阅读说明：本技术 一种高强度铸钢及其制备方法 (High-strength cast steel and preparation method thereof ) 是由 高文通 于 2019-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及铸钢领域,具体涉及一种高强度铸钢及其制备方法。本发明公开一种高强度铸钢,其特征在于,以质量百分比计,该高强度铸钢由以下成分组成：C：0.24％～0.3％,Si：1％～2％,Mn：1.8％～3％,Cr：0.3％～0.7％,Mo：0.2％～0.4％,Ti：0.01％～0.04％,Al：0.01％～0.08％,B：0.001％～0.008％,稀土元素RE：0.01％～0.06％,S≤0.03％,P≤0.03％,余量为Fe。本发明解决了目前铸钢市场上低合金高强度铸钢虽然强度高、硬度高,但是普遍存在韧性较低的问题。本发明所制备的高强度铸钢兼具高强度、高硬度和高韧性三种优点,可满足市场需求,具有较高的应用价值。(The invention relates to the field of cast steel, in particular to high-strength cast steel and a preparation method thereof. The invention discloses high-strength cast steel which is characterized by comprising the following components in percentage by mass: c: 0.24% -0.3%, Si: 1% -2%, Mn: 1.8% -3%, Cr: 0.3% -0.7%, Mo: 0.2-0.4%, Ti: 0.01-0.04%, Al: 0.01% -0.08%, B: 0.001% -0.008%, rare earth element RE: 0.01 to 0.06 percent of the total weight of the alloy, less than or equal to 0.03 percent of S, less than or equal to 0.03 percent of P and the balance of Fe. The invention solves the problem that the low-alloy high-strength cast steel in the current cast steel market generally has lower toughness although the low-alloy high-strength cast steel has high strength and high hardness. The high-strength cast steel prepared by the invention has the advantages of high strength, high hardness and high toughness, can meet market demands, and has high application value.)

一种高强度铸钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及铸钢领域，具体涉及一种高强度铸钢及其制备方法。

背景技术

钢铁一直是国家经济建设、社会发展的重要支柱。随着我国经济的高速发展，钢铁的需求量连年激增，产量也随之剧增。从1996年我国的粗钢产量突破1亿吨，跃居世界第一，至2012年我国大陆粗钢产量7.16亿吨，占全球钢产量的46.3％，几年时间我国铸钢产量翻了几番，为我国公路、铁路交通、城市建设、国防建设等提供了强大助力。虽然我国是一个钢铁大国，但还并非钢铁强国，普通钢材产能过剩，而有些高性能钢材却还依赖进口。因此，研发生产高性能的铸钢将是缓解我国铸钢产能过剩、有效提高我国铸钢硬实力的重要途径之一。

目前铸钢市场上低合金高强度铸钢虽然强度高、硬度高，但是普遍存在韧性较低的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种高强度铸钢，以质量百分比计，该高强度铸钢由以下成分组成：

C：0.24％～0.3％，Si：1％～2％，Mn：1.8％～3％，Cr：0.3％～0.7％，Mo：0.2％～0.4％，Ti：0.01％～0.04％，Al：0.01％～0.08％，B：0.003％～0.005％，稀土元素RE：0.02％～0.03％，S≤0.01％，P≤0.01％，余量为Fe；

所述稀土元素RE为铈、镧和钇中的一种或多种。

优选地，一种高强度铸钢，以质量百分比计，该高强度铸钢由以下成分组成：

C：0.26％～0.3％，Si：1.5％～1.8％，Mn：1.8％～2.4％，Cr：0.3％～0.5％，Mo：0.2％～0.4％，Ti：0.02％～0.03％，Al：0.02％～0.05％，B：0.003％～0.005％，稀土元素RE：0.02％～0.03％，S≤0.01％，P≤0.01％，余量为Fe；

所述稀土元素RE为铈、镧和钇中的一种。

本发明的另外一个目的是提供一种高强度铸钢的制备方法，具体步骤如下：

S1.按照组成成分将原料投入高炉熔炼成钢水，采用机械搅拌法脱硫，得到预处理钢水；所述预处理钢水中S≤0.01％；

S2.将所述预处理钢水加入转炉中，采用顶底复合吹炼，在吹炼中脱磷，以及再次脱硫，使S≤0.005％，P≤0.005％；在吹炼后期，通过加入除氧剂进行脱氧；吹炼结束后，加入七铝十二钙，使炉渣碱度大于5.2；同时根据钢水的成分含量，加入合金进行微调，从而进行出钢合金化，即得到高强度铸钢液；

所述除氧剂为Al、SiC复合而成；所述除氧剂中Al：SiC质量比为1:2～5；

S3.采用真空循环脱气法处理高强度铸钢液，在高强度铸钢液温度为1660～1700℃时出炉；扒渣、浇铸得到浇铸件，进行热处理，得到高强度铸钢。

优选地，所述合金包括金属铬、金属锰、金属钼和金属钛中的一种或多种。

优选地，所述步骤S3中浇铸的温度范围为1450～1520℃。

优选地，所述步骤S3中的热处理具体为：

a.将所述浇铸件在室温下放入电炉内加热，以60℃/h的速度升温至1050～1100℃进行奥氏体化，保温时间3～6h，空冷至室温；

b.重复步骤a一次；

c.将步骤b空冷后的浇铸件再次放入电炉中加热，以55℃/h的速度升温至800～850℃后，保温15～20h；之后以30℃/h的速度降温处理，当降至350～400℃时，打开电炉，空冷至室温；

d.进行第一次回火：温度为450～475℃，时间为3～5h；进行第二次回火：温度为425～450℃，时间为10～12h。

本发明的有益效果为：

1.本发明通过将Cr的用量控制在0.3％～0.7％，使钢的强度、硬度、淬透性和耐磨性显著提高，同时又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性；加入的Mo主要是增加了二次硬化效应，0.2％～0.4％可以使钢在不同固溶处理条件下均保持较高的硬度，在时效过程中析出相起到了强化作用，同时使钢具有良好的钿性，同时Mo还能够提高不锈钢的耐海水腐蚀性能。在钢材料中添加了少量B元素用于制造铸钢零部件，大大提升了铸钢零部件的力学性能，B的加入量为0.003％～0.005％使铸钢具有较高的抗拉强度和屈服强度，较大的冲击功和硬度，使铸钢零部件在核电机组中表现出良好的工作性能和使用寿命，大大降低了维护的成本；同时，加入少量Ti能使铸钢零部件具备较大的延伸率和断面收缩率，保证铸钢零部件的使用安全。

2.本发明将在吹炼时添加Al、SiC的复合物作为除氧剂，Al和SiC按照一定比例混合后能够起到扩散脱氧的作用，同时加入的稀土元素RE，可以在加入Al、SiC脱氧之后继续起到深脱氧的作用。同时，微量的稀土元素RE也将钢中硫的质量分数降低到0.0015％以下。

3.本发明出钢过程到真空循环脱气过程中温度变化、底吹控制、夹杂物去除机理变化等过程与精炼渣的选择相联系，通过精炼渣的物化性能的变化与钢水精炼过程变化相匹配，使出钢后期到循环脱气结束精炼渣均能保持很好的熔化性能、一定的脱硫能力以及良好的夹杂物吸附能力，可达到更好的去除和控制铸钢中脆性非金属夹杂物的效果，同时解决了转炉冶炼低磷钢水低温出钢与过程化渣难、精炼时间长的矛盾。加入以七铝十二钙为主的低熔点精炼渣利于渣系熔化，快速成渣，高碱度渣利于钢水脱硫及钢水Al₂O₃夹杂物的吸附，达到更早的对钢水精炼的目的。

4.本发明的热处理方式是先将浇铸件进行奥氏体均匀化加热；在电炉内经过奥氏体化后，再进行空冷，然后再经过一次同样的奥氏体化化、空冷的过程之后对浇铸件进行退火处理，使得到的产物组织更加的均匀，也进一步改善了低合金高强度铸钢的韧性。之后经过两次回火处理，第一次回火后试样具有较高的位错密度，位错相互缠结，排布杂乱；经过第二次回火后，位错发生动态回复，较第一次回火其位错密度随之下降。位错密度的下降使得位错之间交互作用减弱，位错运动能力增强。此外，位错运动能减少裂纹的扩展，对提高材料的塑性和韧性起的一定作用。本发明制备的铸钢抗拉强度为1585MPa，硬度为41.4HRC，延伸率为10.4％。

5.本发明所制备的高强度铸钢兼具高强度、高硬度和高韧性三种优点，可满足市场需求，具有较高的应用价值。

具体实施方式

为了便于理解，下面通过具体实施例对本发明进行详细的描述。需要特别指出的是，具体实施例仅是为了说明，显然本领域的技术人员可以根据本文说明，对本发明进行各种修正或改变，这些修正和改变也将纳入本申请范围之内。

实施例1

一种高强度铸钢，以质量百分比计，该高强度铸钢由以下成分组成：

C：0.26％～0.3％，Si：1.5％～1.8％，Mn：1.8％～2.4％，Cr：0.3％～0.5％，Mo：0.2％～0.4％，Ti：0.02％～0.03％，Al：0.02％～0.05％，B：0.003％～0.005％，Ce：0.02％～0.03％，S≤0.01％，P≤0.01％，余量为Fe；

上述高强度铸钢的制备方法，具体步骤如下：

S1.按照成分组成将原料投入高炉熔炼成钢水，采用机械搅拌法脱硫，得到预处理钢水；所述预处理钢水中S≤0.01％；

S2.将所述预处理钢水加入转炉中，采用顶底复合吹炼，在吹炼中脱磷，以及再次脱硫，使S≤0.005％，P≤0.005％；在吹炼后期，通过加入质量比为Al：SiC＝1:2的脱氧剂进行脱氧；吹炼结束后，加入七铝十二钙，使炉渣碱度大于5.2；同时根据钢水的成分含量，加入合金进行微调，从而进行出钢合金化，即得到高强度铸钢液；

S3.采用真空循环脱气法处理高强度铸钢液，在高强度铸钢液温度为1660℃时出炉；扒渣，在1450℃条件下浇铸得到浇铸件，进行热处理，得到高强度铸钢。

其中，上述热处理的步骤为：

a.将浇铸件在室温下放入电炉内加热，以60℃/h的速度升温至1050℃进行奥氏体化，保温时间3h，空冷至室温；

b.重复步骤a一次；

c.将步骤b空冷后的浇铸件再次放入电炉中加热，以55℃/h的速度升温至800℃后，保温15h；之后以30℃/h的速度降温处理，当降至350℃时，打开电炉，空冷至室温；

d.进行第一次回火：温度为450℃，时间为3h；进行第二次回火：温度为425℃，时间为10h。

经检测，上述高强度铸钢的化学成分为：C：0.27％、Si：1.8％、Mn：2.0％、Cr：0.35％、Mo：0.3％、Ti：0.02％、Al：0.03％、B：0.003％、Ce：0.022％、P：0.014％、S：0.006％，其余为Fe及不可避免的杂质。

实施例2

一种高强度铸钢，以质量百分比计，该高强度铸钢由以下成分组成：

C：0.26％～0.3％，Si：1.5％～1.8％，Mn：1.8％～2.4％，Cr：0.3％～0.5％，Mo：0.2％～0.4％，Ti：0.02％～0.03％，Al：0.02％～0.05％，B：0.003％～0.005％，La：0.02％～0.03％，S≤0.01％，P≤0.01％，余量为Fe；

上述高强度铸钢的制备方法，具体步骤如下：

S1.按照成分组成将原料投入高炉熔炼成钢水，采用机械搅拌法脱硫，得到预处理钢水；所述预处理钢水中S≤0.01％；

S2.将所述预处理钢水加入转炉中，采用顶底复合吹炼，在吹炼中脱磷，以及再次脱硫，使S≤0.005％，P≤0.005％；在吹炼后期，通过加入质量比为Al：SiC＝1:5的脱氧剂进行脱氧；吹炼结束后，加入七铝十二钙，使炉渣碱度大于5.2；同时根据钢水的成分含量，加入合金进行微调，从而进行出钢合金化，即得到高强度铸钢液；

S3.采用真空循环脱气法处理高强度铸钢液，在高强度铸钢液温度为1700℃时出炉；扒渣，在1520℃条件下浇铸得到浇铸件，进行热处理，得到高强度铸钢。

其中，上述热处理的步骤为：

a.将浇铸件在室温下放入电炉内加热，以60℃/h的速度升温至1100℃进行奥氏体化，保温时间6h，空冷至室温；

b.重复步骤a一次；

c.将步骤b空冷后的浇铸件再次放入电炉中加热，以55℃/h的速度升温至850℃后，保温20h；之后以30℃/h的速度降温处理，当降至400℃时，打开电炉，空冷至室温；

d.进行第一次回火：温度为475℃，时间为5h；进行第二次回火：温度为450℃，时间为12h。

经检测，上述高强度铸钢的化学成分为：C：0.3％、Si：1.5％、Mn：2.2％、Cr：0.42％、Mo：0.31％、Ti：0.03％、Al：0.04％、B：0.004％、La：0.028％、P：0.009％、S：0.006％，其余为Fe及不可避免的杂质。

实施例3

一种高强度铸钢，以质量百分比计，该高强度铸钢由以下成分组成：

C：0.26％～0.3％，Si：1.5％～1.8％，Mn：1.8％～2.4％，Cr：0.3％～0.5％，Mo：0.2％～0.4％，Ti：0.02％～0.03％，Al：0.02％～0.05％，B：0.003％～0.005％，Y：0.02％～0.03％，S≤0.01％，P≤0.01％，余量为Fe；

上述高强度铸钢的制备方法，具体步骤如下：

S1.按照成分组成将原料投入高炉熔炼成钢水，采用机械搅拌法脱硫，得到预处理钢水；所述预处理钢水中S≤0.01％；

S2.将所述预处理钢水加入转炉中，采用顶底复合吹炼，在吹炼中脱磷，以及再次脱硫，使S≤0.005％，P≤0.005％；在吹炼后期，通过加入质量比为Al：SiC＝1:3的脱氧剂进行脱氧；吹炼结束后，加入七铝十二钙，使炉渣碱度大于5.2；同时根据钢水的成分含量，加入合金进行微调，从而进行出钢合金化，即得到高强度铸钢液；

S3.采用真空循环脱气法处理高强度铸钢液，在高强度铸钢液温度为1680℃时出炉；扒渣，在1500℃条件下浇铸得到浇铸件，进行热处理，得到高强度铸钢。

其中，上述热处理的步骤为：

a.将浇铸件在室温下放入电炉内加热，以60℃/h的速度升温至1080℃进行奥氏体化，保温时间4h，空冷至室温；

b.重复步骤a一次；

c.将步骤b空冷后的浇铸件再次放入电炉中加热，以55℃/h的速度升温至820℃后，保温18h；之后以30℃/h的速度降温处理，当降至380℃时，打开电炉，空冷至室温；

d.进行第一次回火：温度为460℃，时间为3h；进行第二次回火：温度为430℃，时间为12h。

经检测，上述高强度铸钢的化学成分为：C：0.28％、Si：1.6％、Mn：1.95％、Cr：0.4％、Mo：0.3％、Ti：0.03％、Al：0.03％、B：0.005％、Y：0.027％、P：0.006％、S：0.005％，其余为Fe及不可避免的杂质。

对比例1

市售的一种高强度铸钢，按质量百分比计量化学成分为：C：0.10％～0.25％，Cr：0.5％～1.5％，Mn：0.5％～2.5％，Si：0.5％～2％，Mo：0.1％～0.5％，V：0.1％～0.5％，Ni：0.1％～0.4％，Cu：0.1％～0.3％，Ca：0.05％～0.1％，P、S：≤0.02％，余量为铁。

为了更加清晰的说明本发明的内容，本发明对实施例1、实施例2、实施例3和对比例1进行了力学性能检测，结果如表1所示：

表1力学性能检测

由表1可知，虽然对比例1也具有较高的硬度，但是在拉伸强度、屈服强度方面都不如本发明的3个实施例；此外，本发明除去具有较高的强度和硬度外，还有较高的冲击韧性；说明使用本发明的制备方法制备出的高强度铸钢兼具强度、硬度和韧性三种优点，具有较高的应用价值。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。