一種高強(qiáng)度耐磨鑄造中碳鋼及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鑄鋼技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高強(qiáng)度耐磨鑄造中碳鋼及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鑄鋼是在凝固過程中不經(jīng)歷共晶轉(zhuǎn)變的用于生產(chǎn)鑄件的鐵基合金的總稱，鑄造合金的一種。鑄鋼是以鐵、碳為主要元素的合金，碳含量0-2%。目前為止鑄鋼分為鑄造碳鋼、鑄造低合金鋼和鑄造特種鋼三類。
[0003]鑄造碳鋼是碳為主要合金元素并含有少量其他元素的鑄鋼，含碳小于0.2%的為鑄造低碳鋼，含碳0.2-0.5 %的為鑄造中碳鋼，含碳大于0.5 %的為鑄造高碳鋼，隨著含碳量的增加，鑄造碳鋼的強(qiáng)度增大，硬度提高。鑄造碳鋼具有較高的強(qiáng)度、塑性和韌性，成本較低，在重型機(jī)械中用于制造承受大負(fù)荷的零件，如軋鋼機(jī)機(jī)架、水壓機(jī)底座等，在鐵路車輛上用于制造受力大又承受沖擊的零件如搖枕、側(cè)架、車輪和車鉤等。雖然鑄鋼技術(shù)得到很大發(fā)展，但是，仍有很多問題存在，如耐磨度、硬度、防銹性能、耐腐蝕性能、耐高低溫性能、脆性、韌性、成本等不能兼顧，在很多場合還不能滿足生產(chǎn)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高強(qiáng)度耐磨鑄造中碳鋼，具有硬度高，高溫耐磨性好的特點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明的另一目的是提高該高強(qiáng)度耐磨鑄造中碳鋼的制備方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種高強(qiáng)度耐磨鑄造中碳鋼，該鑄造中碳鋼的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為:碳 0.32-0.45 %、硅 0.45-0.60 %、錳 0.80-1.15 %、鉻 0.80-1.20 %、硼 0.06-0.12 %、鈦0.06-0.12%,N 0.10-0.20%,P ^ 0.01%, S ^ 0.01%、余量為鐵。
[0008]優(yōu)選地，所述的高強(qiáng)度耐磨鑄造中碳鋼，該鑄造中碳鋼的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為:碳 0.38%、硅 0.55%、錳 0.95%、鉻 L 05%、硼 0.08%、鈦 0.08%、N 0.15%、P^0.01%, S ^ 0.01 %、余量為鐵。
[0009]所述的高強(qiáng)度耐磨鑄造中碳鋼的制備方法，包括以下步驟:
[0010](I)按上述鑄造中碳鋼的化學(xué)組成在電爐內(nèi)冶煉多元合金鑄鋼得到鋼水；
[0011](2)當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1600-1650°C時(shí)，依次加入鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.6-1.8 %的金屬鋁、1.2-1.4%的硅鐵、4.5-5.5 %的硼鐵和0.2-0.4%的鈦鐵，然后將鋼水升溫至1700-1750°C，保溫3-4小時(shí)后出爐，并將鋼水注入澆包；
[0012](3)將稀土鎂硅鐵、硅鈣鋇鋁合金和釩鐵破碎至粒度為8-10mm，烘干，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對鋼水進(jìn)行微合金化處理，其中稀土鎂硅鐵加入量是注入澆包內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.2-1.4%，娃1?鋇銷合金加入量是注入饒包內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.2-1.4%，|凡鐵加入量是注入澆包內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.10-0.15% ；
[0013](4)扒澄，當(dāng)鋼水溫度降至1450_1500°C，將鋼水澆入鑄型；
[0014](5)鑄件經(jīng)開箱、清砂后進(jìn)行熱處理，鑄件淬火加熱溫度為1000-1100°C，保溫2_4小時(shí)后油冷，然后在500-550°C溫度下回火處理，保溫5-8小時(shí)后冷卻至室溫即可。
[0015]本發(fā)明的成分設(shè)計(jì)理由如下:
[0016]碳，是鋼中最基本的元素，對鋼的強(qiáng)度、硬度及耐磨性等影響最大；
[0017]娃，能降低鋼的臨界冷卻速度，強(qiáng)化鐵素體，提高抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度；
[0018]錳，對鋼具有很大的強(qiáng)化作用，能夠提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，同時(shí)具有固溶強(qiáng)化效果；
[0019]硼，能顯著提高鋼的淬透性，而且，硼與鈦復(fù)合加入鋼中，可形成細(xì)小的硼化鈦，改善鋼的強(qiáng)度和耐磨性；
[0020]氮，在鋼中加入氮，形成高熔點(diǎn)化合物，提高鋼的強(qiáng)度和硬度，同時(shí)提高鋼的耐磨性；
[0021]鈦，明顯細(xì)化鑄鋼晶粒，提高鋼的強(qiáng)度和韌性，改善鋼的耐磨性；
[0022]P和S都是使鋼的韌性降低的有害元素，因此需要將其含量控制在0.01%以下。
[0023]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:
[0024]本發(fā)明通過合理設(shè)置鋼中元素成分，不添加鎳、鉬、釩等貴重合金元素，制備的鑄造中碳鋼具有硬度高，高溫耐磨性好的特點(diǎn)，且具有較低的生產(chǎn)成本。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明不僅限于這些實(shí)施例，在未脫離本發(fā)明宗旨的前提下，所作的任何改進(jìn)均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0026]實(shí)施例1:
[0027]一種高強(qiáng)度耐磨鑄造中碳鋼，該鑄造中碳鋼的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為:碳0.32%、硅 0.60%、錳 0.80%、鉻 1.20%、硼 0.06%、鈦 0.06%、N 0.10%, P^0.01%,S彡0.01%、余量為鐵。
[0028]所述的高強(qiáng)度耐磨鑄造中碳鋼的制備方法，包括以下步驟:
[0029](I)按上述鑄造中碳鋼的化學(xué)組成在電爐內(nèi)冶煉多元合金鑄鋼得到鋼水；
[0030](2)當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1600°C時(shí)，依次加入鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.6%的金屬鋁、1.4%的硅鐵、5.5 %的硼鐵和0.2 %的鈦鐵，然后將鋼水升溫至1700°C，保溫4小時(shí)后出爐，并將鋼水注入澆包；
[0031](3)將稀土鎂硅鐵、硅鈣鋇鋁合金和釩鐵破碎至粒度為8mm，烘干，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對鋼水進(jìn)行微合金化處理，其中稀土鎂硅鐵加入量是注入澆包內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.2%，硅鈣鋇鋁合金加入量是注入澆包內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.4%，釩鐵加入量是注入澆包內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.10% ;
[0032](4)扒渣，當(dāng)鋼水溫度降至1450°C，將鋼水澆入鑄型；
[0033](5)鑄件經(jīng)開箱、清砂后進(jìn)行熱處理，鑄件淬火加熱溫度為1000°C，保溫4小時(shí)后油冷，然后在500°C溫度下回火處理，保溫8小時(shí)后冷卻至室溫即可。
[0034]本實(shí)施例1的鑄造中碳鋼的力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度1560MPa，硬度65.6HRC，沖擊韌性 23J/cm2。
[0035]實(shí)施例2:
[0036]一種高強(qiáng)度耐磨鑄造中碳鋼，該鑄造中碳鋼的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為:碳0.38%、硅 0.55%、錳 0.95%、鉻 1.05%、硼 0.08%、鈦 0.08%、N 0.15%, P^0.01%,S彡0.01%、余量為鐵。
[0037]所述的高強(qiáng)度耐磨鑄造中碳鋼的制備方法，包括以下步驟:
[0038](I)按上述鑄造中碳鋼的化學(xué)組成在電爐內(nèi)冶煉多元合金鑄鋼得到鋼水；
[0039](2)當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1650°C時(shí)，依次加入鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.8%的金屬鋁、1.2%的硅鐵、5.0%的硼鐵和0.3%的鈦鐵，然后將鋼水升溫至1730°C，保溫4小時(shí)后出爐，并將鋼水注入澆包；
[0040](3)將稀土鎂硅鐵、硅鈣鋇鋁合金和釩鐵破碎至粒度為10mm，烘干，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對鋼水進(jìn)行微合金化處理，其中稀土鎂硅鐵加入量是注入澆包內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.3%，硅鈣鋇鋁合金加入量是注入澆包內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.3%，釩鐵加入量是注入澆包內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.13% ；
[0041](4)扒澄，當(dāng)鋼水溫度降至1480°C，將鋼水澆入鑄型；
[0042](5)鑄件經(jīng)開箱、清砂后進(jìn)行熱處理，鑄件淬火加熱溫度為1080°C，保溫3小時(shí)后油冷，然后在530°C溫度下回火處理，保溫6小時(shí)后冷卻至室溫即可。
[0043]本實(shí)施例1的鑄造中碳鋼的力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度1630MPa，硬度68.7HRC，沖擊韌性 29J/cm2。
[0044]實(shí)施例3:
[0045]一種高強(qiáng)度耐磨鑄造中碳鋼，該鑄造中碳鋼的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為:碳
0.45%、硅 0.60%、錳 0.80%、鉻 1.20%、硼 0.12%、鈦 0.12%、N 0.20%, P ^ 0.01 %,S彡0.01%、余量為鐵。
[0046]所述的高強(qiáng)度耐磨鑄造中碳鋼的制備方法，包括以下步驟:
[0047](I)按上述鑄造中碳鋼的化學(xué)組成在電爐內(nèi)冶煉多元合金鑄鋼得到鋼水；
[0048](2)當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1650°C時(shí)，依次加入鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.8%的金屬鋁、1.4%的硅鐵、5.5%的硼鐵和0.4%的鈦鐵，然后將鋼水升溫至1750°C，保溫3小時(shí)后出爐，并將鋼水注入澆包；
[0049](3)將稀土鎂硅鐵、硅鈣鋇鋁合金和釩鐵破碎至粒度為10mm，烘干，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對鋼水進(jìn)行微合金化處理，其中稀土鎂硅鐵加入量是注入澆包內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.4%，娃1?鋇銷合金加入量是注入饒包內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.4%，I凡鐵加入量是注入澆包內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.15% ；
[0050](4)扒澄，當(dāng)鋼水溫度降至1500°C，將鋼水澆入鑄型；
[0051](5)鑄件經(jīng)開箱、清砂后進(jìn)行熱處理，鑄件淬火加熱溫度為1100°C，保溫2小時(shí)后油冷，然后在550°C溫度下回火處理，保溫8小時(shí)后冷卻至室溫即可。
[0052]本實(shí)施例1的鑄造中碳鋼的力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度1580MPa，硬度66.7HRC，沖擊韌性 27J/cm2。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高強(qiáng)度耐磨鑄造中碳鋼，其特征在于:該鑄造中碳鋼的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為:碳 0.32-0.45%、硅 0.45-0.60%、錳 0.80-1.15%、鉻 0.80-1.20% JI 0.06-0.12%,鈦 0.06-0.12%, N 0.10-0.20%,P ^ 0.01%, S ^ 0.01%、余量為鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度耐磨鑄造中碳鋼，其特征在于:該鑄造中碳鋼的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為:碳0.38%、硅0.55%、錳0.95%、鉻1.05%、硼0.08%、鈦0.08%,N 0.15%,P ^ 0.01%, S ^ 0.01%、余量為鐵。
3.一種如權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)度耐磨鑄造中碳鋼的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)按上述鑄造中碳鋼的化學(xué)組成在電爐內(nèi)冶煉多元合金鑄鋼得到鋼水； (2)當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1600-1650°C時(shí)，依次加入鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.6-1.8 %的金屬鋁、1.2-1.4%的硅鐵、4.5-5.5 %的硼鐵和0.2-0.4 %的鈦鐵，然后將鋼水升溫至1700-1750°C，保溫3-4小時(shí)后出爐，并將鋼水注入澆包； (3)將稀土鎂硅鐵、硅鈣鋇鋁合金和釩鐵破碎至粒度為8-10mm，烘干，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對鋼水進(jìn)行微合金化處理，其中稀土鎂硅鐵加入量是注入澆包內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.2-1.4%，娃1?鋇銷合金加入量是注入饒包內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.2-1.4%，I凡鐵加入量是注入澆包內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.10-0.15% ； (4)扒渣，當(dāng)鋼水溫度降至1450-1500°C，將鋼水澆入鑄型； (5)鑄件經(jīng)開箱、清砂后進(jìn)行熱處理，鑄件淬火加熱溫度為1000-1100°C，保溫2-4小時(shí)后油冷，然后在500-550°C溫度下回火處理，保溫5-8小時(shí)后冷卻至室溫即可。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度耐磨鑄造中碳鋼及其制備方法，該鑄造中碳鋼的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為：碳0.32-0.45％、硅0.45-0.60％、錳0.80-1.15％、鉻0.80-1.20％、硼0.06-0.12％、鈦0.06-0.12％、N 0.10-0.20％、P≤0.01％、S≤0.01％、余量為鐵。制備方法：(1)冶煉；(2)當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1600-1650℃時(shí)，依次加入鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.6-1.8％的金屬鋁、1.2-1.4％的硅鐵、4.5-5.5％的硼鐵和0.2-0.4％的鈦鐵，將鋼水升溫至1700-1750℃，保溫3-4小時(shí)后出爐，注入澆包；(3)對鋼水進(jìn)行微合金化處理；(4)扒渣，澆入鑄型；(5)進(jìn)行熱處理。本發(fā)明通過合理設(shè)置鋼中元素成分，不添加鎳、鉬、釩等貴重合金元素，制備的鑄造中碳鋼具有硬度高，高溫耐磨性好的特點(diǎn)，且具有較低的生產(chǎn)成本。
【IPC分類】C22C33-04, C22C38-32
【公開號(hào)】CN104694827
【申請?zhí)枴緾N201510063841
【發(fā)明人】梅百榮
【申請人】銅陵百榮新型材料鑄件有限公司
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年2月6日