CN113005263A - 合金铸钢、合金铸钢的热处理方法及其应用 - Google Patents
合金铸钢、合金铸钢的热处理方法及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113005263A CN113005263A CN201911325309.7A CN201911325309A CN113005263A CN 113005263 A CN113005263 A CN 113005263A CN 201911325309 A CN201911325309 A CN 201911325309A CN 113005263 A CN113005263 A CN 113005263A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cast steel
- alloy cast
- percent
- steel
- mass
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910001208 Crucible steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 156
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 118
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 117
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 9
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 9
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims description 15
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 11
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims description 9
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims description 9
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 22
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 abstract description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 57
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 57
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 11
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 10
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 8
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 7
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 6
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 3
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 2
- JKULTISBNPLSEA-UHFFFAOYSA-N [Ni].[Mo].[Mn] Chemical compound [Ni].[Mo].[Mn] JKULTISBNPLSEA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 229910001339 C alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N D-glucitol Chemical group OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N 0.000 description 1
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001182 Mo alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- OGSYQYXYGXIQFH-UHFFFAOYSA-N chromium molybdenum nickel Chemical compound [Cr].[Ni].[Mo] OGSYQYXYGXIQFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000003137 locomotive effect Effects 0.000 description 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/004—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr and Ni
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/005—Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/008—Heat treatment of ferrous alloys containing Si
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
Abstract
本发明提供一种合金铸钢、合金铸钢的热处理方法及其应用。以质量百分含量计，该合金铸钢包括：碳0.12%～0.31%，硅≤0.6%，锰1.0%～1.6%，镍0.6%～1.0%，钼0.3%～0.6%，铬0.3%～0.7%，磷≤0.020%，硫≤0.015%，铌0.02%～0.08%，余量为铁和不可避免的杂质。采用低C高Mn高Ni的合金配比提升材料的低温韧性，并利用微合金化元素Nb的强化作用进一步提升材料的强韧性，得到一种强度高，低温韧性好，成本低的合金铸钢，铸钢材料可用于制造在严寒地区低温环境（‑60℃）下运行的铁路机车车辆的相关零部件。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料领域，具体而言，涉及一种合金铸钢、合金铸钢的热处理方法及其应用。
背景技术
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，近年来铁路机车车辆及相关零部件的出口量持续增加。受地理环境的影响，高纬度高寒地区对铁路机车车辆零部件的力学性能特别是低温韧性提出了更高的要求。例如俄罗斯机车车辆公司的企业标准一般要求货车使用的低碳合金铸钢-60℃冲击吸收功不低于17J，我国铁路铸钢材料沿袭AAR标准开发的E级钢对-60℃冲击吸收功不作要求，无法满足高寒地区的使用要求。
铁路机车车辆铸件对材料的强度要求较高，主要使用的材料一般为铸造碳钢和低合金钢，其中铸造碳钢材料的强度一般较低，其最低的使用温度一般在-45℃以上，不适合高寒地区使用。低合金铸钢通过加入一定量合金元素可以保持一定的铸钢强度同时兼顾材料的韧性，比较适合作为高寒地区使用。目前在使用的低温铸钢主要包括低镍钢、锰镍钼钢和镍铬钼钢，这些钢种的强度高于低碳钢，最低使用温度可达-110℃左右，但目前我国研制出的耐低温低合金铸钢其屈强度都一般在400MPa以下，很难在保证较好的低温韧性同时保证较高的屈服强度，对于高纬度地区对材料强度要求的产品仍不能适用。
专利CN201310711790通过调整Ｅ级钢成分，利用电弧炉降低材料中Ｐ、S等杂质元素含量，控制残留Al的含量，降低Ni元素含量，使其-60℃下低温冲击韧性（U型缺口）达到了25J，并且降低了材料的成本。但是材料的延伸率相比于E级钢有所牺牲，并且其低温冲击韧性的测定试样为U型缺口试样，其低温冲击值转化为V型缺口试样测定的话会有较大程度的下降，性能相比Ｅ级钢并未有较大提升，并且其材料冶炼采用电弧炉冶炼，对铸造厂的设备有较高要求，对于其可应用推广范围有所限制。急需解决的问题，形成更高强度等级、耐低温性能更好易于批量生产的低温铸钢铸件材料的制备方法。
专利CN101545077B采用了低C、中Mn、低N、微Nb合金化、超微Ti处理低合金钢的成分体系，提高了钢中酸溶Als含量并控制其范围、控制无因次Ni当量≥0.50及(Mn当量)/C≥15、少量(Cu+Ni+Cr)合金化、Ca处理且Ca/S比在1.0～3.0之间且(％Ca)×(％S)0.28≤1.0×10-3，优化控轧及后续热处理工艺，获得极高的超低温韧性(-80℃及以下)，但综合力学性能远远不能完全满足铁路机车车辆零部件的使用要求。
综上所述，现有技术中的合金铸钢的低温韧性均难以满足高寒地区的使用要求。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种合金铸钢、合金铸钢的热处理方法及其应用，以解决现有技术中合金铸钢的低温韧性均难以满足高寒地区的使用要求的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种合金铸钢，该合金铸钢属于锰镍钼合金系列铸钢，另通过添加适当微合金化元素Nb，得到一种强度高，低温韧性好，成本低的合金铸钢。以质量百分含量计，合金铸钢成分包括：碳0.12%～0.31%，硅≤0.6%，锰1.0%～1.6%，镍0.6%～1.0%，钼0.3%～0.6%，铬0.3%～0.7%，磷≤0.020%，硫≤0.015%，铌0.02%～0.08%，余量为铁和不可避免的杂质。
进一步地，上述合金铸钢中，锰的质量百分含量为1.1%～1.52%。
进一步地，上述合金铸钢中，镍的质量百分含量为0.65%～0.91%。
进一步地，上述合金铸钢中，钼的质量百分含量为0.39%～0.53%。
进一步地，上述合金铸钢中，碳的质量百分含量为0.16%～0.22%。
进一步地，上述合金铸钢中，硅的质量百分含量为0.30%～0.48%。
进一步地，上述合金铸钢中，铬的质量百分含量为0.38%～0.66%。
进一步地，上述合金铸钢中，铌的质量百分含量为0.04%～0.06%。
进一步地，上述合金铸钢的抗拉强度大于等于850MPa，优选合金铸钢的下屈服强度大于等于700MPa，优选合金铸钢的断后伸长率大于等于14%；优选合金铸钢的-60℃的夏比V型冲击吸收能量大于等于20J。
进一步地，上述合金铸钢的热处理步骤包括：在1600℃以上将钢液出钢后，在1550℃～1590℃下浇注在铸型中，冷却后得到固态合金铸钢；将固态合金铸钢升温至900℃～960℃并保温3～5小时；将保温3～5小时后的固态合金铸钢在常温水介质中冷却至80℃～150℃，以进行淬火处理；将淬火处理后的合金铸钢在590℃～630℃下保温3～5小时，以进行回火处理；以及将回火处理后的固态合金铸钢空冷至室温，得到高强度耐低温合金铸钢。
根据本发明的又一方面，提供了一种铁路机车车辆的零部件，该零部件采用合金铸钢制备而成，该铸钢为上述任一种的合金铸钢，优选上述铁路机车车辆为在严寒温度以下环境中运行的铁路机车车辆。
根据本发明的又一方面，提供了一种铁路机车车辆，包括零部件，该零部件为上述的零部件。
应用本发明的技术方案，通过合理的设置合金添加含量，添加的合金种类与含量均较少，成分容易控制，因此，使得合金铸钢的生产成本低；通过Mn/Ni/Mo的搭配，保证Mn/C（质量百分含量比）≥5，2.5≤Mn/Mo（质量百分含量比）≤3，保证材料具良好的低温韧性同时有较高强度，又通过设计添加微量的Nb，利用其强化作用保证材料具有较高的强度。另外，限制了磷与硫元素的含量，磷对铸钢有脆化作用主要是因为磷易偏析于晶界，从而降低晶界的表面能；其次磷还能在晶界上形成磷共晶型非金属夹杂Fe3P，造成晶界脆化；而硫在钢中溶解度很低，容易生成低熔点的FeS等硫化物，这种非金属夹杂物会引起局部应力集中，从而引起钢的脆化，磷与硫元素均会导致韧脆转变温度的提高，因此将硫和磷的含量控制在上述范围内，能尽可能增加铸钢的低温韧性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，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不当限定。在附图中：
图1示出了采用Observer.A1m型金相显微镜测试得到的本发明实施例1的合金铸钢的金相组织放大100倍时的金相图；
图2示出了采用Observer.A1m型金相显微镜测试得到的根据本发明实施例1的合金铸钢的金相组织放大500倍时的金相图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如本申请背景技术所分析的，现有技术中合金铸钢的低温韧性均难以满足高寒地区的使用要求，为了解决该问题，本申请提供了一种合金铸钢、合金铸钢的热处理方法及其应用。
在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种铸钢，以质量百分含量计，该铸钢包括：碳0.12%～0.31%，硅≤0.6%，锰1.0%～1.6%，磷≤0.020%，硫≤0.015%，铬0.3%～0.7%，镍0.6%～1.0%，钼0.3%～0.6%，铌0.02%～0.08%，余量为铁和不可避免的杂质。
通过合理的设置合金添加含量，添加的合金种类与含量均较少，成分容易控制，因此，使得合金铸钢的生产成本低。镍和锰可以改善钢的低温韧性，同时能够提升钢的淬透性，因此选择合适的镍锰含量，加入适量钼抑制高强度铸钢的回火脆性，使钢在回火时析出的碳化物更细小、均匀、稳定，选用上述含量的锰镍钼配合使用可使材料具有极高的冲击韧性。另外，限制了磷与硫元素的含量，磷对铸钢有脆化作用主要是因为磷易偏析于晶界，从而降低晶界的表面能；其次磷还能在晶界上形成磷共晶型非金属夹杂Fe3P，造成晶界脆化；而硫在钢中溶解度很低，容易生成低熔点的FeS等硫化物，这种非金属夹杂物会引起局部应力集中，从而引起钢的脆化，磷与硫元素均会导致韧脆转变温度的提高，因此将硫和磷的含量控制在上述范围内，能尽可能增加铸钢的低温韧性。
在本申请一种优选的实施例中，为了在降低铸钢成本的基础上，进一步发挥镍在低合金钢中对低温韧性的作用，优选上述铸钢中，镍的质量百分含量为0.65%～0.91%。
另外，为了尽可能降低硫磷对提高铸钢低温韧性的负面影响，优选上述铸钢中，磷和硫的质量百分含量之和≤0.035%。
碳在合金铸钢中的主要作用是形成珠光体或弥散析出的合金碳化物从而使合金铸钢得到强化，但碳会急剧降低钢的低温韧性，使钢的冷脆性转变温度提高，为了使合金铸钢保持良好的可焊性和低的韧脆转变温度，优选上述合金铸钢中，碳的质量百分含量为0.16%～0.22%。
硅在铸钢中的主要作用是提高合金铸钢的强度和硬度，硅的加入不但可以与锰配合提高淬透性，还能够有效地抑制回火时碳化物从马氏体中析出与偏聚，使之在较高温度下仍然能够保持高的硬度，并可以降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性，但同时也在一定程度上降低钢的韧性和塑性，为了发挥硅的强化作用而又不损害铸钢的低温韧性，优选上述合金铸钢中，硅的质量百分含量为0.30%～0.48%。
锰在合金铸钢中的主要作用是增加铸钢组织中奥氏体的稳定性，细化珠光体，提高钢的淬透性，降低奥氏体向铁素体转变的相变温度，有研究表明，随着钢中Mn/C比值的增加，韧脆性转变温度直线下降，为了充分发挥锰的有效作用，优选上述合金铸钢中，锰的质量百分含量为1.1%～1.52%。
钼对铁素体具有固溶强化作用，在铸钢中主要作用是细化晶粒，提高钢的热稳定性，但是钼含量过高会降低钢的低温韧性，因此优选上述铸钢中，控制Mn/Mo加入比例在2.5~3之间，控制Mo的质量百分含量为0.39%～0.53%。
铬在铸钢中的主要作用是使铸钢具有良好的淬透性，铬能完全固溶于铁素体中，提高铸钢强度，而不降低其塑性，但Cr含量过高又会显著提高钢的脆性转变温度，还会促进钢的回火脆性，为了提高铸钢的强度，保持回火后的韧性，优选上述铸钢中应当控制Cr的含量，铬的质量百分含量为0.39%～0.66%。
铌在铸钢中的主要作用是通过细晶强化来提高铸钢的强度，值得一提的是钢的主要的强化方式一般有：细晶强化、间隙固溶强化、珠光体强化、置换固溶强化、沉淀强化、位错及位错亚结构强化和织构强化等。上述的强化方式均可以不明程度地提高钢的强度，但除了细晶强化会使韧性提高外，其它的几种强化手段都不同程度地降低了钢的塑性和韧性。Nb可以与C、N或O等形成碳化物或氮化物，这些形成的碳化物或者氮化物可以阻碍晶粒长大，使晶粒细化，增加了总的晶界面积，增大显微裂纹扩展阻力，从而使断裂应变加大；其次晶粒细化，同时开动的位错和位错增殖率都高，塑性变形均匀，塑性优良；此外晶粒细化，裂纹穿过晶粒消耗能量的增大，韧性提升；晶界总面积增大，晶界周围杂质减少，沿晶断裂倾向降低，最后也最为关键的是晶粒细化可以降低韧脆转变温度，为了改善铸钢的低温性能，优选上述铸钢中，铌的质量百分含量为0.04%～0.08%。
上述合金铸钢的抗拉强度大于等于850MPa，优选合金铸钢的下屈服强度大于等于700MPa，优选合金铸钢的断后伸长率大于等于14%；优选合金铸钢的-60℃的夏比V型冲击吸收能量大于等于20J。
在本申请另一种典型的实施方式中，合金铸钢的冶炼方法，该冶炼方法包括：按照上述任一种的合金铸钢的成分组成配制，先将无油无锈的清洁废钢、回炉料加入中频感应炉，然后加入Cr、Ni、Mo装于感应圈高度的1/2处，并靠近炉墙；Mn在钢液升温到出钢温度时加入；Mn加毕后向钢液中加入做为脱氧剂的铝进行终脱氧，然后加Si，加完Si后立即出钢；出钢时在钢包底部加入铝块终脱氧，出钢温度控制在1620℃以上，将钢液依次进行浇注和热处理，得到耐低温铸钢。
本申请的冶炼方法添加的合金种类与含量均较少，成分容易控制，因此使得合金铸钢的生产成本低；采用上述制备方法对形成合金铸钢的原料进行处理，实现了各成分作用的充分发挥。且通过热处理进一步增加了铸钢的低温韧性。
由于采用的冶炼冶炼工艺简单，因此普通中频感应炉冶炼也可实施，无需采用AOD精炼炉精炼处理，因而更便于工业化应用，而且冶炼时可以废钢利用，有利于进一步降本增效。
在本申请又一种优选的实施例中，将钢液依次进行浇注和热处理的步骤包括：在1600℃以上将钢液出钢后，在1550℃～1590℃下浇注在铸型中，冷却后得到合金铸钢；将合金铸钢进行预备热处理升温至900℃～960℃并保温3～5小时；将保温3~5小时后的合金铸钢在常温空气介质中冷却至室温；将预备热处后的铸钢升温至880℃~920℃保温3~5小时，然后出炉在常温水介质中冷却至80~150℃以进行淬火处理；将淬火处理后的合金铸钢在590℃～630℃下保温3～5小时，以进行回火处理，以及将回火处理后的合金铸钢空冷至室温，得到铸钢。
在本申请又一种典型的实施方式中，提供了一种铁路机车车辆的零部件，该零部件采用合金铸钢制备而成，该合金铸钢为上述任一种合金铸钢，优选上述铁路机车车辆为在严寒温度以下环境中运行的铁路机车车辆。在本申请又一种典型的实施方式中，提供了一种铁路机车车辆，包括零部件，该零部件为上述的零部件。由于本申请的铸钢具有上述优异的力学性能，因此利用其制作的零部件也具有优异的力学性能，满足严寒地区的铁路机车车辆的使用要求。以下将结合实施例和对比例，进一步说明本申请的有益效果。
实施例1
本实施例的低合金中强度低温铸钢的化学成分（质量百分含量）为：碳0.21%、硅0.48%、锰1.2%、磷0.020%、硫0.010%、铬0.39%、镍0.78%、钼0.53%，铌0.06%，余量为铁及其他不可避免的杂质，不可避免的杂质含量低于0.1%；本实施例的合金铸钢中磷+硫的总含量为0.028%。
合金铸钢的热处理为：先在电阻炉中将钢制件升温至930℃，在此温度下保温3小时，然后出炉空冷至室温，然后再将钢制件升温至910℃，在此温度下保温3小时，在常温水介质中冷却至120℃；在6个小时内将淬火处理后的铸钢送入电阻炉中在610℃进行回火处理，保温4小时，保温结束后出炉进行空冷冷至室温完成热处理，得到实施例1的合金铸钢。
采用Observer.A1m型金相显微镜检测所得到铸钢的金相结构，检测结果见图1和图2，图1为本实施例的低温铸钢经淬火+回火后金相组织放大100倍时的金相图，图2为本实施例的低温铸钢经淬火+回火后金相组织放大500倍时的金相图，从图中可见，本实施例的低温铸钢经淬火+回火处理后的金相组织为细小的回火索氏体组织，且晶粒度≥7.5级。
实施例2至12
实施例2至实施例12的耐低温合金铸钢的化学成分如下表1，各实施例的耐低温合金铸钢中不可避免的杂质含量低于0.10%。且实施例2至实施例12的合金铸钢的冶炼方法和热处理方法与实施例1相同。
表1
按照《中华人民共和国铁道行业标准》（TB/T2942-2015）中规定的方法对上述各实施例和对比例的铸钢的力学性能进行测定，所用试样为基尔试块。测得合金铸钢的机械性能见表2，符合A.A.R标准美国铁道协会标准M-201-05的相关规定。
表2
比较表2中的数据可以看出，基于以上的实施例，铸钢的抗拉强度大于等于850MPa，铸钢的下屈服强度大于等于700MPa，铸钢的断后伸长率大于等于14%；铸钢的-60℃的夏比V型冲击吸收能量大于等于20J。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
通过合理的设置合金添加含量，添加的合金种类与含量均较少，成分容易控制，因此，使得铸钢的生产成本低。镍是降低钢的冷脆转变温度作用最大的元素，因为镍是扩大奥氏体区域的元素，可以强化基体，提高韧性；镍能提高碳的活度，增强碳原子在位错周围的偏聚与沉淀，从而阻碍位错的移动而使钢强化；镍和锰可以改善钢的低温韧性，同时能够提升钢的淬透性，因此选择合适的镍锰含量，加入适量钼抑制高强度铸钢的回火脆性，使钢在回火时析出的碳化物更细小、均匀、稳定，选用上述含量的锰镍钼配合使用可使材料具有极高的冲击韧性。同时选择了合适的Nb的加入量（0.04%～0.08%），能有效抑制铸造过程和热处理过程中奥氏体晶粒长大，同时强化基体和提高铸钢的淬透性。另外，限制了磷与硫元素的含量（磷和硫的质量百分含量之和≤0.035%），磷对铸钢有脆化作用主要是因为磷易偏析于晶界，从而降低晶界的表面能；其次磷还能在晶界上形成磷共晶型非金属夹杂Fe3P，造成晶界脆化；而硫在钢中溶解度很低，容易生成低熔点的FeS等硫化物，这种非金属夹杂物会引起局部应力集中，从而引起钢的脆化，磷与硫元素均会导致韧脆转变温度的提高，因此将硫和磷的含量控制在上述范围内，能尽可能增加铸钢的低温韧性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之。
Claims (13)
1.一种合金铸钢，其特征在于，以质量百分含量计，所述合金铸钢包括：碳0.12%～0.31%，硅≤0.6%，锰1.0%～1.6%，镍0.6%～1.0%，钼0.3%～0.6%，铬0.3%～0.7%，磷≤0.020%，硫≤0.015%，铌0.02%～0.08%，余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的合金铸钢，其特征在于，所述合金铸钢中，Mn/C（质量百分含量比）≥5，2.5≤Mn/Mo（质量百分含量比）≤3。
3.根据权利要求1所述的合金铸钢，其特征在于，所述合金铸钢中，所述镍的质量百分含量为0.65%～0.91%。
4.根据权利要求1所述的合金铸钢，其特征在于，所述合金铸钢中，所述锰的质量百分含量为1.1%～1.52%。
5.根据权利要求1所述的合金铸钢，其特征在于，所述合金铸钢中，所述钼的质量百分含量为0.39%～0.53%。
6.根据权利要求1所述的合金铸钢，其特征在于，所述合金铸钢中，所述碳的质量百分含量为0.16%～0.22%。
7.根据权利要求1所述的合金铸钢，其特征在于，所述合金铸钢中，所述硅的质量百分含量为0.35%～0.48%。
8.根据权利要求1所述的合金铸钢，其特征在于，所述合金铸钢中，所述铬的质量百分含量为0.38%～0.66%。
9.根据权利要求1所述的合金铸钢，其特征在于，所述合金铸钢中，所述铌的质量百分含量为0.04%～0.06%。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的合金铸钢，其特征在于，所述合金铸钢的抗拉强度大于等于850MPa，优选所述合金铸钢的下屈服强度大于等于700MPa，优选所述合金铸钢的断后伸长率大于等于14%；优选所述合金铸钢的-60℃的夏比V型冲击吸收能量大于等于20J。
11.根据权利要求10所述的合金铸钢的热处理方法，其热处理的步骤包括预备热处理和调质热处理两部分：
所述预备热处理为升温至900℃～960℃并保温3～5小时，然后出炉空冷至室温；
所述调质热处理在预备热处理后进行，具体工艺过程为：先升温至880~920℃保温3~5小时，然后在常温水介质中冷却至80℃～200℃以进行淬火处理；最后将淬火处理后的所述合金铸钢在590℃～630℃下保温3～5小时以进行回火处理。
12.一种铁路机车车辆的零部件，所述零部件采用权利要求1至9中任一项所述的合金铸钢制备而成，优选所述铁路机车车辆为在严寒温度以下环境中运行的铁路机车车辆。
13.一种铁路机车车辆，包括零部件，其特征在于，所述零部件为权利要求12所述的零部件。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911325309.7A CN113005263A (zh) | 2019-12-20 | 2019-12-20 | 合金铸钢、合金铸钢的热处理方法及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911325309.7A CN113005263A (zh) | 2019-12-20 | 2019-12-20 | 合金铸钢、合金铸钢的热处理方法及其应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113005263A true CN113005263A (zh) | 2021-06-22 |
Family
ID=76381994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911325309.7A Pending CN113005263A (zh) | 2019-12-20 | 2019-12-20 | 合金铸钢、合金铸钢的热处理方法及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113005263A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115354224A (zh) * | 2022-08-10 | 2022-11-18 | 乐山市泰钢鑫科机械制造有限公司 | 一种高韧高强抗低温低合金钢的材质及制备方法 |
-
2019
- 2019-12-20 CN CN201911325309.7A patent/CN113005263A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115354224A (zh) * | 2022-08-10 | 2022-11-18 | 乐山市泰钢鑫科机械制造有限公司 | 一种高韧高强抗低温低合金钢的材质及制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109023119B (zh) | 一种具有优异塑韧性的耐磨钢及其制造方法 | |
| CN110846580B (zh) | 一种高Mo高性能Mn-Cr系风电输出齿轮用钢及其生产方法 | |
| CN108950432B (zh) | 一种高强度、高韧性低合金耐磨钢的制造方法 | |
| US11313007B2 (en) | High-strength seamless steel pipe for oil country tubular goods, and method for producing the same | |
| CN109136779B (zh) | 一种马氏体基体1100MPa级稀土Q&P钢制备方法 | |
| CN110724807B (zh) | 具有良好冷成型性能的低合金高强耐热钢盘条及制备方法 | |
| CN107130172B (zh) | 布氏硬度400hbw级整体硬化型高韧性易焊接特厚耐磨钢板及其制造方法 | |
| CN110499474A (zh) | 耐高温400hb耐磨钢板及其生产方法 | |
| CN103088269B (zh) | 一种﹣120℃下具有高韧性的压力容器用钢及生产方法 | |
| CN109112397B (zh) | 一种1400MPa 级贝/马复相汽车用低碳Q&P钢制备方法 | |
| JP2013253265A (ja) | 時効硬化型ベイナイト非調質鋼 | |
| CN111748739A (zh) | 一种抗拉强度＞2100MPa耐热弹簧钢及其生产方法 | |
| JP2012214832A (ja) | 機械構造用鋼およびその製造方法 | |
| CN107937807A (zh) | 770MPa级低焊接裂纹敏感性压力容器钢及其制造方法 | |
| WO2019029533A1 (zh) | 铸钢、铸钢的制备方法及其应用 | |
| CN112877591A (zh) | 一种高强韧五金工具及链条用钢及其制造方法 | |
| CN112195405B (zh) | 一种经济型耐蚀耐磨钢及其制备方法 | |
| CN111961976A (zh) | 钢材、制备方法及其应用 | |
| CN113005263A (zh) | 合金铸钢、合金铸钢的热处理方法及其应用 | |
| KR102339890B1 (ko) | 강판 및 그 제조 방법 | |
| CN106987765A (zh) | 耐腐蚀性优异的弹簧用线材、钢丝及其制造方法 | |
| CN115896615A (zh) | 一种含硫37MnSiVSQ易切削非调质热轧圆钢及其制备方法 | |
| CN114277310B (zh) | 一种抗h2s腐蚀的油套管及其制造方法 | |
| CN109881123B (zh) | 一种1000Mpa级高强度亚稳态奥氏体-马氏体不锈钢 | |
| CN107338396A (zh) | 高淬透性储气库用无缝钢管及其生产方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Country or region after: China Address after: 213011 258 Wuyi Road, Changzhou, Jiangsu Applicant after: CRRC Qishuyan Locomotive and Rolling Stock Technology Research Institute Co.,Ltd. Address before: 213011 258 Wuyi Road, Changzhou, Jiangsu Applicant before: CRRC QISHUYAN INSTITUTE Co.,Ltd. Country or region before: China |