一種鑄鋼材料及其製備方法
2023-11-10 22:10:22 1
專利名稱：一種鑄鋼材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及鑄鋼材料，特別是涉及一種正火鋼材料及其製備方法。
背景技術：
目前，煤礦行業用液壓支架上柱窩類、連接頭類、導軌等一些零部件都採用鑄鋼 件。由於支架在工作時要承受來自頂板的垂直壓力以及大量煤、石下落引起的交變衝擊載 荷，因此要求柱窩類鑄鋼件要具有較好的綜合機械性能和很好的焊接性能。一般地，柱窩類、連接頭類零部件常選用ZG270-500材料，其綜合機械性能基本上 能滿足要求，但由於鑄後要經過調質熱處理，裂紋傾向很大，不易生產出性能穩定的優質鑄 鋼件，而且調質鋼在生產過程中需要佔用較長的生產周期，綜合成本高，這與煤機企業生產 任務緊、降低成本的要求產生矛盾。所以，考慮用正火鋼來代替調質鋼，縮短生產周期，降低 綜合成本，具有重要的研究意義。所謂正火鋼是指在固溶強化的基礎上，通過沉澱強化和細晶強化來進一步提高強 度和保證韌性的一類低合金高強鋼。ZG25Mn2是我國一種典型的正火鑄鋼，由於其有較好的 焊接性和良好的綜合機械性能，廣泛應用於壓力容器製造方面。但用於液壓支架的鑄鋼件， 其抗拉強度和屈服強度有點偏低，延伸率和斷面收縮率也有一定的差距。
發明內容
本發明的目的在於提供一種低成本、良好綜合機械性能和焊接性能的 ZG25Mn2TiRE鑄鋼材料及其製備方法。為實現上述目的採用下述技術方案一種鑄鋼材料，其具體的化學成分(重量％ ) 為=C 0. 2-0. 23，Mn 1. 3-1. 5，Si 0. 6-0. 7，Ti 0. 18，RE≤0. 2，S ≤0. 035，P≤0. 035，其 餘為鐵元素，該鑄鋼材料的性能為拉伸強度達500 735MPa，屈服強度達310 460MPa，延 伸率達20 33%，斷面收縮率達45 56%，硬度達170 207HB。所述鑄鋼材料的製備方法，包括以下冶煉、澆注和正火處理工藝過程，其具體步驟 是(1)冶煉工藝鋼水冶煉過程中，在鋼包鋼液熔化1/3 2/3時，放入矽合金、錳合金、鈦合金，調 整化學成分，在鋼水出爐前3 10分鐘加入稀土矽鐵合金，混合均勻，充分熔化，然後投入 脫氧劑淨化鋼水；(2)澆注工藝鋼水的出爐溫度為1680 1700°C，待鋼液在澆包中鎮靜1-3分鐘後開始澆注，澆 注溫度控制在1580 1620°C ；(3)正火工藝澆注成型後，鑄件要進行正火處理，正火溫度為840°C 880°C，保溫適當時間後 散開空冷。
所述脫氧劑為工業純鋁。所述最佳正火溫度為860°C。所述正火的保溫時間t根據以下經驗公式算出t= αikD，其中，α-加熱係數， k-裝填係數，D-工件有效厚度。所述α-加熱係數為0. 7 0. 8min/mm;k-裝填係數為:1·0－1·5。本發明添加了元素Ti和RE，並用正火處理代替調質處理。其中強碳化物形成元素 鈦可細化晶粒和沉澱強化，顯著提高鑄鋼強度；稀土元素RE則可細化晶粒並改善非金屬夾 雜物的形態和分布，顯著提高鋼的韌性和改善鋼的焊接性能。而正火的目的是為了使這些 合金元素能以細小的化合物質點從固溶體中沉澱析出，並同時起到細化晶粒的作用，在提 高強度的同時，適當地改善了鋼材的塑性和韌性，以達到最佳的綜合性能。採用發明生產的ZG25Mn2TiRE鑄鋼材料經過正火後所得的金相組織為珠光體層 片團+鐵素體。珠光體層片團呈等軸狀，尺寸細小且分布均勻，如
圖1所示；而鐵素體則以 等軸狀和條狀形態存在，如圖2所示；兩者的晶粒度都達9級以上(約15 μ m)。通過試驗，按照本發明生產的正火鋼ZG25Mn2TiRE與現有的ZG270-500和ZG25Mn2 的機械性能對比如表1所示，另外，還對本發明生產的正火鋼ZG25Mn2TiRE進行了焊接性能 測試，見表2。表權利要求
一種鑄鋼材料，其特徵在於具體的化學成分(重量％)為C 0.2 0.23，Mn 1.3 1.5，Si 0.6 0.7，Ti 0.18，RE≤0.2，S≤0.035，P≤0.035，其餘為鐵元素，該鑄鋼材料的性能為拉伸強度達500～735MPa，屈服強度達310～460MPa，延伸率達20～33％，斷面收縮率達45～56％，硬度達170～207HB。
2.根據權利要求1所述鑄鋼材料的製備方法，包括以下冶煉、澆注和正火處理工藝過 程，其特徵是(1)冶煉工藝鋼水冶煉過程中，在鋼包鋼液熔化1/3 2/3時，放入矽合金、錳合金、鈦合金，調整化 學成分，在鋼水出爐前3 10分鐘加入稀土矽鐵合金，混合均勻，充分熔化，然後投入脫氧 劑淨化鋼水；(2)澆注工藝鋼水的出爐溫度為1680 1700°C，待鋼液在澆包中鎮靜1-3分鐘後開始澆注，澆注溫 度控制在1580 1620°C ；(3)正火工藝澆注成型後，鑄件要進行正火處理，正火溫度為840°C 880°C，保溫適當時間後散開 空冷。
3.根據權利要求2所述鑄鋼材料的製備方法，其特徵是脫氧劑為工業純鋁。
4.根據權利要求2所述鑄鋼材料的製備方法，其特徵是正火溫度為860°C。
5.根據權利要求2所述鑄鋼材料的製備方法，其特徵是正火的保溫時間t根據以下經 驗公式算出t= akD，其中，α-加熱係數，k-裝填係數，D-工件有效厚度。
6.根據權利要求5所述鑄鋼材料的製備方法，其特徵是所述α-加熱係數為0. 7 0. 8min/mm ；k_ 裝填係數為1. 0-1. 5。
全文摘要
一種鑄鋼材料，具體的化學成分(重量％)為C 0.2-0.23，Mn 1.3-1.5，Si 0.6-0.7，Ti 0.18，RE≤0.2，S≤0.035，P≤0.035，其餘為鐵元素，ZG25Mn2TiRE鑄鋼材料性能為拉伸強度達500～735MPa，屈服強度達310～460MPa，延伸率達20～33％，斷面收縮率達45～56％，硬度達170～207HB。本發明中元素鈦細化晶粒和沉澱強化，提高鑄鋼強度；稀土元素RE細化晶粒並改善非金屬夾雜物的形態和分布，提高鋼的韌性和改善鋼的焊接性能。正火處理在提高強度的同時，適當地改善了鋼材的塑性和韌性，以達到最佳的綜合性能。
文檔編號C21C7/06GK101988173SQ20091006560
公開日2011年3月23日 申請日期2009年7月30日 優先權日2009年7月30日
發明者丁付強, 劉齊, 盧雲傑, 衛金川, 張俊峰, 楊玉明, 趙志剛, 郭海周, 閻建國 申請人:鄭州四維機電設備製造有限公司