CN111763888A - 一种耐低温承压铸钢件制备方法 - Google Patents

一种耐低温承压铸钢件制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐低温承压铸钢件制备方法，包括如下步骤：(1)根据铸钢件的形状设计并制作模具，再采用铸造砂和模具制作铸钢件砂型；(2)采用中频炉熔炼钢水；(3)将钢水浇注到铸钢件砂型内，冷却、保温去应力处理、脱砂、打磨得到铸钢件；(4)对铸钢件进行热处理，所述热处理是指先将铸钢件升温至800～950℃保温2h出炉，在50min内冷却至室温；再将铸钢件入炉升温至500～650℃保温3h出炉，在100min内冷却至室温。本发明通过对C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni等元素进行合理配比并添加适量镧、铈、钛、硼等微量元素，在确保材料具有良好焊接性能前提下，同时提高铸钢件的强度和韧性，尤其是提高了铸钢件的抗低温冲击性，使其更适宜于低温环境下的装配、使用。

Description

一种耐低温承压铸钢件制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种耐低温承压铸钢及其制 备方法。
背景技术
中国造高铁、地铁逐步遍及世界各地，也开始进入高寒地区，低温运 行环境急需具有较强耐低温性的零部件配套。以壁厚60mm的高铁、地铁 电机压圈为例，常用耐低温承压铸钢材料生产的压圈产品，其力学性能检 测结果：抗拉强度在550～650Mpa；屈服压强≥300Mpa；在常温下的冲击功 AKv≥50J/cm2；在-20℃下的冲击功AKv≥27J/cm2。由此可见，温度越低， 其耐冲击功AKv能力越弱，因此常年处于寒冷地区使用的类似铸钢件的适 用范围受限。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种耐低温的承压铸钢件及其 制备方法，与常规材料相比较，该铸钢的冲击韧性尤其是低温冲击韧性更 好。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种耐低温承压铸钢件制备方法，包括如下步骤：
(1)根据铸钢件的形状设计并制作模具，再采用铸造砂和模具制作铸 钢件砂型；
(2)将铸钢件材料所需钢水采用中频炉熔炼，所述铸钢件材料包括以 下组分及其质量百分比：碳0.15％～0.25％，硅0.15％～0.6％，锰0.7％～ 1.5％，镍0.3％～0.6％，铬0.0％～0.3％，钼0.0％～0.1％，镧0.0015％～0.004％， 铈0.02％～0.05％，钛0.025％～0.1％，硼0.0015％～0.006％，余量为铁和不可 避免的杂质；
(3)将步骤(2)熔炼的钢水浇注在步骤(1)制作的铸钢件砂型内， 冷却、保温去应力处理、脱砂、打磨得到铸钢件；
(4)对铸钢件进行热处理，所述热处理是指先将铸钢件升温至800～950℃ 保温2h出炉，在50min内冷却至室温；再将铸钢件入炉升温至500～650℃ 保温3h出炉，在100min内冷却至室温。
进一步地，以质量百分含量计所述铸钢材料包括：碳0.19％，硅0.19％， 锰1.1％，镍0.36％，铬0.1％，钼0.06％，镧0.0016％，铈0.042％，钛0.0296％， 硼0.00213％，余量为铁和不可避免的杂质。
进一步地，步骤(4)中所述冷却采用空冷、水冷或风冷。
本发明还提供了一种由上述方法制备的铸钢件，该铸钢件的抗拉强度 ≥560Mpa，屈服强度≥370Mpa，在常温下的冲击功AKv≥70J/cm2；在-40℃ 的冲击功AKv≥35J/cm2。
与现有材料相比较，本发明具有如下有益效果：
(1)通过添加镧、铈、钛、硼等微量元素，使材料组织细化，同时提 高铸钢件的强度和韧性，使其抗冲击能力更强；
(2)通过提高镍含量，可提高铸钢件的低温冲击性能，使其更适合于 低温环境下使用；
(3)通过适量调整碳、硅、锰、铬、钼等元素的含量，确保在提高低 温冲击韧性同时，不影响铸钢件的强度和焊接性能；
(4)将铸钢件经过正火和回火热处理后，快速冷却，有利于进一步组 织细化，再次提高铸钢件的强度和韧性；
(5)所述铸钢件用钢液采用中频炉熔炼，制造成本低，经济实用。
具体实施方式
本实施例提供了一种耐低温承压铸钢件制备方法，包括如下步骤：
(1)根据铸钢件的形状设计并制作模具，再采用铸造砂和模具制作铸 钢件砂型；铸钢件砂型制备工艺可采用水玻璃砂，树脂砂和覆膜砂。
(2)将铸钢件材料所需钢水采用中频炉熔炼，所述铸钢件材料包括以 下组分及其质量百分比：碳0.15％～0.25％，硅0.15％～0.6％，锰0.7％～ 1.5％，镍0.3％～0.6％，铬0.0％～0.3％，钼0.0％～0.1％，镧0.0015％～0.004％， 铈0.02％～0.05％，钛0.025％～0.1％，硼0.0015％～0.006％，余量为铁和不可 避免的杂质；将上述铸钢件材料加入中频炉坩埚内熔化并将合金元素含量 调配至合格成分，其中所述杂质要低于0.1％；本实施例通过添加镧、铈、 钛、硼等微量元素，使材料组织细化，同时提高铸钢件的强度和韧性，使其抗冲击能力更强；通过提高镍含量，提高铸钢件的低温冲击性能，而且对 其它性能指标也有改善作用；通过适量调整碳、硅、锰、铬、钼等元素的含 量，确保在提高低温冲击韧性同时，不影响铸钢件的强度和焊接性能；
(3)将步骤(2)熔炼的钢水浇注在步骤(1)制作的铸钢件砂型内， 冷却、保温去应力处理、脱砂、打磨得到铸钢件；本实施例所述模具放置在 平整的工装上，避免因平面倾斜造成铸钢件变形。
(4)对铸钢件进行热处理，所述热处理是指先将铸钢件升温至800～950℃ 保温2h出炉，在50min内铸钢件冷却至室温；再将铸钢件入炉升温至 500～650保温3h出炉，100min内将铸钢件冷却到室温，所述冷却采用空 冷、水冷或风冷进行，上述冷却方式绿色环保。
铸钢件经热处理后的力学性能：抗拉强度≥560Mpa；屈服强度≥ 370Mpa；在常温下的冲击功AKv71～135J/cm2；在-40℃下的冲击功AKv35～56J/cm2，延伸率≥24％。由此可见，对常温冲击韧性提升近50％， -40℃低温冲击韧性也比常用的耐低温承压铸钢材料在-20℃的低温冲击韧 性还高，而且保持了延伸率不变，扩大了材料的使用范围。
实施例1至6
实施例1至实施例6的铸钢材料的化学成分如下表1，各实施例的铸 钢中不可避免的杂质含量低于0.10％，且实施例1至实施例6的低合金铸 钢的冶炼方法和热处理方法与上述方法相同。
表1：
实施例 1 2 3 4 5 6
碳 0.21 0.19 0.22 0.234 0.25 0.21
硅 0.35 0.19 0.27 0.22 0.45 0.35
锰 1.2 1.3 1.1 0.81 0.73 1.2
镍 0.3 0.36 0.33 0.27 0.5 0.42
镧 0.0023 0.0016 0.00388 0.00356 0.00256 0.00296
铈 0.0317 0.0242 0.0414 0.0374 0.0372 0.0314
钛 0.0316 0.0296 0.0347 0.0351 0.0613 0.0498
硼 0.00197 0.00213 0.00186 0.0022 0.00412 0.00356
铬 0.04 0.24 0.07 0.1 0.07 0.18
钼 0.1 0.07 0.1 0.06 0.047 0.05
对比实施例1
本实施例与实施例1基本相同，仅改变所述镍含量，以质量百分含量 计所述镍含量为0.25％。
对比实施例2
本实施例与实施例1基本相同，所述铸钢材料中不添加所述镧、铈、 钛、硼。
对比实施例3
本实施例与实施例1基本相同，改变所述铸钢件材料的含量及组分， 以质量百分含量计所述铸钢材料包括碳0.15％，硅0.5％，锰0.9％，镍0.3％， 铌0.04％，余量为铁和不可避免的杂质。
对实施例1至6以及对比实施例1～4所制备的铸钢件进行性能检测， 检测结果如表2所示。
表2：
Figure BDA0002577566350000051
Figure BDA0002577566350000061
从表2可得知：适量的提高镍含量有助于提高铸钢件的低温下的耐冲 击性能，增加了微量元素同时可提高铸钢件的韧性和强度。
以上所述仅是本发明优选的实施方式，但本发明的保护范围并不局限 于此，任何基于本发明所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换都 应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种耐低温承压铸钢件制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)根据铸钢件的形状设计并制作模具，再采用铸造砂和模具制作铸钢件砂型；
(2)将铸钢件材料所需钢水采用中频炉熔炼，所述铸钢件材料包括以下组分及其质量百分比：碳0.15％～0.25％，硅0.15％～0.6％，锰0.7％～1.5％，镍0.3％～0.6％，铬0.0％～0.3％，钼0.0％～0.1％，镧0.0015％～0.004％，铈0.02％～0.05％，钛0.025％～0.1％，硼0.0015％～0.006％，余量为铁和不可避免的杂质；
(3)将步骤(2)熔炼的钢水浇注在步骤(1)制作的铸钢件砂型内，冷却、保温去应力处理、脱砂、打磨得到铸钢件；
(4)对铸钢件进行热处理，所述热处理是指先将铸钢件升温至800～950℃保温2h出炉，在50min内冷却至室温；再将铸钢件入炉升温至500～650℃保温3h出炉，在100min内冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的一种耐低温承压铸钢件制备方法，其特征在于：以质量百分含量计所述铸钢材料包括：碳0.19％，硅0.19％，锰1.1％，镍0.36％，铬0.1％，钼0.06％，镧0.0016％，铈0.042％，钛0.0296％，硼0.00213％，余量为铁和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种耐低温承压铸钢件制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述冷却采用空冷、水冷或风冷。
4.一种根据权利要求1～3任一权利要求所述的耐低温承压铸钢件制备方法制备的铸钢件。
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