前检测；
(4)球化：采用冲入法加入与原铁水质量的1.3％-1.5％的稀土硅、铁和镁合金球化剂；
(5)浇注、孕育及保温：浇注温度控制在1380-1450℃范围内；采用随流孕育的方式保温球化效果；浇注完毕后立即将冒口覆盖，减缓冷却速度；
(6)化学成分检测：通过光谱分析仪检测产品中各成分的含量；
(7)退火处理：将中频电炉的炉温控制在560-610℃范围内，保温3-5h后取出，随后空冷；
(8)正火+回火热处理：将正火温度控制在810-910℃范围内，保温时间控制在2-4h范围内，出炉后采用风冷的方式冷却；将回火温度控制在600-650℃，保温时间控制在2-4小时范围内，出炉后采用空冷的冷却方式；
(9)金相检测及力学性能测试。
采用金相显微镜和电子万能试验机分别进行检测分析，本发明所得金相组织结果如下：球化等级2-3级；石墨大小6-7级；珠光体含量55％-65％；碳化物等级≤1；力学性能测试结果如下：屈服强度(R0.2/Mpa)445a-480、抗拉强度(Rm/Mpa)695-750、断后延伸率(A％)8.7-11.2、整体硬度(HB)：220-264。
本发明的材料既具备铁素体球磨铸铁的高伸长率又拥有珠光体球墨铸铁的高强度的综合性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明高铁钢背材料能稳定地获得珠光体组织，按照GB9441-2009可得材料的球化等级为2-3级；石墨大小为6-7级；珠光体含量为55％-65％；碳化物等级≤1。
2.本发明高铁钢背材料能获得稳定的力学性能：屈服强度(R0.2/Mpa)为445a-480、抗拉强度(Rm/Mpa)为695-750、断后延伸率(A％)为8.7-11.2、整体硬度(HB)为220-264。
3.本发明高铁钢背材料既具备铁素体球磨铸铁的高伸长率又拥有珠光体球墨铸铁的高强度的综合性能，同时具备良好的加工性能。
4.本发明高铁钢背材料的整个制备工艺简洁，设备需求少，生产成本低，经济效益好。
附图说明
图1为本发明的工艺流程框图。
图2为铸造工艺对高强度高韧性高铁钢背材料的影响。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明并不限于此。
实施例1
一种高强度高韧性高铁钢背材料，由如下按质量百分比计的组分构成：C3.54％，Si 2.72％，Mn 0.20％，Ni 0.48％，Cu 0.68％，Cr 0.035％，Mg 0.045％，稀土合金0.04％，P 0.034％，S 0.024％，余量为铁。
上述的高强度高韧性高铁钢背材料的具体制备流程如下：
A、配料：根据产品种类和使用要求来计算各材料的配比，预设重量为3％-4％的烧损量后，以生铁为主要原料，配料的百分比如下：C 3.54％，Si2.72％，Mn 0.20％，Ni0.48％，Cu 0.68％，Cr 0.035％，Mg 0.045％，稀土合金0.04％，P 0.034％，S 0.024％，余量为生铁。
B、熔炼：将生铁、废钢、锰、镍、钼逐一添加到中频电阻感应熔炼炉炉中，将炉温升至1514℃，并保温30min，保证中频电阻感应熔炼炉炉中的原材料能全部成熔融状态；
C、炉前取样：在熔炼完成后，就对原铁水进行取样处理，并快速对高强度高韧性高铁钢背材料原铁水的化学成分进行炉前检测，合格后出铁水，在出铁水之前要求除渣3次以上，避免铸造缺陷，整个出水及除渣过程控制在6分钟以内，避免温度过度下降；
D、球化：用中频电阻感应熔炼炉进行熔炼，在熔炼完毕到开始球化过程中会使铁水温度降低50℃-100℃，因此要特别注意对熔炼温度的控制；采用冲入法加入与原铁水的重量比为1.3％-1.5％的稀土硅、铁和镁合金球化剂，将球化剂+75硅铁+同材质碎铁+铜+打渣剂放置于进过烧包处理后的铁水包的底部，将铁水倒入铁水包中时特别注意：铁水必须倒入到未放置球化剂等的一侧，避免铁水与球化剂直接接触，同时球化时间要＞60s；
E、浇注、孕育及保温：经过球化处理后的铁液温度件再一次下降，而且铁液中含有一定量的镁，会使得铁液的表面张力增加，铁液的流动性能降低，浇注性能下降，为了保证将浇注温度控制在1380-1450℃范围内，就必需控制好熔炼温度以及从熔炼完毕到浇注完毕的时间，一般将浇注时间控制在10min以内，；采用随流孕育的方式保证球化效果；浇注完毕后立即将冒口覆盖，减缓冷却速度；尽可能的延长保温时间，铸件的保温时间一般不低于12小时；
F、化学成分检测：对铸件的本体及附铸试棒取样，通过光谱分析仪检测产品中各成分的含量；
G、退火处理：将清砂处理后的铸件放置于中频电阻炉中，随后将中频电炉的炉温控制在560-610℃范围内，保温3-5h后取出空冷；
H、正火+回火热处理：将正火温度控制在810-910℃范围内，保温时间控制在2-4h范围内，出炉后采用风冷的方式冷却；将回火温度控制在600-650℃，保温时间控制在2-4小时范围内，出炉后采用空冷的冷却方式；
I、金相检测及力学性能测试：采用金相显微镜和电子万能试验机分别进行检测分析，所得金相组织结果如下：球化等级：2-3级；石墨大小：6-7级；珠光体含量：55％-65％；碳化物等级：≤1；力学性能测试结果如下：屈服强度(R0.2/Mpa)：445a-480、抗拉强度(Rm/Mpa)：695-750、断后延伸率(A％)：8.7-11.2、整体硬度(HB)：220-264。
实施例2
一种高强度高韧性高铁钢背材料，由如下按质量百分比计的组分构成：C3.3.82％，Si 2.81％，Mn 0.16％，Ni 0.41％，Cu 0.66％，Cr 0.036％，Mg 0.039％，稀土合金0.05％，P 0.031％，S 0.018％，余量为铁。
采用与实施例1相同的制备方法，不同的是熔炼温度为1560℃。
实施例3
一种高强度高韧性高铁钢背材料，由如下按质量百分比计的组分构成：C3.3.62％，Si 2.75％，Mn 0.19％，Ni 0.40％，Cu 0.64％，Cr 0.037％，Mg 0.041％，稀土合金0.06％，P 0.032％，S 0.019％，余量为铁。
采用与实施例1相同的制备方法，不同的是熔炼温度为1582℃。

Claims (5)

1.一种高铁钢背材料，其特征在于，由如下按质量百分比计的组分构成：C 3.5％-3.9％，Si 2.5％-3.0％，Mn 0.13％-0.25％，Ni 0.35％-0.5％，Cu 0.58％-0.72％，Cr0.035％-0.04％，Mg 0.035％-0.045％，稀土合金0.04％-0.07％，P<0.035％，S<0.025％，余量为铁。
2.根据权利要求1所述的高铁钢背材料，其特征在于，C 3.81％-3.9％，Si 2.81％-3.0％，Mn 0.13％-0.19％，Ni 0.4％-0.5％，Cu 0.58％-0.72％，Cr 0.035％-0.04％，Mg0.035％-0.045％，稀土合金0.04％-0.07％，P<0.035％，S<0.025％，余量为铁。
3.根据权利要求1所述的高铁钢背材料，其特征在于，C 3.84％-3.9％，Si 2.85％-3.0％，Mn 0.13％-0.18％，Ni 0.4％-0.5％，Cu 0.58％-0.72％，Cr 0.035％-0.04％，Mg0.035％-0.045％，稀土合金0.04％-0.07％，P<0.035％，S<0.025％，余量为铁。
4.根据权利要求1所述的高铁钢背材料，其特征在于，C 3.84％-3.9％，Si 2.85％-3.0％，Mn 0.13％-0.18％，Ni 0.45％-0.5％，Cu 0.58％-0.72％，Cr 0.035％-0.04％，Mg0.035％-0.045％，稀土合金0.04％-0.07％，P<0.035％，S<0.025％，余量为铁。
5.权利要求1至4任一项所述的高铁钢背材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)配料：配置各种原料；
(2)熔炼：熔炼温度控制在1500-1600℃范围内；
(3)炉前取样：对原铁水的化学成分进行炉前检测；
(4)球化：采用冲入法加入与原铁水质量的1.3％-1.5％的稀土硅、铁和镁合金球化剂；
(5)浇注、孕育及保温：浇注温度控制在1380-1450℃范围内；采用随流孕育的方式保温球化效果；浇注完毕后立即将冒口覆盖，减缓冷却速度；
(6)化学成分检测：通过光谱分析仪检测产品中各成分的含量；
(7)退火处理：将中频电炉的炉温控制在560-610℃范围内，保温3-5h后取出，随后空冷；
(8)正火+回火热处理：将正火温度控制在810-910℃范围内，保温时间控制在2-4h范围内，出炉后采用风冷的方式冷却；将回火温度控制在600-650℃，保温时间控制在2-4小时范围内，出炉后采用空冷的冷却方式；
(9)金相检测及力学性能测试。
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