阅读说明：本技术 一种疏浚船用锁圈及其制造方法 (It is a kind of to dredge retainer peculiar to vessel and its manufacturing method ) 是由 薛冰 殷凤仕 申发磊 李兆森 管浩 于 2019-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明属于船用机器材料技术领域,具体涉及一种疏浚船用锁圈及其制造方法。所述锁圈,化学成分按质量百分比计为：C0.18～0.24％,Si0.30～0.60％,Mn0.80～1.20％,Cr0.50～1.30％,Ni0.70～0.80％,Mo0.50～0.90％,S<0.025％,P<0.10％,余量为Fe和不可避免的杂质；其制造方法包括如下步骤：(1)配料,(2)熔炼,(3)铸造,(4)热处理,(5)机加工。本发明疏浚船用锁圈经最终热处理后,组织为板条状铁素体上弥散分布球状碳化物的回火索氏体,既具有良好的塑韧性,又兼具高的硬度和耐磨性,能满足高性能疏浚船锁圈的使用要求；其制造方法简单易行。(The invention belongs to ship's machinery field of material technology, and in particular to a kind of to dredge retainer peculiar to vessel and its manufacturing method.The retainer, chemical component is by mass percentage are as follows: C0.18~0.24%, Si0.30~0.60%, Mn0.80~1.20%, Cr0.50~1.30%, Ni0.70~0.80%, Mo0.50~0.90%, S < 0.025%, P < 0.10%, surplus are Fe and inevitable impurity；Its manufacturing method includes the following steps: (1) ingredient, (2) melting, (3) casting, (4) heat treatment, (5) machining.The present invention dredges retainer peculiar to vessel after final heat treatment, organizes not only to have good plasticity and toughness for the tempered sorbite of Dispersed precipitate globular carbide on lath-shaped ferrite, but also have both high hardness and wearability, be able to satisfy the requirement of high-performance dredger ship retainer；Its manufacturing method is simple and easy.)

一种疏浚船用锁圈及其制造方法

技术领域

本发明属于船用机器材料技术领域，具体涉及一种疏浚船用锁圈及其制造方法。

背景技术

疏浚船是国内外常用的挖泥船，负责清挖水道与河川淤泥，以便其他船舶顺利通过。疏浚船在工作时，需要采用锁圈(Locking ring)对疏浚管道进行固定，由于大多数时间需要进行海上作业，所以要求锁圈能抵抗海水的冲击和腐蚀，并且可以起到缓冲作用。

近年来随着市场需要和造船技术的发展，疏浚船不断向大型和超大型的方向发展，船用锁圈的体积也不断增大，这就要求锁圈材料要有更高的强度和韧性。现有的调质钢，例如ZG34Cr2Ni2Mo，性能参数为：屈服强度≥700MPa，拉伸强度≥950MPa，断后伸长率≥12％，硬度HB≥240；现有的普通中低碳钢，例如45钢，性能参数为：屈服强度≥310MPa，拉伸强度≥570MPa，断后伸长率≥15％(徐峰、黄芸新编金属材料手册，安徽科学技术出版社，2017)。调质钢强度足够而韧性不足，普通中低碳钢韧性足够而强度不足，且铸造性能差，铸造后需经退火工艺消除铸造应力并细化晶粒。

因此，本领域亟需一种具有较高强度和韧性且铸造性能良好的疏浚船锁圈用钢。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种疏浚船用锁圈，具有较高强度、韧性、耐磨性，且铸造性能良好；本发明同时提供其制造方法，科学合理，简单易行。

本发明所述的疏浚船用锁圈，化学成分按质量百分比计为：

C0.18～0.24％，Si0.30～0.60％，Mn0.80～1.20％，Cr0.50～1.30％，Ni0.70～0.80％，Mo0.50～0.90％，S<0.025％，P<0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质。

其中：

所述的疏浚船用锁圈的微观组织为板条状铁素体上弥散分布球状碳化物的回火索氏体。

本发明所述的疏浚船用锁圈的制造方法，包括以下步骤：

(1)配料：按合金化学成分配料；

(2)熔炼：采用中频电炉对上述配料进行熔炼，炉料熔清、扒渣后，倒入钢水包中；

(3)铸造：采用包内冲入法加入孕育剂后，浇铸，获得铸态锁圈；

(4)热处理：将浇铸得到的铸态锁圈加热到600～650℃保温1～2h，再继续升温到860～920℃，保温2～4小时，然后水冷到室温；再加热到610～650℃，保温2～4小时，然后水冷到室温；

(5)机加工：经机加工后，得产品。

其中：

步骤(2)中，所述的熔炼温度为1480～1510℃。

优选的，步骤(2)具体如下：

采用中频电炉对上述配料进行熔炼，设定出炉温度为1480～1510℃；炉料溶清后扒渣，用光谱仪检测原水成分，检测结果不合格的再按要求调整；检测合格的加大中频电炉功率，炉温升至1480～1510℃后，倒入钢水包中。

步骤(3)中，所述的孕育剂为灰口铸铁屑和钢屑，灰口铸铁屑的用量为钢水质量的1.2～1.7％，钢屑的用量为钢水质量的5～8％。

下面对本发明所用材料的化学成分选择理由进一步解释如下：

通过降低疏浚船用锁圈的碳含量和添加镍元素来保证材料具有高的塑韧性和耐蚀性，添加硅、锰、铬元素并配合适当的热处理加工工艺形成碳化物弥散强化相来保证较高的强度和硬度，添加硅、锰、钼元素来减少气孔缺陷、改善铸钢的凝固性来提高钢的铸造性能。

铸钢的含碳(C)量增加，抗拉强度(σ_b)和屈服强度(σ_s)随之提高，伸长率(δ)则下降。含碳量超过0.3％以后，铸钢的塑性随碳含量的增加进一步下降，而强度却提高不大，屈服强度甚至还略有下降，因此，本发明钢中选择质量分数为0.18～0.24％之间。

硅(Si)是必要的脱氧剂，增加铸钢中的含硅量，可以改善钢液的脱氧状况并增强其抵抗出钢和浇注过程中二次氧化的能力，从而可以防止铸钢件发生气孔缺陷，另外增加硅的含量可以有效提高钢的强度和硬度。但是硅的含量越高，钢的塑性和韧性就越差，因此，本发明钢中选择质量分数为0.30～0.60％之间。

锰(Mn)也是炼钢中必要的脱氧剂，不仅如此，锰还可以起到脱除类氧元素的作用，比如钢中的硫元素。此外，锰是奥氏体形成元素，可以显著提高钢的淬透性，增加钢的强度和硬度，降低钢的韧脆转变温度。但锰量过高会降低钢的韧性塑性，因此，本发明钢中选择质量分数为0.80～1.20％之间。

钼(Mo)可显著提高钢的淬透性，还能改善铸钢的流动性，但钼属贵重金属，故选择在0.50-0.90％之间。

铬(Cr)是提高钢淬透性和回火稳定性的主要合金元素。不仅如此，铬还能提高钢的硬度强度和耐磨性，但是会造成钢的韧性和塑性变差，因此，本发明钢中选择质量分数为0.50～1.30％之间。

镍(Ni)是提高钢的耐腐蚀性和强韧性的有利元素，含量过低效果甚微。但镍属于贵重金属，应尽量少用，因此本发明钢中选择质量分数为0.70～0.80％之间。

硫(S)、磷(P)作为杂质元素，其质量分数分别控制在S<0.025％，P<0.10％。

下面对本发明所用材料的铸造方案进一步解释如下：

灰口铸铁屑和钢屑为铁液提供外来晶核，增加了铁液形成δ-Fe的核心，使晶粒细小，分布均匀，随着铁液冷却发生包晶反应，δ-Fe转变为奥氏体，继续冷却，晶粒的长大倾向也越来越弱，最终得到晶粒细小的珠光体基体。因加入的灰口铸铁屑量较少，经研究石墨的存在对本发明钢的性能影响较小。

下面对本发明所用材料的热处理方案进一步解释如下：

将浇铸得到的铸件加热到600～650℃保温1～2h，是为了使钢中非平衡组织转变为平衡组织，同时消除铸态组织遗传性并作为淬火工艺的预热处理。淬火的目的是获得全部的板条马氏体和少量残余碳化物，提高钢的强度、硬度和耐磨性。淬火加热温度过低得不到全部的马氏体，淬火加热温度过高会使晶粒粗大，也会浪费能源。回火的目的是消除淬火应力，得到综合力学性能良好的回火索氏体。回火温度低于610℃，不足以使碳化物完全析出，且塑性韧性差，回火温度高于650℃，又会使钢的硬度和耐磨性降低。回火的冷却方式选择为水冷是为了消除第二类回火脆性。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明疏浚船用锁圈经最终热处理后，组织为板条状铁素体上弥散分布球状碳化物的回火索氏体，既具有良好的塑韧性，又兼具高的硬度和耐磨性，能满足高性能疏浚船锁圈的使用要求。

2、本发明的制造方法，科学合理，简单易行。

附图说明

图1是本发明铸件辅铸块的金相组织图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例中用到的所有原料除特殊说明外，均为市购。

表1列出了本发明疏浚船用锁圈的化学成分及熔炼过程中所加孕育剂的量。将本发明钢配料、熔炼后浇铸成锁圈，经最终热处理后进行机械加工，得到本发明疏浚船用锁圈成品。

最终热处理工艺见表2。切取锁圈铸件辅铸块作为实验材料，做金相观察和力学性能试验，测试其屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和布氏硬度，列于表2。从表2的数据可以看出，本发明疏浚船用锁圈的机械性能比目前使用的调质钢和普通低碳钢的综合性能都要好。

表1本发明疏浚船用锁圈的化学成分及所加孕育剂量(质量百分比)

表2本发明疏浚船用锁圈的性能

实施例只是为了便于理解本发明的技术方案，并不构成对本发明保护范围的限制，凡是未脱离本发明技术方案的内容或依据本发明的技术实质上对以上方案所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均仍属于本发明保护范围之内。