[发明专利]一种高强高韧性耐寒耐磨铸钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强高韧性耐寒耐磨铸钢及其制备方法，涉及钢材制备技术领域。本本发明包括以下重量百分比的原料：0.17～0.22％的C、0.35～0.45％的Si、1.30～1.40％的Mn、不超过0.015％的P、不超过0.015％的S、不超过0.30％的Cr、0.20～0.30％的Ni、不超过0.30％的Cu、0.03～0.06％的Al、0.02～0.05％的Co，其余量为Fe；同时，包括金属冶炼、铸造成型和热处理；在热处理中，先对铸件进行正火或淬火，再对铸件进行回火；在热处理中，所述正火和所述淬火温度均为Ac3+70℃～100℃；以解决现在的低合金铸钢无法适应极端低温环境的问题，以实现一种能够在低至‑60℃的情况下，还能具备高强度和高韧性的目的。

技术领域

本发明涉及钢材制备技术领域，具体的说，是一种高强高韧性耐寒耐磨铸钢及其制备方法。

背景技术

在现代轨道交通装备和工程机械制造领域中，常使用低合金高强度钢制成其结构所需的铸件，在常温下具有较好的结构强度，在我国北方地区室外温度低于-20℃至-30℃的冬季，仍然保持一定的低温冲击韧性。在我国轨道交通装备和工程机械设备的大量出口和海外施工建设等情况下，在我国北方地区出现极寒天气的冬季和其他境外国家的极寒冬季较长的天气情况下，室外温度常常低于-40℃甚至-60℃。在这样的低温下，低合金高强度钢会发生冲击韧性转化为脆性而发生破坏，尤其是铸件，极易导致其冲击冲击韧性降低，给运行安全和施工安全带来极大隐患。

金属材料强度和韧性是相互制约的指标，一般情况下，提高强度，则冲击韧性下降，低温工作条件下，脆性断裂倾向加大。对于低合金铸钢件来说，在获得高强度同时又要较高韧性，特别是超低温韧性，采用传统的中频炉或电弧炉冶炼手段和工艺无法获得满足上述性能要求的钢水成分要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强高韧性耐寒耐磨铸钢，及其制备方法，以解决现在的低合金铸钢无法适应极端低温环境的问题，以实现一种能够在低至 -60℃的情况下，还能具备高强度和高韧性的目的。

为了解决上述问题并实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种高强高韧性耐寒耐磨铸钢，包括以下重量百分比的原料：0.17～0.22％的C、0.35～0.45％的Si、1.30～1.40％的Mn、不超过0.015％的P、不超过0.015％的S、不超过0.30％的Cr、0.20～0.30％的Ni、不超过0.30％的Cu、0.03～0.06％的Al、0.02～0.05％的Co，其余量为Fe。

这样，对于整个铸钢的成分而言，加入Ni可强化铁素体并细化珠光体，提高合金强度，减少对合金的冲击韧性、塑性损害，Ni可部分代替C，从而减小 C含量，提高合金的冲击韧性和塑性。同时，一定量的Ni加入后，能显著提高合金疲劳抗力和减小合金的缺口敏感性，低温状态时，降低合金低温脆性转变温度，保持较强冲击韧性。

加入锰Mn在冶炼过程中可与Al和C进行脱氧和脱硫，消除钢的热脆性。同时，还能与Fe形成固溶体，提高合金中铁素体和奥氏体的硬度和强度。并且，一定量的Mn与C结合，亦可降低合金临界转变温度，细化合金晶粒，提高合金强度。

加入硅Si后，Si能够溶于铁素体和奥氏体，提高钢的硬度和强度。同时，提高钢的弹性极限。

再者，加入钴Co可细化晶粒，降低钢的过热倾向性；还能够和铁形成连续固溶体，可代替镍，增加强度及耐热等性能；同时在回火或使用的过程中能够抑制、延缓其他元素特殊碳化物的析出和聚集；并且可强化钢的基体，在退火或正火状态中可提高碳素钢的硬度和强度；提高马氏体时效钢的综合力学性能，使其具有超强韧性；可降低奥氏体的稳定性，促使钢中奥氏体等温转变曲线(C -曲线)左移。

再者，本发明还提供了一种高强高韧性耐寒耐磨铸钢的制备方法，包括金属冶炼、铸造成型和热处理；

在热处理中，先对铸件进行正火或淬火，再对铸件进行回火；