一種低溫用低合金高強鑄鋼及其制備方法技術

本發明專利技術公開了低溫用低合金高強鑄鋼，該鑄鋼的成分及其，質量百分比為：碳0.10％-0.15％、錳0.30％-0.60％、硅0.10％-0.50％、磷0-0.015％、硫0-0.025％、鎳1.0％-1.4％、鉻0.20％-0.35％、鉬0.20％-0.35％、釩0.03％-0.06％、銅0-0.01％、鋁0-0.08％、余量為鐵。本發明專利技術的低合金高強鑄鋼是通過電爐+氬氧脫碳雙聯冶煉、澆注和正火+高溫回火處理制備而成。本發明專利技術的鑄鋼抗拉強度達570-590Mpa，屈服強度達460-475MPa，延伸率達25-27％，斷面收縮率達67-70％，碳當量≤0.45％，在-40。C時沖擊功達到110J。該鑄鋼強度高、韌性好，尤其具有優良的低溫韌性及焊接性能，并且合金元素添加少、熱處理工藝簡單、成本較低。特別適合制造對低溫韌性、焊接性要求苛刻的高強鑄鋼件材料。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及合金材料鑄造
，尤其涉及。
技術介紹
鑄鋼具有優良力學和物理化學性能，廣泛應用于運輸、礦山、石油、冶金等力學制造業中，僅2011年，中國全年鑄鋼件產量達到了 1100萬t，漲幅達48%。可見，鑄鋼行業具有巨大的發展潛力和經濟效益。惡劣的使用環境(低溫、重載、沖擊等)對鑄鋼的性能提出了更高要求:在保證較高強度的同時，還要求鑄鋼具備良好的低溫沖擊韌性和焊接性。傳統的鑄鋼材料，其成分含較高的碳含量(w(C)為0.15% 0.60%)，高碳含量能提高鋼的強度與硬度，但必然導致塑韌性差、焊接困難等問題，遠不能滿足鑄鋼的使用要求。目前，國內外對 低溫用鋼研究較多的是軋材，對低溫用鑄鋼研究較少。但是，礦山、冶金、石油等工業部門的許多低溫用零部件，由于形狀復雜與壁厚的原因，采用軋制成形，不僅工藝復雜，且制作成本昂貴，需要采用鑄造成形。鎳鉻奧氏體不銹鋼作為國內外普遍采用的鑄造低溫鋼，此類鋼有良好的低溫韌性，但屈服強度低，不能滿足零部件的強度指標，大量貴金屬的添加增加成本。因此，通過合理的成分設計、熔鑄及熱處理工藝，獲得一種制備工藝簡單、強韌性高、成本低、污染小，具有良好低溫韌性、焊接性的低溫用鑄鋼已成為一項技術問題。20世紀80年代，美國專利US4634476報道了此類鑄鋼在軍艦上重要需求，其質量百分比成分為:C:0.07-0.12% ；Si:0.20-0.60% ；Mn:0.90-1.20% ；P ≤ 0.015% ；S ≤ 0.010% ；Mo:0.30-0.50% ；Ni ≤ 0.30% ；Cr ≤ 0.30% ；V:0.05-0.10% ；Ti ≤ 0.01% ；Cu ≤0.35%；A1 ≤ 0.07%；N:0.009-0.015%;其余為Fe。專利技術鑄鋼經正火+調質處理后，其抗拉強度≥620MPa，屈服強度≥450MPa，在-40°C時沖擊功達到54-95J，且具備優良的焊接性能。中國專利技術專利CN200610017797.1公開了一種超高強度高韌性可焊接鑄鋼，鑄鋼的化學成分(按重量)為:C:0.12-0.17% ；Si:0.10-0.50% ；Mn:0.80-1.20% ；P+S ≤0.025% ；Mo:0.40-0.50% ；N1:4.00-4.50% ；Cr:0.70-1.20% ；V:0.04-0.08% ；Cu:0.2-0.40% ;其余為Fe。專利技術鑄鋼的熱處理工藝為擴散退火+正火+調質處理，鑄鋼經熱處理后，屈服強度≥800MPa，延伸率≥15%，斷面收縮率 ≥50%，_20°C的沖擊功Akv≥55J，在100°C預熱條件下，便能進行良好的焊接。以上兩種鑄鋼雖具有優異的性能，但其成分要求控制嚴格，尤其是美國專利中對雜質元素及氮元素含量的要求，給工業冶煉控制帶來很大難度；專利技術鑄鋼的熱處理工藝繁瑣，顯著增加制備工序及能耗，中國專利中加入大量貴重合金，制造成本高，不利于工業化應用。為簡化制備工藝、降低成本，中國專利CN201110088434.8公開了一種能在高寒地區冬季使用的鑄鋼及制造方法，其化學成分配比(按重量)為:C:0.15-0.22% ；Si:0.30-0.60 % ；Mn:0.50-1.00 % ；P ≤ 0.025 % ；S ≤0.025 % ；Mo:0.30-0.45 % ；Ni:1.50-1.90% ；Cr:0.60-0.90% ；V ≤0.15% ；Cu ≤ 0.5% ；A1 ≤0.08 ;其余為 Fe。其特點是專利技術鑄鋼經調質處理后，既有高的強度，又兼有良好的韌性，在_45°C溫度下，沖擊功達到36J以上。調質處理導致了鑄鋼具有很高的屈強比(彡0.91)，不利于材料在低溫條件下的安全使用，并且淬火會增大鑄鋼變形與開裂的傾向。
技術實現思路
為解決目前低溫用鑄鋼存在的問題，本專利技術提供了一種制備工藝簡單、強度高、成本低、污染小，具有良好低溫韌性、焊接性的低溫用低合金高強鑄鋼及其制備方法。本專利技術的具體技術方案如下:本專利技術所公開的一種低溫用低合金高強鑄鋼的成分及其質量百分比含量為 碳0.05% -0.15%、錳0.1% -1%、硅 0.1% -0.6%、磷0-0.05%、硫 0-0.05%、鎳 0.5% -2%,鉻 0.1% -0.5 %、鑰 0.1% -0.5 %、釩 0.01% -0.1 %、銅 0-0.05 %、鋁 0-0.1 %、鐵余量。各成分優選的質量百分比含量為:碳0.10 % -0.15 %、錳 0.30 % -0.60 %、硅 0.10 % -0.50 %、磷 0-0.015 硫0-0.025%、鎳 1.0% -1.4%、鉻 0.20% -0.35%、鑰 0.20% -0.35%、釩 0.03% -0.06%、銅0-0.01 %、鋁 0-0.08%、鐵余量。本專利技術所公開的一種低溫用低合金高強鑄鋼的方法包括以下步驟:(I)冶煉:采用電爐+氬氧脫碳雙聯冶煉工藝，在鋼液融化2/3時，放入鐵錳、鐵硅、鐵鑰合金及電解鎳，混合均勻，待完全熔化，然后投入純鋁脫氧劑凈化鋼液，(2)澆注:鋼水出爐溫度為1650-1700°C，待鋼液在澆包中鎮靜2_3分鐘后開始澆注，澆注溫度控制在1590-1620°C，(3)熱處理:澆注成型后，鑄件要進行正火和高溫回火處理，正火溫度為880°C，回火溫度為580-600°C，然后保溫1.5h后空冷，得到低合金高強鑄鋼。為節約貴重合金元素，又使鑄鋼具有較高的室溫綜合力學性能、良好的低溫沖擊韌性和焊接性，鑄造合金設計原則:較低的C、Si含量，保證足夠的低溫沖擊韌性和焊接性；添加適量的合金元素，以彌補碳含量的缺失而導致強度硬度的降低；嚴格控制S、P等雜質元素的量，過量雜質元素會顯著惡化鋼的塑韌性。元素C可顯著提高鋼的強硬度，降低塑韌性和焊接性，將C的質量分數控制為0.10 0.15%。Si含量(質量分數)控制在0.10 0.50%范圍內，既起到提高淬透性和強度的作用，又不會惡化鋼的韌性。N1、Mn元素可以固溶到基體中，起到強化韌化作用，顯著提高鋼的淬透性和低溫沖擊韌性；鋼中適當添加元素Cr具有強化基體、細化晶粒及提高淬透性的作用，但含量過高會導致鋼韌性的降低；Mo的主要作用是提高淬透性、促進強碳化物的形成，少量Mo元素的加入可以強化基體、細化晶粒，改善韌性；添加少量V微合金化元素，能形成V(C，N)析出相，顯著強化基體、細化晶粒。考慮到材料的性能和成本問題，控制Mn元素的加入量為0.30 0.60%，而N1、Cr、Mo、V元素總量控制在1.45 2.50%范圍。為減弱雜質元素對鋼性能的惡化，S、P總量控制在0.04%以下。經過理論計算，專利技術鑄鋼的碳當量CE彡0.46%，裂紋敏感系數PCM彡0.23%。可見，該鑄鋼具有很低的CE和PCM值，在理論上具有優良的焊接性能。碳(C):提高鋼的強度、硬度，降低塑韌性和焊接性；硅(Si):強化鐵素體，提高淬透性和抗拉強度，降低塑性和韌性；錳(Mn):增強鋼的淬透性，提高強度、硬度及低溫沖擊韌性，促進貝氏體組織形成；鎳(Ni):強化鐵素體組織，提高強度及低溫沖擊韌性，且不顯著降低塑性；鉻(Cr):固溶強化、細化晶粒，提高鑄鋼的空冷淬透性；鑰(Mo):提高淬透性，強化基體、細化晶粒，改善韌性；釩(V):能形本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種低溫用低合金高強鑄鋼，其特征在于：所述鑄鋼的成分及其質量百分比為：碳0.05％?0.15％、錳0.1％?1％、硅0.1％?0.6％、磷0?0.05％、硫0?0.05％、鎳0.5％?2％、鉻0.1％?0.5％、鉬0.1％?0.5％、釩0.01％?0.1％、銅0?0.05％、鋁0?0.1％、鐵余量。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：許曉嫦，雷勇，吳峰，
申請(專利權)人：中南大學，
類型：發明
國別省市：