CN104694827B - 一种高强度耐磨铸造中碳钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度耐磨铸造中碳钢及其制备方法，该铸造中碳钢的化学成分及其质量百分比为：碳0.32‑0.45％、硅0.45‑0.60％、锰0.80‑1.15％、铬0.80‑1.20％、硼0.06‑0.12％、钛0.06‑0.12％、N 0.10‑0.20％、P≤0.01％、S≤0.01％、余量为铁。制备方法：(1)冶炼；(2)当钢水温度达到1600‑1650℃时，依次加入钢水质量分数的1.6‑1.8％的金属铝、1.2‑1.4％的硅铁、4.5‑5.5％的硼铁和0.2‑0.4％的钛铁，将钢水升温至1700‑1750℃，保温3‑4小时后出炉，注入浇包；(3)对钢水进行微合金化处理；(4)扒渣，浇入铸型；(5)进行热处理。本发明通过合理设置钢中元素成分，不添加镍、钼、钒等贵重合金元素，制备的铸造中碳钢具有硬度高，高温耐磨性好的特点，且具有较低的生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及铸钢技术领域，尤其涉及一种高强度耐磨铸造中碳钢及其制备方法。
背景技术
铸钢是在凝固过程中不经历共晶转变的用于生产铸件的铁基合金的总称，铸造合金的一种。铸钢是以铁、碳为主要元素的合金，碳含量0-2％。目前为止铸钢分为铸造碳钢、铸造低合金钢和铸造特种钢三类。
铸造碳钢是碳为主要合金元素并含有少量其他元素的铸钢，含碳小于0.2％的为铸造低碳钢，含碳0.2-0.5％的为铸造中碳钢，含碳大于0.5％的为铸造高碳钢，随着含碳量的增加，铸造碳钢的强度增大，硬度提高。铸造碳钢具有较高的强度、塑性和韧性，成本较低，在重型机械中用于制造承受大负荷的零件，如轧钢机机架、水压机底座等，在铁路车辆上用于制造受力大又承受冲击的零件如摇枕、侧架、车轮和车钩等。虽然铸钢技术得到很大发展，但是，仍有很多问题存在，如耐磨度、硬度、防锈性能、耐腐蚀性能、耐高低温性能、脆性、韧性、成本等不能兼顾，在很多场合还不能满足生产的要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高强度耐磨铸造中碳钢，具有硬度高，高温耐磨性好的特点。
本发明的另一目的是提高该高强度耐磨铸造中碳钢的制备方法。
为了实现上述目的本发明采用如下技术方案：
一种高强度耐磨铸造中碳钢，该铸造中碳钢的化学成分及其质量百分比为：碳0.32-0.45％、硅0.45-0.60％、锰0.80-1.15％、铬0.80-1.20％、硼0.06-0.12％、钛0.06-0.12％、N 0.10-0.20％、P≤0.01％、S≤0.01％、余量为铁。
优选地，所述的高强度耐磨铸造中碳钢，该铸造中碳钢的化学成分及其质量百分比为：碳0.38％、硅0.55％、锰0.95％、铬1.05％、硼0.08％、钛0.08％、N 0.15％、P≤0.01％、S≤0.01％、余量为铁。
所述的高强度耐磨铸造中碳钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述铸造中碳钢的化学组成在电炉内冶炼多元合金铸钢得到钢水；
(2)当钢水温度达到1600-1650℃时，依次加入钢水质量分数的1.6-1.8％的金属铝、1.2-1.4％的硅铁、4.5-5.5％的硼铁和0.2-0.4％的钛铁，然后将钢水升温至1700-1750℃，保温3-4小时后出炉，并将钢水注入浇包；
(3)将稀土镁硅铁、硅钙钡铝合金和钒铁破碎至粒度为8-10mm，烘干，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行微合金化处理，其中稀土镁硅铁加入量是注入浇包内钢水质量分数的1.2-1.4％，硅钙钡铝合金加入量是注入浇包内钢水质量分数的1.2-1.4％，钒铁加入量是注入浇包内钢水质量分数的0.10-0.15％；
(4)扒渣，当钢水温度降至1450-1500℃，将钢水浇入铸型；
(5)铸件经开箱、清砂后进行热处理，铸件淬火加热温度为1000-1100℃，保温2-4小时后油冷，然后在500-550℃温度下回火处理，保温5-8小时后冷却至室温即可。
本发明的成分设计理由如下：
碳，是钢中最基本的元素，对钢的强度、硬度及耐磨性等影响最大；
硅，能降低钢的临界冷却速度，强化铁素体，提高抗拉强度和屈服强度；
锰，对钢具有很大的强化作用，能够提高钢的强度、硬度和耐磨性，同时具有固溶强化效果；
硼，能显著提高钢的淬透性，而且，硼与钛复合加入钢中，可形成细小的硼化钛，改善钢的强度和耐磨性；
氮，在钢中加入氮，形成高熔点化合物，提高钢的强度和硬度，同时提高钢的耐磨性；
钛，明显细化铸钢晶粒，提高钢的强度和韧性，改善钢的耐磨性；
P和S都是使钢的韧性降低的有害元素，因此需要将其含量控制在0.01％以下。
与已有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过合理设置钢中元素成分，不添加镍、钼、钒等贵重合金元素，制备的铸造中碳钢具有硬度高，高温耐磨性好的特点，且具有较低的生产成本。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明，但本发明不仅限于这些实施例，在未脱离本发明宗旨的前提下，所作的任何改进均落在本发明的保护范围之内。
实施例1：
一种高强度耐磨铸造中碳钢，该铸造中碳钢的化学成分及其质量百分比为：碳0.32％、硅0.60％、锰0.80％、铬1.20％、硼0.06％、钛0.06％、N 0.10％、P≤0.01％、S≤0.01％、余量为铁。
所述的高强度耐磨铸造中碳钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述铸造中碳钢的化学组成在电炉内冶炼多元合金铸钢得到钢水；
(2)当钢水温度达到1600℃时，依次加入钢水质量分数的1.6％的金属铝、1.4％的硅铁、5.5％的硼铁和0.2％的钛铁，然后将钢水升温至1700℃，保温4小时后出炉，并将钢水注入浇包；
(3)将稀土镁硅铁、硅钙钡铝合金和钒铁破碎至粒度为8mm，烘干，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行微合金化处理，其中稀土镁硅铁加入量是注入浇包内钢水质量分数的1.2％，硅钙钡铝合金加入量是注入浇包内钢水质量分数的1.4％，钒铁加入量是注入浇包内钢水质量分数的0.10％；
(4)扒渣，当钢水温度降至1450℃，将钢水浇入铸型；
(5)铸件经开箱、清砂后进行热处理，铸件淬火加热温度为1000℃，保温4小时后油冷，然后在500℃温度下回火处理，保温8小时后冷却至室温即可。
本实施例1的铸造中碳钢的力学性能为：抗拉强度1560MPa，硬度65.6HRC，冲击韧性23J/cm2。
实施例2：
一种高强度耐磨铸造中碳钢，该铸造中碳钢的化学成分及其质量百分比为：碳0.38％、硅0.55％、锰0.95％、铬1.05％、硼0.08％、钛0.08％、N 0.15％、P≤0.01％、S≤0.01％、余量为铁。
所述的高强度耐磨铸造中碳钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述铸造中碳钢的化学组成在电炉内冶炼多元合金铸钢得到钢水；
(2)当钢水温度达到1650℃时，依次加入钢水质量分数的1.8％的金属铝、1.2％的硅铁、5.0％的硼铁和0.3％的钛铁，然后将钢水升温至1730℃，保温4小时后出炉，并将钢水注入浇包；
(3)将稀土镁硅铁、硅钙钡铝合金和钒铁破碎至粒度为10mm，烘干，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行微合金化处理，其中稀土镁硅铁加入量是注入浇包内钢水质量分数的1.3％，硅钙钡铝合金加入量是注入浇包内钢水质量分数的1.3％，钒铁加入量是注入浇包内钢水质量分数的0.13％；
(4)扒渣，当钢水温度降至1480℃，将钢水浇入铸型；
(5)铸件经开箱、清砂后进行热处理，铸件淬火加热温度为1080℃，保温3小时后油冷，然后在530℃温度下回火处理，保温6小时后冷却至室温即可。
本实施例1的铸造中碳钢的力学性能为：抗拉强度1630MPa，硬度68.7HRC，冲击韧性29J/cm2。
实施例3：
一种高强度耐磨铸造中碳钢，该铸造中碳钢的化学成分及其质量百分比为：碳0.45％、硅0.60％、锰0.80％、铬1.20％、硼0.12％、钛0.12％、N 0.20％、P≤0.01％、S≤0.01％、余量为铁。
所述的高强度耐磨铸造中碳钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述铸造中碳钢的化学组成在电炉内冶炼多元合金铸钢得到钢水；
(2)当钢水温度达到1650℃时，依次加入钢水质量分数的1.8％的金属铝、1.4％的硅铁、5.5％的硼铁和0.4％的钛铁，然后将钢水升温至1750℃，保温3小时后出炉，并将钢水注入浇包；
(3)将稀土镁硅铁、硅钙钡铝合金和钒铁破碎至粒度为10mm，烘干，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行微合金化处理，其中稀土镁硅铁加入量是注入浇包内钢水质量分数的1.4％，硅钙钡铝合金加入量是注入浇包内钢水质量分数的1.4％，钒铁加入量是注入浇包内钢水质量分数的0.15％；
(4)扒渣，当钢水温度降至1500℃，将钢水浇入铸型；
(5)铸件经开箱、清砂后进行热处理，铸件淬火加热温度为1100℃，保温2小时后油冷，然后在550℃温度下回火处理，保温8小时后冷却至室温即可。
本实施例1的铸造中碳钢的力学性能为：抗拉强度1580MPa，硬度66.7HRC，冲击韧性27J/cm2。
Claims (2)
1.一种高强度耐磨铸造中碳钢，其特征在于：该铸造中碳钢的化学成分及其质量百分比为：碳0.32-0.45％、硅0.45-0.60％、锰0.80-1.15％、铬0.80-1.20％、硼0.06-0.12％、钛0.06-0.12％、N 0.10-0.20％、P≤0.01％、S≤0.01％、余量为铁；
所述的高强度耐磨铸造中碳钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述铸造中碳钢的化学组成在电炉内冶炼多元合金铸钢得到钢水；
(2)当钢水温度达到1600-1650℃时，依次加入钢水质量分数的1.6-1.8％的金属铝、1.2-1.4％的硅铁、4.5-5.5％的硼铁和0.2-0.4％的钛铁，然后将钢水升温至1700-1750℃，保温3-4小时后出炉，并将钢水注入浇包；
(3)将稀土镁硅铁、硅钙钡铝合金和钒铁破碎至粒度为8-10mm，烘干，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行微合金化处理，其中稀土镁硅铁加入量是注入浇包内钢水质量分数的1.2-1.4％，硅钙钡铝合金加入量是注入浇包内钢水质量分数的1.2-1.4％，钒铁加入量是注入浇包内钢水质量分数的0.10-0.15％；
(4)扒渣，当钢水温度降至1450-1500℃，将钢水浇入铸型；
(5)铸件经开箱、清砂后进行热处理，铸件淬火加热温度为1000-1100℃，保温2-4小时后油冷，然后在500-550℃温度下回火处理，保温5-8小时后冷却至室温即可。
2.根据权利要求1所述的高强度耐磨铸造中碳钢，其特征在于：该铸造中碳钢的化学成分及其质量百分比为：碳0.38％、硅0.55％、锰0.95％、铬1.05％、硼0.08％、钛0.08％、N0.15％、P≤0.01％、S≤0.01％、余量为铁。
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