[发明专利]一种低碳当量高强韧性铸钢

说明书

技术领域

本发明属于低合金钢材料铸造技术领域，具体涉及一种低碳当量高强韧性铸钢。

背景技术

由于矿山车使用环境恶劣，工作路况差，环境温度低，工作时间长，工作时受到较大冲击负荷，因而其关键零部件----支撑轴等铸件要求具有较高的屈服强度（不小于585Mpa）和抗拉强度（不小于725Mpa），良好的塑性（延伸率不低于20%）和韧性（-40℃冲击不小于27J），且具有良好的焊接性（碳当量Cev≤0.60％）。

美国标准ASTM A487《Standard Specification for Steel Castings Suitable for Pressure Service》中4B其化学成分及机械性能如下表：

当ASTMA4874B材料满足强度指标时，Ce就大于0.60％，此时材料焊接性能不佳，塑性不够好，低温冲击也不够理想，不能满足矿山车用铸件使用要求；而当对该材料限制碳当量Ce≤0.60％，虽然焊接性能明显改善，但其强度指标又达不到要求，故也不能满足使用要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有铸钢材料焊接性能与强度指标不能兼顾的缺陷，提供一种焊接性能与强度指标均能满足矿山车使用的一种低碳当量高强韧性铸钢及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种低碳当量高强韧性铸钢，其化学成分重量百分比为：C0.14-0.18%，Si0.30-0.60%，Mn1.00-1.20%，Cr0.40-0.60%，Ni0.70-0.80%，Mo0.20-0.30%，P≤0.025%，S≤0.020%，V0.02-0.03%，Nb0.03-0.05%，Cu≤0.020%,余量为Fe。

为制备上述低碳当量高强度韧性铸钢，采用电弧炉和AOD炉二次冶炼后采用高温热处理，电弧炉冶炼包括：

熔化：将铬含量不大于0.30%、铜含量不大于0.20%、配碳量大于0.50%的废钢料加入电弧炉里熔化成钢液后，检测钢液样品中的镍、钼含量，并加入根据重量配比计算的镍、钼合金；

氧化：进行吹氧脱碳，脱碳过程需不断放出炉渣并造新渣，取样检测C、P，当氧化P含量小于0.010%，C含量0.25-0.30%，停止吹氧；

预还原：当钢液温度达到1580℃以上时，快速扒除炉内氧化渣，加入0.20-0.30%硅铁还原并造稀薄渣，当温度达到1650℃以上，扒除干净炉渣。

用摇包将钢液从电弧炉转入所述AOD炉冶炼，所述AOD炉冶炼包括：

脱碳：采用惰性气体吹炼脱碳，取样检测C，当C含量0.12-0.14%时停止脱碳；

还原：依次按重量配比计算量加入锰，硅、铬、铌、钒合金，搅拌均匀，在AOD炉钢水出炉前，根据钢液检测结果，调整钢液化学成分，测量钢液温度，当钢液温度在1600-1630℃出钢；然后钢水出炉，在底注钢包内再次静置，最后浇注形成铸件；

热处理包括依次采用高温正火、淬火、回火工艺过程对铸件进行热处理，其中：

高温正火处理的过程是在940-960℃下保温5-6小时后在空气中冷却；

淬火处理的过程是在920-940℃下保温5-6小时后水冷；

回火处理的过程是在630-650℃下保温6-7小时后在空气中冷却。

本发明有益效果为将微合金化技术引入低碳铸钢生产，在保持焊接性能良好的情况下，大幅提高材料强度和低温韧性，完全满足矿山车关键零部件支撑轴的需求。

附图说明

图1为本发明实施例1热处理后的金相组织图；

图2为本发明实施例2热处理后的金相组织图；

图3为本发明实施例3热处理后的金相组织图。

具体实施方式

为达到低碳当量高强度韧性铸钢的机械性能要求和满足碳当量的要求，制备该钢种合金成分控制是关键，在冶炼中，需要做到如下：

1)为取得良好的焊接性，控制碳当量Cev以及取得良好的综合力学性能，要严格控制含碳量。钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳含量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏。用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%，而含碳量小于0.1%的低合金钢韧性较高但强度不高，故设计C为0.14-0.18%。

2)添加抑制渗碳体析出元素Si，改善钢的韧性并增强淬透性。同时Si也是能提高强度的元素，并对钢液脱氧有利，设计Si为0.3-0.6%。