CN116536570B

CN116536570B - 一种无铸造裂纹的G26CrMo4铸钢及其应用

Info

Publication number: CN116536570B
Application number: CN202310571552.7A
Authority: CN
Inventors: 帅德军; 朱昊月; 帅德国; 舒小凤; 帅莉; 徐雪; 李敏
Original assignee: Xiangyang Jinnaite Machinery Co ltd
Current assignee: Xiangyang Jinnaite Machinery Co ltd
Priority date: 2023-05-21
Filing date: 2023-05-21
Publication date: 2024-04-12
Anticipated expiration: 2043-05-21
Also published as: CN116536570A

Abstract

本发明涉及一种无铸造裂纹的G26CrMo4铸钢，其的成分为：C：0.22‑0.29%、Si≤0.6%、Mn：0.5‑0.8%、Cr：0.8‑1.2%、Mo：0.15‑0.3%、Al：0.3‑0.8%、P≤0.02%、S≤0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质，并且上述G26CrMo4铸钢在铸造后的打箱温度T满足：T₂≤T≤T₁，其中：T₁=518‑14.6[C]‑12.52[Mn]‑18.45[Cr]‑10.22[Mo]+3.63[Si]+24.8[Al]，单位℃；T₂=416+128.5[C]+197.2[S]‑3.62[Si]‑3.43[Mn]‑2.58[Cr]‑1.17[Mo]‑1.81[Al]，单位℃；[C]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[Si]、[Al]、[S]分别代表铸钢中C、Mn、Cr、Mo、Si、Al、S的质量百分含量。

Description

一种无铸造裂纹的G26CrMo4铸钢及其应用

技术领域

本发明涉及铸钢，特别是一种无铸造裂纹的G26CrMo4铸钢，其适用于列车车钩、阀体、气缸、转向架等部件。

背景技术

铸钢兼具强度、韧性和塑性，因此，在各类机械零件中被广泛采用。G26CrMo4是欧标铸钢牌号，近年来，越来越多的工厂开始生产该材质的铸钢件。然而，在实际生产中，发现G26CrMo4铸钢件的铸造裂纹很多，影响铸钢件的各项力学性能。在G26CrMo4铸钢件铸造完成后，工厂一般采用补焊的方式修复裂纹，然而，补焊一方面增加了工序成本和人力成本，另一方面，焊接的HAZ经常会产生次生的裂纹缺陷或者影响韧性以及其他的力学性能，导致铸件性能无法达标，铸钢件的废品率比较高。因此，目前高品质G26CrMo4铸钢件的生产成本居高不下。

发明内容

本发明提供一种无铸造裂纹的G26CrMo4铸钢，其铸造质量好，铸件经过磁粉探伤无裂纹，无需进行补焊等修复操作，产品良率高，从而大幅降低了工序、人力、生产成本，利于高品质G26CrMo4铸钢的低成本批量化生产。

本发明的技术目的是通过以下手段实现的。

本发明的目的在于提供一种无铸造裂纹的G26CrMo4铸钢，所述G26CrMo4铸钢的成分为：C：0.22-0.29%、Si≤0.6%、Mn：0.5-0.8%、Cr：0.8-1.2%、Mo：0.15-0.3%、Al：0.3-0.8%、P≤0.02%、S≤0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质，并且上述G26CrMo4铸钢在铸造后的打箱温度T满足：T₂≤T≤T₁，其中：

T₁=518-14.6[C]-12.52[Mn]-18.45[Cr]-10.22[Mo]+3.63[Si]+24.8[Al]，单位℃；

T₂=416+128.5[C]+197.2[S]-3.62[Si]-3.43[Mn]-2.58[Cr]-1.17[Mo]-1.81[Al]，单位℃；

[C]、[Mn]、[Cr]、[Mo]、[Si]、[Al]、[S]分别代表铸钢中C、Mn、Cr、Mo、Si、Al、S的质量百分含量。

下面，对本发明的成分设计原理进行介绍。

在生产实践过程中，发明人发现了G26CrMo4铸钢件裂纹的问题，并对其进行了深入分析，发现导致裂纹的原因主要有以下几方面原因：一是该铸钢的凝固温度区间较宽，当铸件表面层已经凝固而铸件内部仅形成许多密集的树枝状晶体时，在枝晶之间还存在一些钢液，此时钢的强度很低，当铸件收缩受到阻碍时产生裂纹。二是打箱时机对于铸钢件裂纹存在重要影响，打箱温度过高，铸件仍处于较高温度，铸件的整体强度较差，铸钢件失去铸型的支撑，导致裂纹萌生，打箱温度过低，铸件收缩受到砂芯、铸型等的约束，导致铸件产生较大的应力，从而成为裂纹的起点。

因此，本发明的发明人基于以上认识，进行了大量的实践探索。最终发现，在G26CrMo4铸钢元素成分体系下，添加一定量的Al可以收窄铸钢的凝固温度区间，减缓裂纹，另外，还需要对打箱温度进行精确控制，最终获得了无铸造裂纹的G26CrMo4铸钢。

本发明中所描述的打箱温度，也即开箱温度，是指打箱（开箱）时铸件的温度，作为非限定性的描述，该温度可以通过预先在型腔内或者型腔侧壁上敷设热电偶，从而在铸钢浇铸后通过监测获得。

对于具体的打箱温度，如前所述，不能过高，也不能过低，发明人研究发现，打箱温度的上限与铸钢的特定温度下抵御形变和裂纹的能力息息相关，温度再高则铸钢件的抵御裂纹能力不足，而打箱温度的下限则主要是受铸钢凝固收缩量的影响，温度再低则铸钢的收缩受到砂芯和铸型等的强制约束，导致裂纹出现。也就是说，本发明的打箱温度需要控制在一个这样的温度区间范围内：即铸钢件即有足够的强度抵御变形和裂纹，又没有开始进行大变形量的收缩。

发明人通过反复的试验、研究发现，上述两个温度均与铸钢的成分相关，因此，结合G26CrMo4铸钢的特定元素体系与Al含量，发明人在大量试验的基础上，最终确定了打箱温度的上限T₁和下限T₂，并且通过如下公式予以确定和表示，即：

T₁=518-14.6[C]-12.52[Mn]-18.45[Cr]-10.22[Mo]+3.63[Si]+24.8[Al]，单位℃；

也就是说，本发明的铸钢在浇铸过程中，只需要在浇铸前对铸钢液的成分进行检测，或者单独浇铸一个试验块并在浇铸后对其进行水淬然后检测成分，即可以快速的确定其符合要求的打箱温度范围，从而更好的指导生产，确保得到无铸造裂纹的G26CrMo4铸钢。

通过Al含量的控制和打箱温度的控制，本发明最终获得了无裂纹的G26CrMo4铸钢。相比于常规生产的G26CrMo4铸钢，本发明的G26CrMo4铸钢由于无铸造裂纹，因此无需补焊，简化了生产工序、降低了生产成本、提高了产品的成品率，实现了G26CrMo4铸钢的大规模、低成本生产。

接下来，在前述原理的基础上介绍本发明各元素的作用。

碳：碳是确保铸钢强度和硬度的元素，但是碳含量过高则铸钢的塑性和韧性受影响。并且发明人发现碳含量对于铸钢冷却过程中的收缩率具有重大影响。本发明控制碳含量为0.22-0.29%。

硅：硅是确保铸钢强度和硬度的元素，硅有助于浇铸流动性的提升，但是硅含量过高则铸钢的塑性和韧性受影响，并且硅容易产生偏析并导致非金属夹杂物的形成，恶化铸钢的性能。本发明控制硅含量为0.6%以下。

锰：锰是提高铸钢强度的元素，过低则强度得不到保证，过高则韧性和塑性恶化，并且锰是提高淬透性元素，锰含量过高在铸钢凝固过程中裂纹萌生的趋势增加。本发明控制锰含量为0.5-0.8%。

铬：铬是提高铸钢强度和耐磨性的元素，过低则强度和耐磨性得不到保证，过高则韧性和塑性恶化，并且铬是提高淬透性元素，铬含量过高在铸钢凝固过程中裂纹萌生的趋势增加。本发明控制锰含量为0.8-1.2%。

钼：钼是提高强度的元素，过低则强度得不到保证，过高则韧性和塑性恶化，并且钼是提高淬透性元素，钼含量过高在铸钢凝固过程中裂纹萌生的趋势增加。本发明控制锰含量为0.15-0.3%。

铝：本发明中铝是特意添加的元素，发明人发现，在G26CrMo4铸钢体系中，添加0.3-0.8%的铝可以收窄铸钢的凝固温度区间，抑制凝固过程中裂纹的出现。铝含量过低则上述作用的发挥不明显，铝含量过高则会导致偏析并且出现非金属夹杂物，反而导致铸造裂纹的出现，恶化铸钢的性能。本发明控制铝含量为0.3-0.8%。

磷、硫：磷和硫均是铸钢中的杂质元素。P容易使铸钢脆性增加，S容易形成夹杂物，影响铸钢的性能，特别是，S含量对于铸钢冷却过程的收缩率具有重要影响，因此，本发明控制P和S含量均在0.02%以下。

除上述元素外，如前面所说，本发明还对铸钢件打箱温度的上限和下限进行了规定。

T₁=518-14.6[C]-12.52[Mn]-18.45[Cr]-10.22[Mo]+3.63[Si]+24.8[Al]，单位℃；

在本发明铸钢的生产过程中，需要控制打箱温度T满足：T₂≤T≤T₁。打箱温度过高，铸钢件的抵御裂纹能力不足，导致铸造裂纹出现，打箱温度过低，则铸钢的收缩受到砂芯和铸型等的强制约束，导致铸造裂纹出现。也就是说，本发明的打箱温度需要控制在一个这样的温度区间范围内：即铸钢件既有足够的强度抵御变形和裂纹，又没有开始进行大变形量的收缩。

这样，具有本发明成分的铸钢经过铸造后控制打箱温度在相应的区间，可以获得无铸造裂纹的铸钢，因此，无序裂纹修复的补焊步骤，简化了生产工序、降低了生产成本、提高了产品的成品率，实现了G26CrMo4铸钢的大规模、低成本生产。

本发明的G26CrMo4铸钢，经过磁粉探伤后未发现裂纹，具有优异的铸造质量，大大提高了生产效率和成品率，降低了生产成本。

作为进一步的改进，本发明的G26CrMo4铸钢，在打箱后置于热处理炉中进行缓冷，通过打箱后缓冷，可以减少铸钢件打箱后的温度应力，避免应力集中，进一步提高铸钢件后期服役过程中力学性能的稳定性和可靠性。

作为进一步的改进，所述缓冷的冷却速度控制在2-10℃/h。缓冷速度越慢，越有利于避免应力的集中，但是冷却速度过慢在成本上不经济，不利于提高生产效率并降低生产成本，缓冷速度过快的应力释放不充分，容易影响铸钢件后期服役寿命。

作为非限定性的描述，本发明的G26CrMo4铸钢应用于列车车钩、阀体、气缸、转向架等部件，但也并不限于上述这些部件。

本发明还提供一种列车车钩钩头，其采用本发明前述的无铸造裂纹的G26CrMo4铸钢制备而成，如前所述，本发明的G26CrMo4铸钢无铸造裂纹，在长期服役后稳定性良好，力学性能优异，因此由此制备的列车车钩钩头可靠性和安全性强。所说的列车包括但不限于地铁列车、铁路客运或者货运列车、动车组或者高铁等。

本发明具有如下技术效果。

本发明G26CrMo4铸钢元素成分体系下，添加一定量的Al，Al可以收窄铸钢的凝固温度区间，从而减缓裂纹的出现，与此同时，本发明还结合具体的成分对打箱温度进行精确控制，给出了对应的打箱温度范围区间，生产人员结合具体的铸钢成分即可快速获得最合适的打箱温度，从而更好的指导生产，确保得到无铸造裂纹的G26CrMo4铸钢。相比于常规生产的G26CrMo4铸钢，本发明的G26CrMo4铸钢由于无铸造裂纹，因此无需补焊修复，简化了生产工序、降低了生产成本、提高了产品的成品率，确保了铸钢件的性能。

具体实施方式

为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体的试验例做进行进一步说明。

按照设计成分熔炼钢液，在浇铸前对钢液进行在线检验，然后每一炉钢液浇铸成若干钢锭，其中钢锭为直角形（钢锭厚度为60mm，宽度为100mm，两个边长均为300mm），这样既可以检测普通表面的铸造质量，也可以检测直角拐弯处（即容易产生应力集中的位置）的铸造质量，具体成分见表1。浇铸完成之后，参照表2的打箱温度T进行打箱操作，打箱后的铸钢空冷至室温，然后进行磁粉探伤，检测铸钢是否存在铸造裂纹缺陷并记载于表2中，其中：T₁和T₂参照说明书记载的公式计算得到。

表1：各铸钢的成分，%，余量为Fe。

对试验编号1~9的铸钢在冷却过程中控制不同的打箱温度T，同时对最终得到的铸件进行磁粉探伤，检测有无裂纹，结果见表2。

表2：打箱温度以及裂纹检测结果。

下面结合表1~2对上述发明例和比较例作进一步分析说明。

表1中试验编号1~6均符合本发明的成分要求。表2中，在打箱温度方面，打箱序号1-2、1-3、2-2、2-3、3-2、3-3、4-2、4-3、5-2、5-3、6-2、6-3的打箱温度均在其对应成分计算得到的T₂~T₁范围内，最终，其获得的铸钢件经过磁粉探伤无裂纹。打箱序号1-1、1-4、2-1、2-4、3-1、3-4、4-1、4-4、5-1、5-4、6-1、6-4的打箱温度T均不在T₂~T₁范围内，最终，其获得的铸钢件经过磁粉探伤均发现裂纹缺陷。故此，可以证实，如果仅是成分满足发明要求，而不对打箱温度进行控制，并无法获得本发明的无铸造裂纹的G26CrMo4铸钢。打箱温度过高，铸钢件的抵御裂纹能力不足，导致铸造裂纹出现，打箱温度过低，则铸钢的收缩受到砂芯和铸型等的强制约束，导致铸造裂纹出现。这就说明了需要将铸钢件的打箱温度控制在一个合理的范围内，才能够有助于获得没有铸造裂纹的G26CrMo4铸钢。但是无铸造裂纹的G26CrMo4铸钢也并非仅依靠打箱温度的控制就能够获得，下面，结合试验编号7-9作进一步阐述。

表1中的试验编号7~9均不符合发明要求。

试验编号7是在试验编号4的基础上未添加Al，与常规的G26CrMo4铸钢成分相同，通过打箱序号7-1、7-2可知，即使其打箱温度在通过成分计算得到的T₂~T₁范围内，最终获得的G26CrMo4铸钢件仍然存在裂纹缺陷，说明Al的添加对于收窄铸钢的凝固温度区间、抵御铸造裂纹具有重要作用。

试验编号8是在试验编号5的基础上降低了Al的添加量，低于本发明的Al含量要求范围，通过打箱序号8-1、8-2可知，即使其打箱温度在通过成分计算得到的T₂~T₁范围内，最终获得的G26CrMo4铸钢件仍然存在裂纹缺陷，说明需要合适Al的添加量才能够有效的收窄铸钢的凝固温度区间、抵御铸造裂纹，Al含量过低对于收窄铸钢凝固温度区间、抵御铸造裂纹的效果并不够明显。

试验编号9是在试验编号6的基础上提高了Al的添加量，高于本发明的Al含量要求范围，通过打箱序号9-1、9-2可知，即使其打箱温度在通过成分计算得到的T₂~T₁范围内，最终获得的G26CrMo4铸钢件仍然存在裂纹缺陷，说明需要合适Al的添加量才能够有效的收窄铸钢的凝固温度区间、抵御铸造裂纹，Al含量过高反而容易引起偏析并且非金属夹杂物增多，成为裂纹萌生的起点。

综合以上不难看出，无铸造裂纹的G26CrMo4铸钢件的获得，既需要添加适量的Al，同时还需要对打箱温度进行精确控制。本发明通过成分的改进和打箱温度的精确控制，最终获得了无铸造裂纹的G26CrMo4铸钢件。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对于这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims

1.一种无铸造裂纹的G26CrMo4铸钢，其特征在于，所述G26CrMo4铸钢的成分为：C：0.22-0.29%、Si≤0.6%、Mn：0.5-0.8%、Cr：0.8-1.2%、Mo：0.15-0.3%、Al：0.3-0.8%、P≤0.02%、S≤0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质，并且上述G26CrMo4铸钢在铸造后的打箱温度T满足：T₂≤T≤T₁，其中：

T₁=518-14.6[C]-12.52[Mn]-18.45[Cr]-10.22[Mo]+3.63[Si]+24.8[Al]，单位℃；

2.根据权利要求1所述的一种无铸造裂纹的G26CrMo4铸钢，其特征在于，所述铸钢经过磁粉探伤无裂纹。

3.根据权利要求1所述的一种无铸造裂纹的G26CrMo4铸钢，其特征在于，所述铸钢打箱后置于热处理炉中进行缓冷。

4.根据权利要求3所述的一种无铸造裂纹的G26CrMo4铸钢，其特征在于，所述缓冷的冷却速度控制在2-10℃/h。

5.根据权利要求1所述的一种无铸造裂纹的G26CrMo4铸钢，其特征在于，所述铸钢应用于列车车钩、阀体、气缸、转向架部件。

6.一种列车车钩钩头，其特征在于，采用权利要求1-4任意一项所述的无铸造裂纹的G26CrMo4铸钢制备而成。