CN115287552A - 一种轻量化低合金钢铸件、制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轻量化低合金钢铸件、制备方法及其应用，属于金属材料领域，目的在于提供一种轻量化的低合金钢铸件，满足重载汽车等的轻量化要求，该铸钢件采用包括如下重量百分比的组分制备而成：C：0.15~0.4%；Si：0.6~3%；Mn：1.2~2.5%；Cr：0.3~1.0%；Mo：0.2~2.0%；Al：0.03~0.1%；V：0.00~0.1%；Ti：0.00~0.08%；余量为Fe及不可避免的杂质。本发明以Si、Mn为主要的合金元素，加以适当的Cr、Mo、Al合金元素；同时，采用常规中频炉熔炼工艺，通过砂铸或精铸成型，淬火后加低温回火，得到以回火马氏体为主，少量贝氏体和残余奥氏体的复相组织。经测定，具有该组织的轴承毂铸件抗拉强度≥1400MPa，延伸率≥8%，完全满足该产品轻量化要求，而且安全性大大提高。

Description

一种轻量化低合金钢铸件、制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及材料领域，尤其是金属材料领域，具体为一种轻量化低合金钢铸件、制备方法及其应用。
背景技术
目前，市场上重卡汽车配件的铸件材质主要以球墨铸铁为主，常用的球墨铸铁牌号有QT400-18，QT400-15，QT450-10(铁素体基体)；QT500-7，QT600-3(铁素体+珠光体基体)；QT700-2，QT800-2(珠光体基体)；QT900-2(贝氏体基体)。
近年来，为降低运输行业的能耗，国家出台了要求相关重载汽车制造轻量化的政策。重卡轻量化需求替代材料的抗拉强度≥1200MPa，延伸率不低于8％，传统球铁材料显然难以满足要求。
进一步，重卡轻量化具有如下意义：
(1)重载汽车整车轻量化后，同型号重载汽车货物装载量增加，能够降低运输成本，提高运输效率；
(2)当装载量相同时，采用轻量化的重卡能耗更低，有利于减少总体尾气排放量；
(3)当重卡采用轻量化设计后，能够减少整体金属材料资源的用量，降低资源消耗；
(4)选用高性能的金属材料实现重卡轻量化要求，有利于减少重卡的维护保养费用，降低重卡运行成本。
近年来，也有该领域人员进行一些强度较高，延伸率有所提升的球墨铸铁材料的开发，但效果仍不理想，抗拉强度只能达到800～900MPa，延伸率≤6％，而且性能极不稳定，参差不齐。
目前，国际上极少数国家(美国是典型)在球墨铸铁材料基础上，通过盐浴等温淬火热处理工艺开发了一种奥贝球铁材料，性能可达到：抗拉强度≥1000MPa，延伸率可达8％。即便如此，材料性能仍未达到市场需要。另外，此工艺所需的盐浴等温淬火设备极其昂贵(1000万元以上/台)，所用淬火介质环保要求极高，而且作业技术难度很大。目前，在国内该技术还未开发成功。
为此，迫切需要一种材料和/或方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的发明目的在于，提供一种轻量化低合金钢铸件及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种轻量化低合金钢铸件，采用包括如下重量百分比的组分制备而成：
C：0.15～0.4％；
Si：0.6～3％；
Mn：1.2～2.5％；
Cr：0.3～1.0％；
Mo：0.2～2.0％；
Al：0.03～0.1％；
V：0.00～0.1％；
Ti：0.00～0.08％；
余量为Fe及不可避免的杂质。
前述轻量化低合金钢铸件的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备钢水
按配比称取各组分，熔炼成钢水，钢水成分按如下重量百分比配比：
C：0.15～0.4％；
Si：0.6～3％；
Mn：1.2～2.5％；
Cr：0.3～1.0％；
Mo：0.2～2.0％；
Al：0.03～0.1％；
V：0.00～0.1％；
Ti：0.00～0.08％；
余量为Fe及不可避免的杂质；
(2)铸造成型
将步骤(1)的钢水铸造成型，得到第一中间件；
(3)退火
将步骤(2)制备的第一中间件加热至850～950℃，保温3～6小时，进行完全退火处理，得到第二中间件；
(4)淬火
将得到的第二中间件加热至900～1000℃，保温2～5小时后，水淬至200～600℃，缓冷至回火温度，得到第三中间件；
(5)回火
将第三中间件加热至100～300℃，保温3～10小时后，空冷，即得轻量化低合金钢铸件。
所述步骤(2)中，将步骤(1)得到的钢水采用砂铸或精密铸造成型，得到第一中间件。
所述步骤(5)中，将第三中间件加热至100～300℃，保温3～10小时后，空冷至室温，即得轻量化低合金钢铸件。
所述步骤(1)中，采用中频炉熔炼制备钢水。
前述轻量化低合金钢铸件的应用。
将该铸件用于替代机械铸造部件。
将该铸件用于制备重卡汽车配件。
将该铸件用作轴承毂铸件。
轴承毂铸件是重卡汽车的关键零件。传统轴承毂材料使用球墨铸铁材料，其抗拉强度≤600MPa，延伸率≤8％，总体表现强度低，延伸率不高，难以保证轻量化后的安全使用。我国汽配行业近几年也有开发奥贝球铁用于替代传统球墨铸铁的尝试，但均未成功。这主要是因为，奥贝球铁虽然抗拉强度可达到900MPa左右，但延伸率不足5％，也无法满足轴承毂铸件的轻量化替代要求。
针对上述问题，本申请提供一种轻量化低合金钢铸件及其制备方法。具体地，本申请先用常规熔炼工艺炼钢，用砂铸或精密铸造成型，使钢水成分按如下百分比配比：C：0.15～0.4％；Si：0.6～3％；Mn：1.2～2.5％；Cr：0.3～1.0％；Mo：0.2～2.0％；Al：0.03～0.1％；V：0.00～0.1％；Ti：0.00～0.08％；余量为Fe及不可避免的杂质。其次，将上述铸钢加热到850～950℃，保温3～6小时进行完全退火处理。然后，将上述铸钢加热到900～1000℃，保温2～5小时后，水淬至200～600℃，缓冷至回火温度。最后，将上述铸钢件加热到100～300℃保温3～10小时后，空冷。
本发明以Si、Mn为主要合金元素，并添加Cr、Mo、Al、V、Ti这些提高淬透性作用的元素；其中，Mn是提高淬透性作用最强的元素；同时，提高淬透性的元素含量越高，过冷奥氏体越稳定，在连续冷却过程中更易于得到马氏体或贝氏体组织。
本申请中，Mn含量≤2.5％，基体组织强度随Mn含量增加而增加，但韧性、塑性降低不明显。同时，加以少量Cr，Mo中强碳化物形成元素，通过沉淀强化提高钢的强度。另外，Mo、Al、V、Ti强烈阻止奥氏体晶粒长大，细化奥氏体。
本发明以Si、Mn为主要的合金元素，加以适当的Cr、Mo、Al合金元素；同时，采用常规中频炉熔炼工艺，通过砂铸或精铸成型，淬火后加低温回火，得到以回火马氏体为主，少量贝氏体和残余奥氏体的复相组织。经测定，具有该组织的轴承毂铸件抗拉强度≥1400MPa，延伸率≥8％，完全满足该产品轻量化要求，而且安全性大大提高。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例
本实施例采用包括如下步骤的方法制备轻量化低合金钢铸件：
(1)用常规中频炉熔炼，使钢水成分(百分比配比)如下表1所示。
(2)采用砂铸或精密铸造成型将步骤(1)的浇注成梅花试样，得到第一中间件。
(3)退火处理；
(4)淬火处理；
(5)回火处理。
表1钢水成分(重量百分比)
Figure BDA0003803293140000041
其中，相应反应条件如下表2所示。
表2反应条件
Figure BDA0003803293140000042
对本申请制备的样品进行测定，测地结果如下表3所示。
表3测定结果
实施例 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 延伸率(％) 收缩率(％)
001 1475 1164 9.5 26
002 1433 1133 10 36
003 1561 1253 8.2 24
004 1542 1278 8 27.5
005 1412 1125 11 34
006 1492 1218 9.5 25
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种轻量化低合金钢铸件，其特征在于，采用包括如下重量百分比的组分制备而成：
C：0.15~0.4%；
Si：0.6~3%；
Mn：1.2~2.5%；
Cr：0.3~1.0%；
Mo：0.2~2.0%；
Al：0.03~0.1%；
V：0.00~0.1%；
Ti：0.00~0.08%；
余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述轻量化低合金钢铸件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）制备钢水
按配比称取各组分，熔炼成钢水，钢水成分按如下重量百分比配比：
C：0.15~0.4%；
Si：0.6~3%；
Mn：1.2~2.5%；
Cr：0.3~1.0%；
Mo：0.2~2.0%；
Al：0.03~0.1%；
V：0.00~0.1%；
Ti：0.00~0.08%；
余量为Fe及不可避免的杂质；
（2）铸造成型
将步骤（1）的钢水铸造成型，得到第一中间件；
（3）退火
将步骤（2）制备的第一中间件加热至850~950℃，保温3~6小时，进行完全退火处理，得到第二中间件；
（4）淬火
将得到的第二中间件加热至900~1000℃，保温2~5小时后，水淬至200~600℃，缓冷至回火温度，得到第三中间件；
（5）回火
将第三中间件加热至100~300℃，保温3~10小时后，空冷，即得轻量化低合金钢铸件。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，将步骤（1）得到的钢水采用砂铸或精密铸造成型，得到第一中间件。
4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述步骤（5）中，将第三中间件加热至100~300℃，保温3~10小时后，空冷至室温，即得轻量化低合金钢铸件。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中，采用中频炉熔炼制备钢水。
6.根据权利要求1所述轻量化低合金钢铸件的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，将该铸件用于替代机械铸造部件。
8.根据权利要求6或7所述的应用，其特征在于，将该铸件用于制备重卡汽车配件。
9.根据权利要求6或7或8所述的应用，其特征在于，将该铸件用作轴承毂铸件。
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