[发明专利]一种超高强度高韧性低碳马氏体铸钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于低碳合金铸钢热处理工艺技术领域，具体涉及一种超高强度高韧性低碳马氏体铸钢及其制备方法。

背景技术

钢铁一直是国家经济建设、社会发展的重要支柱。随着我国经济的高速发展，钢铁的需求量连年激增，产量也随之剧增。从1996年我国的粗钢产量突破1亿吨，跃居世界第一，至2012年我国大陆粗钢产量7.16亿吨，占全球钢产量的46.3％，几年时间我国钢铁产量翻了几番，为我国公路、铁路交通、城市建设、国防建设等提供了强大助力。然而不可避免的是，钢铁产量的增加也带来了严重的资源、能耗和环境问题。特别是在当前国家可持续发展战略部署下，节能减排、保护环境、治理雾霾，已成为全国人民关注的焦点之一。虽然我国是一个钢铁大国，但还并非钢铁强国，普通钢材产能过剩，而有些高性能钢材却还依赖进口。因此，研发生产高性能的钢种将是缓解我国钢铁产能过剩、减轻环境污染并有效提高我国钢铁硬实力的重要途径之一。

目前钢铁市场上应用的铸钢按组织主要可分为三类：(1)调质处理得到的低强度的珠光体-铁素体铸钢；(2)空冷或等温处理得到的贝氏体铸钢；(3)高强度的淬火-低温回火的马氏体铸钢。然而，上述三种铸钢普遍存在着强度与韧性、焊接性的矛盾。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高强度高韧性低碳马氏体铸钢及其制备方法，该马氏体铸钢综合力学性能优异，具有极好的强韧性配合，良好的塑性和焊接性，较高的硬度及低的缺口敏感性；该制备方法操作简单，节能环保，适合工业化大规模生产。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种超高强度高韧性低碳马氏体铸钢，以质量百分比计，该超高强度高韧性低碳马氏体铸钢的化学成分为：C：0.10％～0.25％，Cr：0.5％～1.5％，Mn：0.5％～2.5％，Si：0.5％～2％，Mo：0.1％～0.5％，V：0.1％～0.5％，Ni：0.1％～0.4％，Cu：0.1％～0.3％，Ca：0.05％～0.1％，P≤0.02％，S：≤0.02％，余量为铁。

该超高强度高韧性低碳马氏体铸钢的抗拉强度为1400～1500MPa，在-40℃的AKv达32J，韧脆转变温度低于-56℃。

一种超高强度高韧性低碳马氏体铸钢的制备方法，包括以下步骤：

1)按照权利要求1所述的超高强度高韧性低碳马氏体铸钢化学成分的比例取原料钢、铬铁、硅铁、生铁钼铁、钒铁、电解镍、纯铜、锰铁及硅钙线；先将原料钢、铬铁、硅铁及生铁加热升温至原料熔化成钢水，向钢水中依次加入钼铁、钒铁、电解镍、纯铜及锰铁，保温直至加入的成分均匀化，得到钢液；

2)将钢液加热至1600℃～1650℃，再加入占钢液质量0.10％～0.20％的铝脱氧，然后向钢液中加入硅钙线，在温度不超过1550℃的条件下，进行浇铸；

3)将浇铸所得的铸件由室温加热至910℃～950℃，保温1～5h后水淬处理，再经200℃～300℃回火处理2～4h，制得超高强度高韧性低碳马氏体铸钢。

步骤2)加入硅钙线的成分为Ca：28％，Si：55％，余量为Fe，且硅钙线要在出钢前均匀地加入钢液中。

步骤1)是将原料钢、铬铁、硅铁及生铁装入中频感应炉中加热升温至原料熔化成钢水。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

1、本发明的超高强度高韧性低碳马氏体铸钢综合力学性能优异，与一般铸钢相比，本发明的低碳马氏体铸钢具有极好的强韧性配合，其抗拉强度可达到1400～1500MPa的超高强度，并且具有极好的强韧性配合，良好的塑性，较高的硬度，低的缺口敏感性，高淬透性及残余应力小等特点。

2、超高强度高韧性低碳马氏体铸钢的低温冲击韧性良好，在-40℃时AKv可达32J，并且其韧脆转变温度低于-56℃，在低碳铸钢领域已经达到并超过目前世界上的先进水平。

3、本发明的低碳马氏体铸钢由于具有较低的碳当量，焊接前后组织内应力小，焊接裂纹倾向小，因而焊接性能良好。

4、本发明的低碳马氏体铸钢热处理工艺简单、制造容易、节能效果良好，生产效率高。在浇铸后不需另外进行锻造或轧制，而只需要进行简单的淬火加回火就可以得到性能优异的低碳马氏体组织，能够节约大量能源。