CN107746921A

CN107746921A - 一种中碳合金钢及其制备方法

Info

Publication number: CN107746921A
Application number: CN201711277265.6A
Authority: CN
Inventors: 范汇吉; 李毅; 靳鑫
Original assignee: Construction Machinery Branch of XCMG
Current assignee: Jiangsu Xugong Construction Machinery Research Institute Co ltd
Priority date: 2017-12-06
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2018-03-02
Anticipated expiration: 2037-12-06
Also published as: CN107746921B

Abstract

本发明涉及一种中碳合金钢的制备方法，包括以下步骤：(1)获得原料铸钢；(2)对上一步的产品进行正火处理；(3)对上一步的产品进行第一回火处理；可选地，(4)对上一步的产品进行表面硬化处理；所述原料铸钢的化学组成包括：0.26wt％～0.32wt％的C；0.4wt％～0.7wt％的Si；1.20wt％～1.60wt％的Mn；0.10wt％～0.40wt％的Cr；0.10wt％～0.3wt％的Ni；0.14wt％～0.25wt％的V；0wt％～0.10wt％的Nb；P≤0.02％；S≤0.02％；余量为Fe和不可避免的杂质。该中碳合金钢具有较好的力学性能，特别适合用作履带板。

Description

一种中碳合金钢及其制备方法

技术领域

本发明属于钢材料领域，具体涉及一种中碳合金钢及其制备方法。

背景技术

履带式起重机是基建、风电、石油、化工等领域吊装作业不可缺少的工程机械。履带板是履带式起重机行走机构的重要组成部件，也是履带式起重机的主要承载部件，其工作时不仅要承担整机的重量，而且还要承担起吊物的重量。履带板工况恶劣，不仅要承受冲击、挤压、拉伸、弯曲等多种应力作用，还要与砂石、泥土、支重轮、驱动轮等直接接触，遭受严重的磨损。近年来，随着风电行业的兴起，履带式起重机吊装行走作业工况越来越多，履带板磨损、断裂现象更加严重，对履带板的性能提出了更高的要求。

发明内容

发明人已知相关技术在制备履带板用中碳合金钢时，采用正火+淬火+高温回火的工艺。发明人出人意料地发现了一种新的中碳合金钢生产方法，该方法采用特定中碳合金钢成分，仅经过正火+回火处理，即可获得较好力学性能的中碳合金钢。

本发明第一方面提供一种中碳合金钢的制备方法，包括以下步骤：

(1)获得原料铸钢；

(2)对上一步的产品进行正火处理；

(3)对上一步的产品进行第一回火处理；

可选地，

(4)对上一步的产品进行表面硬化处理；

所述原料铸钢的化学组成包括：

0.26wt％～0.32wt％的C；(例如0.27wt％、0.28wt％、0.29wt％、0.30wt％或0.31wt％的C)

0.4wt％～0.7wt％的Si；(例如0.42wt％、0.45wt％、0.5wt％、0.57wt％、0.6wt％或0.66wt％的Si)

1.20wt％～1.60wt％的Mn；(例如1.28wt％、1.30wt％、1.40wt％、1.43wt％、1.50wt％或1.57wt％的Mn)

0.10wt％～0.40wt％的Cr；(例如0.17wt％、0.2wt％、0.22wt％0.3wt％、0.33wt％或0.39wt％的Cr)

0.10wt％～0.3wt％的Ni；(例如0.12wt％、0.16wt％、0.2wt％、0.21wt％、0.28wt％的Ni)

0.14wt％～0.25wt％的V；(例如0.13wt％、0.18wt％、0.2wt％、0.21wt％、0.22wt％或0.24wt％的V)

0wt％～0.10wt％的Nb；(例如0.01wt％、0.02wt％、0.04wt％、0.06wt％、0.07wt％或0.08wt％的Nb)

P≤0.02％；

S≤0.02％；

余量为Fe和不可避免的杂质。

在一个实施方案中，所述原料铸钢的化学组成包括：0.28wt％～0.30wt％的C。

在一个实施方案中，所述原料铸钢的化学组成包括：0.4wt％～0.5wt％的Si。

在一个实施方案中，所述原料铸钢的化学组成包括：1.20wt％～1.40wt％的Mn。

在一个实施方案中，所述原料铸钢的化学组成包括：0.20wt％～0.30wt％的Cr。

在一个实施方案中，所述原料铸钢的化学组成包括：0.10wt％～0.3wt％的Ni。

在一个实施方案中，所述原料铸钢的化学组成包括：0.14wt％～0.2wt％的V。

在一个实施方案中，所述原料铸钢的化学组成包括：0.02wt％～0.06wt％的Nb。

在一个实施方案中，所述原料铸钢的化学组成中：P≤0.015％。

在一个实施方案中，所述原料铸钢的化学组成中：S≤0.010％。

在一个实施方案中，正火处理包括：

将上一步的产品加热至860～920℃(例如870℃、880℃、890℃、900℃或910℃)，保温，然后冷却；

优选地，保温2～4小时(例如3小时)；

优选地，正火处理加热的升温速度为160℃/h以下(例如100℃/h、120℃/h或140℃/h)；

优选地，正火处理的冷却是在气体冷却介质中冷却(例如在流动的空气介质中冷却，例如风冷)；

优选地，正火处理的冷却的速度为5～20℃/s(例如5～15℃/s,例如8～12℃/s，再例如10℃/s)。

在一个实施方案中，正火处理后产品组织包括贝氏体和马氏体。

在一个实施方案中，正火处理后产品组织仅包括马氏体。

在一个实施方案中，第一回火处理后，产品的组织为粒状贝氏体回火索氏体。

在一个实施方案中，第一回火处理后，产品组织仅包括回火索氏体。

在一个实施方案中，表面淬硬层的组织为马氏体。

在一个实施方案中，第一回火处理是高温回火处理。

在一个实施方案中，第一回火处理包括：

将上一步的产品加热至530～580℃(例如540℃、550℃、560℃或570℃)，保温，然后冷却；

优选地，第一回火处理中，保温1～3小时(例如2h)；

优选地，第一回火处理的冷却是在液体冷却介质中冷却，例如在水中冷却。

在一个实施方案中，步骤(2)和(3)之间不包括淬火处理的步骤。

在一个实施方案中，步骤(4)中，所述表面硬化处理包括，对第一回火处理后的产品进行表面淬火的步骤；

优选地，表面硬化处理后，进行第二回火处理。

在一个实施方案中，第二回火处理是低温回火处理，优选包括将表面硬化处理的产品加热到160～200℃，保温，然后冷却。

在一个实施方案中，表面淬火包括表面感应淬火。

在一个实施方案中，表面淬火包括：将第一回火处理后的产品加热到880～940℃(例如890℃、900℃、910℃、920℃或930℃)，达到目标温度后立即冷却(优选在冷却过程中向产品表面喷液体冷却介质)。

在一个实施方案中，使用3～5kHz的表面感应设备进行表面硬化处理步骤。

本发明又一方面提供一种中碳合金钢，由权利要求本发明任一项的方法制备获得。

在一个实施方案中，所述中碳合金钢含有索氏体组织。

在一个实施方案中，所述中碳合金钢含有贝氏体和回火索氏体组织。

在一个实施方案中，中碳合金钢具有以下一项或多项特征：

-硬度285～310HBW(例如290～300HBW)；

-屈服强度750～850MPa(例如800～850MPa)；

-抗拉强度900～950MPa(例如930～950MPa)；

-断后伸长率12～16％(例如13～16％)；

-断面收缩率30～50％(例如35～45％)；

-室温冲击功45～70J(例如55～65J)；

在一个实施方案中，表面硬化处理后中碳合金钢的表面硬度为50～55HRC。

本发明又一方面提供一种履带板的制备方法，包括使用本公开制备中碳合金钢的方法制备履带板。

在一个实施方案中，步骤(1)中，所述铸钢原料符合履带板的形状和/或尺寸。

在一个实施方案中，步骤(4)中，对履带板的驱动面和/或支重面进行表面硬化处理。

在一个实施方案中，硬化处理后的表面的硬度为50～55HRC。

本发明又一方面提供一种履带板，由本发明制备履带板的方法制备获得。

在一个实施方案中，所述履带板为起重机履带板或挖掘机履带板。

在一个实施方案中，中碳合金钢硬化处理后表面的硬度为50～55HRC(例如51HRC、52HRC、53HRC、54HRC、55HRC)。

在一个实施方案中，液体冷却介质包括水、水溶液、油、油溶液。所述水溶液或油溶液中可以含有有机添加剂或无机添加剂。

在一个实施方案中，第一回火处理步骤中，冷却方式可以包括，将产品在20℃/s以上，例如30℃以上，例如40℃以上，例如50℃以上，例如50～70℃/s，例如35～45℃/s，例如20～30℃/s的冷却速度冷却。

在一个实施方案中，第一回火处理步骤中，冷却方式可以包括，将产品在液体中冷却，例如在水、油或冷却液(例如PAG冷却液)中进行冷却。

在一个实施方案中，冷却液是一种水或有机溶液，其中含有选自盐、聚醚、表面活性剂、防锈剂、防腐剂、润湿剂、杀菌剂中的一种或多种。

在一个实施方案中，冷却液是指冷却速度在油和水之间的液体。

在一个实施方案中，油是植物油、动物油、矿物油或合成油。

在一个实施方案中，感应淬火处理步骤中，冷却方式可以包括，保温后，在产品表面喷淬火液进行冷却。

在一个实施方案中，液体冷却介质可以是PAG淬火液，例如6～10％PAG淬火液。PAG淬火液可以是以特定的聚醚类非离子型高分子聚合物(PAG)加上能获得其他辅助性能的复合添加剂和适量的水配置而成的水基淬火液。

在一个实施方案中，气体冷却介质包括空气、还原性气体或惰性气体。

在一个实施方案中，将钢在气体冷却介质中冷却时，可以在钢的表面喷洒液体冷却介质，例如喷洒水、水溶液、油或油溶液。

在一个实施方案，正火处理包括：将钢加热至AC3以上(30～80)℃，保温一段时间后，出炉在气体冷却介质中冷却。

正火处理能够使钢的合金成分均匀、晶粒细化。

在一个实施方案中，第一回火处理包括：将正火处理(或淬火处理)后的钢件加热至AC1以下的温度(例如530～580℃)，保温一段时间后，出炉在液体冷却介质(例如水、油、冷却液等)中冷却。

在一个实施方案中，回火处理后的钢具有较优的综合力学性能。

在一个实施方案中，所述中碳合金钢是铸钢。

在一个实施方案中，铸钢采用浇筑方法制备获得。

在一个实施方案中，所述中碳合金钢是履带板用中碳合金钢。

在一个实施方案中，履带板的尺寸为约1000～1500×200～500×200～500mm，例如1200×350×300mm。

本发明的有益效果

本发明一个或多个实施例具有以下一项或多项有益效果：

1)中碳合金钢符合履带板用钢的力学性能指标；

2)中碳合金钢具的硬度符合履带板性能要求，例如在250～350HBW之间，再例如在290～310HBW之间；

3)中碳合金钢具有较高的屈服强度；

4)中碳合金钢具有较高的抗拉强度；

5)中碳合金钢具有较高的断后伸长率；

6)中碳合金钢具有较高的断面收缩率；

7)中碳合金钢具有较高的冲击功；

8)中碳合金钢具有较好的耐磨性；

9)中碳合金钢的制备成本更低；

10)中碳合金钢的制备方法步骤更简洁，生产效率高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为一个实施例正火处理后的金相组织；

图2为一个实施例高温回火处理后的金相组织；

图3为又一个实施例正火处理后的金相组织；

图4为又一个实施例高温回火处理后的金相组织；

图5为一个实施例表面硬化处理后的金相组织。

具体实施方式

现在将详细提及本发明的具体实施方案。具体实施方案的例子图示在附图中。尽管结合这些具体的实施方案描述本发明，但应认识到不打算限制本发明到这些具体实施方案。相反，这些实施方案意欲覆盖可包括在由权利要求限定的发明精神和范围内的替代、改变或等价实施方案。在下面的描述中，阐述了大量具体细节以便提供对本发明的全面理解。本发明可在没有部分或全部这些具体细节的情况下被实施。在其它情况下，为了不使本发明不必要地模糊，没有详细描述熟知的工艺操作。

实施例1a

铸造：使用表1所示成分浇铸履带板及随炉试棒。

表1成分含量(wt％)

元素	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	V	Nb
										含量	0.29	0.45	1.32	0.014	0.008	0.25	0.18	0.15	0.04

正火处理：将履带板及随炉试棒加热至880℃，保温3h，出炉风冷(调整风速使冷却速度达到约5℃/s)。正火处理后产品组织如图1所示，组织为贝氏体+马氏体。

高温回火：将履带板及随炉试棒加热至560℃，保温2h，出炉水冷。高温回火后产品组织如图2所示，组织为粒状贝氏体+回火索氏体。

实施例1b

铸造：使用表1所示成分浇铸履带板及随炉试棒。

正火处理：将履带板及随炉试棒加热至880℃，保温3h，出炉风冷(调整风速使冷却速度达到约约15℃/s)。正火处理后产品组织如图3所示，组织为马氏体。

高温回火：将履带板及随炉试棒加热至560℃，保温2h，出炉水冷。高温回火后产品组织如图4所示，组织为回火索氏体。

实施例2～5

参照实施例1的方法，调整了履带板成分、正火处理温度、淬火处理温度、第一回火处理温度，进行了多个实施例。

表2成分含量及热处理工艺

性能测试：

参照《GB/T 231.1-2009金属材料布氏硬度试验第1部分：试验方法》测试了随炉试棒的布氏硬度；参照《GB/T 228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》测试了随炉试棒的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和断面收缩率；参照《GB/T 229-2007金属材料夏比摆锤冲击试验方法》测试了随炉试棒的冲击功。

实施例1～5的随炉试棒尺寸参数如下：φ40mm×250mm。

表3随炉试棒力学性能测试结果

如表3所示，实施例1～5的中碳合金钢的硬度为291～309HBW；屈服强度为776～846MPa；抗拉强度为903～938MPa；断后伸长率为12％～14.5％；断面收缩率为32％～45％；冲击功(室温)为45～65J。该中碳合金钢符合履带板的性能要求。

实施例6～10

对实施例1a、1b、2～5获得的履带板及随炉试棒产品进一步进行了表面感应淬火处理，获得实施例6a、6b、7～10的中碳合金钢。

表面感应淬火：使用4.0kHz的表面感应设备分别对履带板支重面、驱动面及随炉试棒表面进行加热，加热后立即喷水冷却。表面硬化后，产品淬硬层深度为3～5mm。实施例1b的淬硬层组织如图5所示，组织为马氏体。

实施例6a、6b、7～10的中碳合金钢的淬硬层硬度分别为51、54、50、52、54和55HRC。

发明人出人意料地发现，实施例1～5制备的履带板通过正火+回火处理，无需淬火处理的步骤，即可获得较优的综合力学性能，其屈服强度不小于750MPa，抗拉强度不小于900MPa，断后延伸率不小于12％，断面收缩率不小于30％，室温冲击功不小于45J。

实施例6～10进一步对履带板的支重面、驱动面、导向面进行表面感应淬火处理。处理后产品硬度可达50～55HRC，具有较优的耐磨性。

Claims

1.一种中碳合金钢的制备方法，包括以下步骤：

(1)获得原料铸钢；

(2)对上一步的产品进行正火处理；

(3)对上一步的产品进行第一回火处理；

可选地，

(4)对上一步的产品进行表面硬化处理；

所述原料铸钢的化学组成包括：

0.26wt％～0.32wt％的C；

0.4wt％～0.7wt％的Si；

1.20wt％～1.60wt％的Mn；

0.10wt％～0.40wt％的Cr；

0.10wt％～0.3wt％的Ni；

0.14wt％～0.25wt％的V；

0wt％～0.1wt％的Nb；

P≤0.02％；

S≤0.02％；

余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的方法，所述原料铸钢的化学组成包括以下一项或多项：

0.28wt％～0.30wt％的C；

0.4wt％～0.5wt％的Si；

1.20wt％～1.40wt％的Mn；

0.20wt％～0.30wt％的Cr；

0.10wt％～0.3wt％的Ni；

0.14wt％～0.2wt％的V；

0.02wt％～0.06wt％的Nb；

P≤0.015％；

S≤0.010％。

3.根据权利要求1或2所述的方法，正火处理包括：

将上一步的产品加热至860～920℃，保温，然后冷却；

优选地，保温2～4小时；

优选地，正火处理加热的升温速度为160℃/h以下；

优选地，正火处理的冷却是在气体冷却介质中冷却；

优选地，正火处理冷却的速度为5～20℃/s。

4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，第一回火处理包括：

将上一步的产品加热至530～580℃，保温，然后冷却；

优选地，第一回火处理中，保温1～3小时；

优选地，第一回火处理的冷却是在液体冷却介质中冷却，例如在水、油或冷却液中冷却。

5.根据权利要求1所述的方法，步骤(2)和(3)之间不包括淬火处理的步骤。

6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，步骤(4)中，所述表面硬化处理包括，对第一回火处理后的产品进行表面淬火的步骤；

优选地，表面硬化处理后，进行第二回火处理。

7.根据权利要求6所述的方法，表面淬火包括表面感应淬火。

8.根据权利要求6所述的方法，表面淬火包括：将第一回火处理后的产品加热到880～940℃，达到目标温度后立即冷却(优选在冷却过程中向产品表面喷液体冷却介质)。

9.一种中碳合金钢，由权利要求1～8任一项的方法制备获得。

10.根据权利要求9所述的中碳合金钢，所述中碳合金钢含有索氏体组织。

11.根据权利要求9所述的的中碳合金钢，所述中碳合金钢含有贝氏体和回火索氏体组织。

12.权利要求11的中碳合金钢，其具有以下一项或多项特征：

-硬度285～310HBW(例如290～300HBW)；

-屈服强度750～850MPa(例如800～850MPa)；

-抗拉强度900～950MPa(例如930～950MPa)；

-断后伸长率12～16％(例如13～16％)；

-断面收缩率30～50％(例如35～45％)；

-室温冲击功45～70J(例如55～65J)；

-表面硬化处理后中碳合金钢的表面硬度为50～55HRC。

13.一种履带板的制备方法，包括使用权利要求1～8任一项的制备中碳合金钢的方法制备履带板；

优选地，步骤(1)中，所述铸钢原料符合履带板的形状和/或尺寸要求；

优选地，步骤(4)中，对履带板的驱动面和/或支重面进行表面硬化处理；

优选地，表面硬化处理后的表面的硬度为50～55HRC。

14.一种履带板，由权利要求13的方法制备获得。

15.权利要求14的履带板，所述履带板为起重机履带板或挖掘机履带板。