[发明专利]一种高强度高韧性钢铁及其铸造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁铸造领域，具体涉及一种高强度高韧性钢铁及其铸造工艺。

背景技术

随着工业化进程的加快，废钢作为钢铁工业的主要原料之一，回收利用是钢铁工业循环经济的重要内容，同时也是我国经济与社会可持续发展的必要选择。生活处处离不开钢铁，比如汽车、电视、空调、机械部件、电脑部件等都需要钢铁材料。

在中国公开的专利申请CN103952622A中针对获得一种钒钛铁素体球墨铸铁汽车轮毂及其制备方法，采用步骤为熔炼原铁水、铸形准备、铁水球化、孕育处理、浇注铸件，该发明所得轮毂具有高韧性、高强度的优点。在中国公开的专利申请CN102191422B中针对一种Fe₂B块体钢铁基复合材料制备方法，该发明将预制备Fe₂B固定在铸模的地面或侧面，将钢液熔清后浇入铸膜进行浇铸，浇铸后保温7-9小时脱模，该发明制备的钢铁具有耐磨性能和耐腐蚀性能。

目前现有技术在一定程度上提高了耐磨性能和耐腐蚀性能，但是在强度和韧性方面还是不够好，不能满足工业生产需求。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出了一种高强度高韧性钢铁及其铸造工艺。本发明铸造所得钢铁具有高强度、高韧性的优点。

为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：

一种高强度高韧性钢铁，由以下百分含量的化学成分组成碳1.8-2.4％、硅0.8-2％、锰0.5-1％、铜0.1-0.15％、铬5-8％、钐0.04-0.12％、钛0.5-1％、钼0.08-0.14％、钨0.1-0.2％、钙0.4-0.6％、钒0.48-0.52％、P≤0.03％、S≤0.01％、余量为铁及其他杂质元素。

优选的，该高强度高韧性钢铁，由以下百分含量的化学成分组成：碳1.9-2.4％、硅0.9-2％、锰0.55-1％、铜0.11-0.15％、铬6-8％、钐0.05-0.12％、钛0.5-0.8％、钼0.09-0.14％、钨0.12-0.2％、钙0.45-0.6％、钒0.49-0.52％、P≤0.03％、S≤0.01％、余量为铁及其他杂质元素。

优选的，各化学成分通过以下原料进行添加：废钢、锰铁、铜矿石、钛铁、铬铁、钨铁、钒铁、钐铁、二氧化钼、二氧化硅、碳酸钙。

优选的，该高强度高韧性钢铁及其铸造工艺，包括如下几个步骤：

(1)熔炼：将称取的废钢、铜矿石、碳酸钙加入熔炼炉中，加热至熔融，保温10min，然后向其中加入钛铁、铬铁、钨铁、钒铁、钐铁、锰铁、二氧化钼、二氧化硅，继续升温至原料完全融化为铁水，然后调节温度为1700-1800℃，保温10min；

(2)孕育：将高级加硅脱氧孕育剂倒入浇包，然后冲入铁水，机械搅拌5-10min，然后进行成分分析、调整；

(3)除渣：成分分析合格后用喷枪向铁水中喷入适量除渣剂，机械搅拌均匀；

(4)浇铸：将铁水倒入浇铸机内浇铸得到钢铁粗成品；

(5)锻压：用锻压机将钢铁粗成品进行锻压得到毛坯；

(6)淬火：将毛坯放入温度为600-700℃高频淬火机中进行一次淬火，时间为30min，再进行二次淬火，至温度降为200-300℃；

(7)回火：将毛坯放入700-800℃真空环境中一次回火，持续时间为1-2h，再调节温度为500-600℃进行二次回火，持续时间为1-2h，得钢铁成品。

优选的，步骤(2)中搅拌速度为60r/min。

优选的，步骤(3)中除渣剂为珍珠岩砂。

优选的，步骤(4)中锻造温度为800-1200℃。

优选的，步骤(6)中一次淬火降温速度为10℃/s。

采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：铸造钢铁时，锰、钐、钨相互配合作用，能改善钢铁的金相组织、细化晶粒，提高钢铁的综合机械性能，特别是硬度、冲击韧性，增强了钢铁的抗磨能力。CaCO₃在900℃左右能受热分解CaO可进行铁水脱硫，降低钢铁中杂质元素S的含量，此外，CaCO₃的分解产物还有CO₂，高温时随着CO₂含量的增加，对铁水具有强烈的扰动作用，促进了各原料之间的接触，反应更加充分。本发明使用的高级加硅脱氧孕育剂具有良好的耐腐蚀性，在加热时形成的硫化钙和硫化锰，可以促进石墨化。

具体实施方式