CN108060351A - 耐低温铸钢材料及其铸件的热处理工艺 - Google Patents

耐低温铸钢材料及其铸件的热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐低温铸钢材料，所述的铸钢材料的化学成分及质量分数为：C0.17‑0.29％、Si 0.30‑0.50％、Mn 0.60‑1.80％、S≤0.020％、P≤0.020％、Cu≤0.10％、Cr≤1.20％、Ni≤0.30％、Mo≤0.30％、AI≤0.080％、其余为Fe及不可避免的杂质。本发明的铸钢材料能长期在‑60℃条件下保持良好的强度和韧性，本发明同时还开发出了与设计铸钢相匹配的铸件热处理工艺，得到了韧性好、焊接性能优良且其它综合力学性能优越的成品。

Description

耐低温铸钢材料及其铸件的热处理工艺
技术领域
本发明属于铸钢技术领域，具体涉及耐低温铸钢材料及其铸件的热处理工艺。
背景技术
随着国民经济持续增长，我国铁路运输业及相关产业得到了长足发展，在满足内需的同时，部分产品及相关零部件已进入国际市场，近年来铁路货车及相关零部件出口量持续增加。由于俄罗斯所处纬度较高，冬季气温温极低且时间较长，轨道交通用铸钢产品必须长期承受低温重载的冲击载荷。现在国内及国际铸钢材料的低温要求仅限于-40℃；俄罗斯的铸钢材料低温标准在-50℃。国内因不存在俄罗斯的极端低温天气，基本上现有的铸钢材料无法保障铸件在低至-60℃的气温条件下使用。
发明内容
针对现有铸钢材料无法满足在-60℃的气温条件下使用的上述问题，本发明提供一种耐低温铸钢材料，还提供铸件的热处理工艺，能长期在-60℃条件下保持良好的强度和韧性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种耐低温铸钢材料，所述的铸钢材料的化学成分及质量分数为：C 0.17-0.29％、Si 0.30-0.50％、Mn 0.60-1.80％、S≤0.020％、P≤0.020％、Cu≤0.10％、Cr≤1.20％、Ni≤0.30％、Mo≤0.30％、AI≤0.080％、其余为Fe及不可避免的杂质。
作为本发明的进一步改进，所述的铸钢材料的化学成分及质量分数为：C 0.17-0.22％、Si 0.30-0.50％、Mn 1.10-1.40％、S≤0.020％、P 0.020％、Cu≤0.10％、Cr≤0.10％、Ni 0.20-0.30％、Mo≤0.10％、AI≤0.080％、其余为Fe及不可避免的杂质。
作为本发明的进一步改进，所述的铸钢材料的化学成分及质量分数为：C 0.22-0.29％、Si 0.30-0.50％、Mn 0.60-0.90％、S≤0.015％、P≤0.020％、Cu≤0.10％、Cr0.90-1.20％、Mo 0.15-0.30％、AI≤0.080％、其余为Fe及不可避免的杂质。
作为本发明的进一步改进，碳当量CE％≤0.45％，CE％＝C+(Mn+Si)/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。
本发明还提供一种上述材料铸件的热处理工艺，包括以下步骤：
(1)正火：将铸件置于正火炉中，升温至910℃±10℃，保温3.5-4.5小时，将铸件从炉中取出，并在空气中冷却至温度低于370℃；
(2)淬火：将铸件置于淬火炉中，升温至910℃±10℃，按照厚度25.4mm/小时进行保温，将铸件从炉中取出，立即将其投入到水中快速冷却；
(3)回火：淬火后立即回火，回火工艺温度650±10℃，3.5-4.5小时，将铸件从炉中取出，并在空气中冷却。
作为本发明的进一步改进，淬火与回火之间的时间间隔不超过8h。
本发明的铸钢材料能长期在-60℃条件下保持良好的强度和韧性，本发明同时还开发出了与设计铸钢相匹配的铸件热处理工艺，得到了韧性好、焊接性能优良且其它综合力学性能优越的成品。
具体实施方式
本发明一方面提供一种耐低温铸钢材料，其化学成分及质量分数为：C 0.17-0.29％、Si 0.30-0.50％、Mn 0.60-1.80％、S≤0.020％、P≤0.020％、Cu≤0.10％、Cr≤1.20％、Ni≤0.30％、Mo≤0.30％、AI≤0.080％、其余为Fe及不可避免的杂质。满足上述条件的铸钢材料，能长期在-60℃条件下保持良好的强度和韧性。
在本发明的一个优选实施例中，该铸钢材料的含碳量低于最大值时，每低0.01％的碳，允许锰(Mn)含量比规定的最大值增0.04％，但Mn的最高含量不应大于1.80％。
在本发明的一个优选实施例中，该铸钢材料的化学成分及质量分数为：C 0.17-0.29％、Si 0.30-0.50％、Mn 0.60-1.40％、S≤0.020％、P≤0.020％、Cu≤0.10％、Cr≤1.20％、Ni≤0.30％、Mo≤0.30％、AI≤0.080％、其余为Fe及不可避免的杂质。满足上述条件的铸钢材料，能长期在-60℃条件下保持良好的强度和韧性。
在本发明的一个优选实施例中，该铸钢材料的化学成分及质量分数为：C 0.17-0.22％、Si 0.30-0.50％、Mn 1.10-1.40％、S≤0.020％、P 0.020％、Cu≤0.10％、Cr≤0.10％、Ni 0.20-0.30％、Mo≤0.10％、AI≤0.080％、其余为Fe及不可避免的杂质。满足上述条件的铸钢材料，能长期在-60℃条件下保持良好的强度和韧性，适用于低温环境具有良好可焊性能铸件的铸造。
在本发明的一个优选实施例中，碳当量CE％≤0.45％，CE％＝C+(Mn+Si)/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。
在本发明的一个优选实施例中，该铸钢材料的化学成分及质量分数为：C 0.22-0.29％、Si 0.30-0.50％、Mn 0.60-0.90％、S≤0.015％、P≤0.020％、Cu≤0.10％、Cr0.90-1.20％、Mo 0.15-0.30％、AI≤0.080％、其余为Fe及不可避免的杂质。满足上述条件的铸钢材料，能长期在-60℃条件下保持良好的强度和韧性，适用于低温环境高强度铸件的铸造。
本发明另一方面提供了一种采用该铸钢材料铸件的热处理工艺，该工艺包括以下步骤：
(1)正火：将铸件置于正火炉中，升温至910℃±10℃，保温3.5-4.5h，将铸件从炉中取出，并在空气中冷却至温度低于370℃；
(2)淬火：将铸件置于淬火炉中，升温至910℃±10℃，按照厚度25.4mm/小时进行保温，将铸件从炉中取出，立即将其投入到水中快速冷却；
(3)回火：淬火后立即回火，回火工艺温度650±10℃，保温3.5-4.5h，将铸件从炉中取出，并在空气中冷却。
在本发明的一个优选实施例中，淬火与回火之间的时间间隔不超过8h，即淬火完毕后8小时内回火。
在本发明中，铸件浇注后，应以不会损害其质量的速度冷却到540℃以下。在进行热处理前，应对铸件予以充分清理，表面不应附着造型材料，内腔砂芯应清理干净。
本发明热处理炉温度均匀性及其仪表准确度级别不应低于GB/T9452-2012中规定的Ⅳ类热处理炉的要求。
根据热处理炉的加热方式，可选择间歇式热处理组批或者连续式热处理组批。间歇式热处理组批是指在该热处理炉次中同一熔炼炉次、同一级别钢的所有铸件。连续式热处理组批是指在一个热处理周期，连续通过炉内给定某一位置的同一熔炼炉次、同一级别钢的铸件。应确定每一热处理炉次装载的同一级别钢的铸件数量。
在本发明的一个优选实施例中，如果力学性能试验结果不符合表2的规定，可对该不合格批重新进行热处理，重新热处理的次数不应多于两次(回火次数不限)，且淬火与回火之间的时间间隔不应超过8小时。
热处理淬火加回火后不应采用热法清理和精整。如果淬火加回火后通过了热法清理和精整，应进行重新淬火加回火。
实施例
表1实施例1-4铸钢材料的化学成分
铸件浇注后，以不会损害其质量的速度冷却到540℃以下。在进行热处理前，对铸件予以充分清理，表面不附着造型材料，内腔砂芯清理干净。
热处理炉温使用热电偶与具有自动控制功能的装置进行测量和控制，并能自动记录时间-温度曲线图，每张曲线图要记录日期和炉号，以便识别。
具体热处理步骤为：将铸件置于正火炉中，升温至910℃±10℃，保温3.5-4.5h，将铸件从炉中取出，并在空气中冷却至温度低于370℃。将铸件置于淬火炉中，升温至910℃±10℃，按照铸件厚度25.4mm/小时进行保温，将铸件从炉中取出，立即将其投入到水中快速冷却。淬火后立即回火(淬火与回火之间的时间间隔不应超过8小时)，回火工艺温度650±10℃，保温3.5-4.5h，将铸件从炉中取出，并在空气中冷却。
性能测定
一、力学性能
1.铸钢的力学性能
依据GB/T228-1、GB/T229、GB/T223.1铸钢满足以下性能，如表2所示。
表2钢的力学性能
2.铸钢的低温冲击试验
表3为铸钢的冲击韧性(J/cm2)
温度(℃) 25 -50 -60 -65
实施例1 ≥100 33 28 18
实施例2 ≥100 34 28 17
实施例3 ≥100 33.2 29 19
实施例4 ≥100 34 30 18
试验铸钢在25℃-60℃之间，符合使用要求。
2.铸钢的拉伸试验
表4钢的强度与塑性
实施例1-4的铸钢在-60℃低温条件下的拉伸试验结果都满足使用要求，其中实施例2低温塑性优于其他实施例。
3.可焊性能
以实施例1和实施例2铸钢为焊材，采用手工电弧焊接技术，焊接体的力学性能见表5。
表5实施例1和2焊接体的力学性能

Claims (6)

1.一种耐低温铸钢材料，其特征在于，所述的铸钢材料的化学成分及质量分数为：C0.17-0.29％、Si 0.30-0.50％、Mn 0.60-1.80％、S≤0.020％、P≤0.020％、Cu≤0.10％、Cr≤1.20％、Ni≤0.30％、Mo≤0.30％、AI≤0.080％、其余为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的耐低温铸钢材料，其特征在于，所述的铸钢材料的化学成分及质量分数为：C 0.17-0.22％、Si 0.30-0.50％、Mn 1.10-1.40％、S≤0.020％、P 0.020％、Cu ≤0.10％、Cr≤0.10％、Ni 0.20-0.30％、Mo≤0.10％、AI≤0.080％、其余为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的耐低温铸钢材料，其特征在于，所述的铸钢材料的化学成分及质量分数为：C 0.22-0.29％、Si 0.30-0.50％、Mn 0.60-0.90％、S≤0.015％、P≤0.020％、Cu≤0.10％、Cr 0.90-1.20％、Mo 0.15-0.30％、AI≤0.080％、其余为Fe及不可避免的杂质。
4.根据权利要求2所述的耐低温铸钢材料，其特征在于，碳当量CE％≤0.45％，CE％＝C+(Mn+Si)/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。
5.一种采用权利要求4的铸钢材料铸件的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)正火：将铸件置于正火炉中，升温至910℃±10℃，保温3.5-4.5小时，将铸件从炉中取出，并在空气中冷却至温度低于370℃；
(2)淬火：将铸件置于淬火炉中，升温至910℃±10℃，按照厚度25.4mm/小时及保温，将铸件从炉中取出，立即将其投入到水中快速冷却；
(3)回火：淬火后立即回火，回火工艺温度650±10℃，3.5-4.5小时，将铸件从炉中取出，并在空气中冷却。
6.根据权利要求4所述的热处理工艺，其特征在于，淬火与回火之间的时间间隔不超过8h。
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