本發(fā)明涉及金屬冶煉技術(shù)領(lǐng)域，具體的是低合金超高強(qiáng)度鋼鑄件及其生產(chǎn)方法,。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，工程機(jī)械正向著前沿的方向發(fā)展，這就對(duì)材料的性能提出更高的要求,。低合金鑄鋼具有合金含量低(合金元素總量≤5％)、來源廣泛,，綜合力學(xué)性能好,、制造工序簡(jiǎn)單，成本低等特點(diǎn),，是一種應(yīng)用前景很好的工程材料,。超高強(qiáng)度低合金鑄鋼不僅具有高強(qiáng)度和高硬度，而且具有很好的韌性與耐沖擊性能,。cn20141024122.4公開了一種利用電弧爐制備低合金高強(qiáng)鑄鋼,，電弧爐具有很強(qiáng)的熔化、氧化和還原能力,，冶金能力很強(qiáng),，成分調(diào)整方便，但是電弧爐熔煉對(duì)元素的燒損嚴(yán)重,，能耗大,，工作環(huán)境相對(duì)較差,；且無法滿足航空航天、軌道交通,、國(guó)防等重要工業(yè)領(lǐng)域的使用要求,。

中頻感應(yīng)爐加熱速度快、生產(chǎn)效率高,、氧化脫炭少,、節(jié)省材料與成本、延長(zhǎng)模具壽命,，而且中頻感應(yīng)爐加熱均勻,，芯表溫差極小，溫控精度高,，工作環(huán)境*,，實(shí)現(xiàn)低污染、低耗能,，從而提高工人勞動(dòng)環(huán)境和公司形象,，符合國(guó)家提出的綠色生產(chǎn)，是企業(yè)目前發(fā)展的趨勢(shì),。具體制備過程包括：中頻感應(yīng)爐熔煉+高溫靜置精煉,，然后通過調(diào)質(zhì)熱處理，獲得高溫回火索氏體,，最終制備出低合金超高強(qiáng)度鑄鋼,，可以廣泛地應(yīng)用在航空航天、軌道交通,、國(guó)防等重要工業(yè)領(lǐng)域,。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種綜合力學(xué)性能*、鑄造成型容易,、生產(chǎn)工序少的低合金超高強(qiáng)度鋼及其鑄件的生產(chǎn)方法,，該低合金超高強(qiáng)度鋼的抗拉強(qiáng)度不低于1300mpa。

本發(fā)明的技術(shù)方案是,，一種低合金超高強(qiáng)度鋼,，其成分重量百分比包括：

c：0.20%~0.30%；

si：0.50%~0.70%,；

mn：0.60%~0.80%,；

cr：0.60%~1.10%；

ni：0.40%~0.65%,；

mo：0.50%~0.75%,；

nb：0.05%~0.15%；

v：0.03%~0.05%；

ti：0.001%~0.003%,；

al：0.01%~0.03%,；

cu：0.02%~0.05%；

p≤0.010%,；

s≤0.010%,；

余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。

確定上述主要化學(xué)成分的理由如下：

碳：c含量太高,，則會(huì)形成較脆的組織,，降低鋼的低溫沖擊韌性，在回火過程中,，c含量較高的鋼會(huì)形成較粗大的碳化物,，從而惡化其沖擊性能；另一方面,，c含量太低,，容易形成鐵素體等強(qiáng)度較低的組織；因此為保證鋼材的低溫沖擊韌性和焊接性,，碳含量的優(yōu)選為0.20%～0.30%。

硅：硅可以顯著提高鋼的彈性極限,，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度,，作為鉻當(dāng)量的形成元素，和鉬,、鉻等結(jié)合,，可以提高鋼的抗腐蝕性和抗氧化性，因此將硅含量控制在0.50%~0.70%,。

錳：mn是弱碳化物形成元素,，通常固溶在鋼中，起到固溶強(qiáng)化的效果,。增加錳含量可以提高鋼的硬度,，但錳含量過高，會(huì)影響鋼的韌性,，因此將錳含量?jī)?yōu)選為0.60%~0.80%,。

鉻：鉻為鐵素體形成元素，能顯著提高強(qiáng)度,，但同時(shí)降低塑性和韌性,；因此鉻元素的含量?jī)?yōu)選為0.60%~1.10%。

鎳：鎳為強(qiáng)的奧氏體形成元素,，增加鎳含量有助于提高奧氏體組織的穩(wěn)定性,，能提高材料的強(qiáng)度，而又保持良好的塑性和韌性；因此優(yōu)選為0.40%~0.65%,。

鉬：mo元素在奧氏體化時(shí)固溶在鋼中,，冷卻過程中通過抑制擴(kuò)散界面運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)細(xì)化最終組織；mo元素對(duì)擴(kuò)散界面拖曳作用耗散的自由能約是mn元素的3倍,，通過固溶強(qiáng)化可以提高材料強(qiáng)度,，將鉬含量?jī)?yōu)選控制在為0.50%~0.75%。

鈮:可以細(xì)化晶粒和降低材料的過熱敏感性及回火脆性,，提高強(qiáng)度,，還可改善焊接性能，但nb含量較高會(huì)在回火過程中形成較粗大的nbc析出,，從而降低材料的低溫沖擊功,；因此鈮元素的含量?jī)?yōu)選為0.05%~0.15%。

釩：v是鐵素體化元素,，強(qiáng)烈縮小奧氏體區(qū),。高溫溶入奧氏體中的v元素能夠增加鋼的淬透性。鋼中v元素的碳化物v4c3比較穩(wěn)定,，可以抑制晶界移動(dòng)和晶粒長(zhǎng)大,；因此釩元素的含量?jī)?yōu)選為0.03%~0.05%。

鈦：ti與n在高溫時(shí)形成tin,，板坯加熱奧氏體化時(shí),，tin會(huì)抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大。ti與c在較低溫度區(qū)間形成tic,，細(xì)小的tic顆粒有利于提高材料的低溫沖擊性能,。ti含量過高，則會(huì)形成粗大的方形tin析出,，材料在受力時(shí)應(yīng)力會(huì)集中在tin顆粒附近,，成為微裂紋的形核長(zhǎng)大源，降低鋼板的疲勞性能,。因此鈦元素的含量?jī)?yōu)選為0.001%~0.003%,。

鋁：al元素在高溫時(shí)形成細(xì)小的aln析出，可以抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大,，達(dá)到奧氏體細(xì)化晶粒,、提高鋼在低溫下的韌性。al含量過高會(huì)導(dǎo)致較大的al的氧化物形成,，降低鋼板的低溫沖擊性能,、熱加工性能、焊接性能和切削加工性能,，因此鋁元素的含量?jī)?yōu)選為0.01%~0.03%,。

銅：銅能提高強(qiáng)度和韌性,，缺點(diǎn)是在熱加工時(shí)容易產(chǎn)生熱脆，銅含量超過0.5%塑性顯著降低,；因此將銅元素的含量?jī)?yōu)選為0.02%~0.05%,。

硫、磷：合金冶煉過程中的雜質(zhì)元素,。

上述低合金超高強(qiáng)度鋼鑄件的生產(chǎn)方法,，包括如下步驟：

a、打開中頻熔煉爐并調(diào)試,，加入高純生鐵進(jìn)行熔化,，待高純生鐵熔清后加入螢石進(jìn)行除渣2次至3次。

b,、除渣完成后,，向鐵水中加入配比好的增碳劑進(jìn)行增碳。

c,、升高電源電壓對(duì)中頻熔煉爐進(jìn)行升溫,，按照預(yù)定比例先加入鎳板、微碳鉻鐵,、鉬鐵,、中碳錳鐵、硅鐵,，再加入純銅,、鈮鐵、釩鐵并靜置,，再加入螢石進(jìn)行除渣3-5次,，除渣溫度控制在1650℃±10℃,。

d,、除渣完成后繼續(xù)升溫至1700℃并保溫靜置精煉，取樣進(jìn)行爐前光譜檢驗(yàn),，根據(jù)光譜檢驗(yàn)結(jié)果,，調(diào)整鋼液成分，以使鋼液滿足中的合金元素成分滿足c：0.20%~0.30%,；si：0.50%~0.70%,；mn：0.60%~0.80%；cr：0.60%~1.10%,；ni：0.40%~0.65%,；mo：0.50%~0.75%；nb：0.05%~0.15%,；v：0.03%~0.05%,；ti：0.001%~0.003%,；al：0.01%~0.03%；cu：0.02%~0.05%,；p≤0.010%,；s≤0.010%的要求。

e,、調(diào)整至滿足上述成分需求后,，將鋼液的出爐溫度控制在1610-1650℃，將熔煉好的鋼液全部出爐到鋼包,，測(cè)溫使溫度控制在1560～1580℃,，然后進(jìn)行漏包澆注。

f,、澆注成型的鑄件需進(jìn)行成品熱處理,，熱處理為正火、淬火+高溫回火,，從而得到高溫回火索氏體組織,。

進(jìn)一步，所述步驟f中,，熱處理工藝為：正火溫度在ac3溫度以上50℃,，即880至910℃；淬火溫度控制在880至920℃,，回火溫度控制在550至650℃,，各個(gè)熱處理階段的保溫時(shí)間根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式及實(shí)際工件尺寸確定。

進(jìn)一步,，所述步驟e中,，采用樹脂砂砂型進(jìn)行漏包澆注，澆注以后鑄件和型砂易于分離,，可減少鑄件清理的工作量,，且過程中使用的砂子可以再生回收使用，節(jié)能環(huán)保,。

本發(fā)明中所述的低合金鑄鋼采用低碳與各種合金元素配比,，并且加入較高的微量鈮元素，細(xì)化晶粒,，均勻化組織,。經(jīng)熱處理后，大大提高其硬度和耐磨性,，同時(shí)合理地綜合了其強(qiáng)度與韌性,，使其具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能。本發(fā)明所述的低碳合金鑄鋼的力學(xué)性能如下：抗拉強(qiáng)度1300~1500mpa,、屈服強(qiáng)度900mpa~1200mpa,、伸長(zhǎng)率≥10%,、室溫v型缺口夏比擺錘沖擊實(shí)驗(yàn)的沖擊功ak≥40j、布氏硬度390-460hbw,。

本發(fā)明的抗拉強(qiáng)度1500mp*的含鈮超高強(qiáng)低合金鑄鋼不僅具有高強(qiáng)度和高硬度,，而且具有很好的韌性以及耐沖擊性能。利用中頻感應(yīng)爐熔煉+高溫靜置精煉,，然后通過成品熱處理,，獲得顯微組織為高溫回火索氏體的低合金超高強(qiáng)度鑄鋼。因?yàn)槠渚C合力學(xué)性能*,，鑄造成型容易,，生產(chǎn)工序少，成本低,，可以取代超高強(qiáng)度鍛鋼產(chǎn)品,，在航空航天、軌道交通,、國(guó)防等重要工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,。

采用中頻感應(yīng)爐進(jìn)行加熱，速度快,、生產(chǎn)效率高,、氧化脫炭少、節(jié)省材料與成本,、延長(zhǎng)模具壽命,，而且中頻感應(yīng)爐加熱均勻，芯表溫差極小,，溫控精度高,，工作環(huán)境*，實(shí)現(xiàn)低污染,、低耗能,，從而提高工人勞動(dòng)環(huán)境和公司形象，符合國(guó)家提出的綠色生產(chǎn),，是企業(yè)目前發(fā)展的趨勢(shì),。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

本實(shí)施例的低合金超高強(qiáng)度鋼鑄件制造包括如下步驟：

利用中頻感應(yīng)爐制備的低合金高強(qiáng)韌鑄鋼包括以下質(zhì)量百分比的原料：碳0.20%,、錳0.70%,、硅0.45%、鉻0.65%,、鎳0.65%,、鉬0.50%、鈮0.015%,、釩0.05%,、硫≤0.01%,、磷≤0.01%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì),。

以150kg堿性爐襯的中頻感應(yīng)爐熔煉,，每一爐熔煉125kg。

熔煉過程：a,、打開中頻熔煉爐并進(jìn)行調(diào)試,，加入125kg的高純鐵進(jìn)行融化；待高純鐵溶清后,，加入適當(dāng)螢石除渣3次,。

b、除渣完畢之后,，向鐵水中加入配比好的增碳劑進(jìn)行增碳,，在此過程中堤防增碳劑的突然燃燒，以免對(duì)人和設(shè)備造成傷害,。

c,、升高電源電壓對(duì)中頻熔煉爐升溫，然后依次加入鎳板,、微碳鉻鐵,、鉬鐵、中碳錳鐵,、硅鐵,，加入間隔大約30s，兩分鐘后依次加入純銅,、鈮鐵,、釩鐵，靜置兩分鐘后加入適當(dāng)螢石進(jìn)行再除渣,；除渣5次,，除渣溫度1650℃。

d,、除渣完畢之后,，繼續(xù)升溫至1700℃保溫靜置5~10分鐘，進(jìn)行高溫精煉,，精煉完成,，澆鑄小試塊，進(jìn)行爐前直讀光譜檢驗(yàn),，若成分合格,，澆鑄成基爾試塊；若成分有偏差,，通過計(jì)算,，調(diào)整成分（循環(huán)上述加料,、除渣和精煉過程），直至下一次光譜顯示成分合格,，然后澆鑄,。

e、澆鑄過程：先將熔煉完成的鋼水倒入50kg的小鋼包中,，然后采用傾倒式澆注到樹脂砂砂型中,，出爐溫度1630℃，澆鑄溫度1580℃（出爐到澆鑄過程降溫40~50℃）,，一爐的整個(gè)澆鑄過程2分鐘,。

f、澆注成型的鑄件需進(jìn)行成品熱處理,，包括正火溫度在ac3溫度以上30至50℃,，實(shí)際控制在880至910℃，正火保溫時(shí)間為60至90分鐘,，然后空冷,；淬火溫度控制在890至920℃，淬火保溫時(shí)間為60至90分鐘,，然后水冷,；回火溫度控制在550至600℃，回火保溫時(shí)間為90至120分鐘,，然后空冷,。

對(duì)制備得到的低合金超高強(qiáng)度鑄鋼進(jìn)行了性能檢驗(yàn)，其顯微組織為高溫回火索氏體,，抗拉強(qiáng)度1450mpa,，屈服強(qiáng)度1125mpa；伸長(zhǎng)率12%,、室溫v型缺口夏比擺錘沖擊實(shí)驗(yàn)的沖擊功ak46j,、布氏硬度429hbw。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的低合金超高強(qiáng)度鋼鑄件制造包括如下步驟：

利用中頻感應(yīng)爐制備的低合金高強(qiáng)韌鑄鋼包括以下質(zhì)量百分比的原料：碳0.26%,、錳0.60%,、硅0.60%、鉻0.65%,、鎳0.45%,、鉬0.70%、鈮0.10%,、釩0.04%,、硫≤0.01%,、磷≤0.01%,，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì),。

以150kg堿性爐襯的中頻感應(yīng)爐熔煉，每一爐熔煉125kg,。

熔煉過程：a,、打開中頻熔煉爐并進(jìn)行調(diào)試，加入125kg的高純鐵進(jìn)行融化,；待高純鐵溶清后,，加入適當(dāng)螢石除渣2次。

b,、除渣完畢之后,，向鐵水中加入配比好的增碳劑進(jìn)行增碳，在此過程中堤防增碳劑的突然燃燒,，以免對(duì)人和設(shè)備造成傷害,。

c、升高電源電壓對(duì)中頻熔煉爐升溫,，然后依次加入鎳板,、微碳鉻鐵、鉬鐵,、中碳錳鐵,、硅鐵，加入間隔大約30s,，兩分鐘后依次加入純銅,、鈮鐵、釩鐵,，靜置兩分鐘后加入適當(dāng)螢石進(jìn)行再除渣,；除渣45次，除渣溫度1640℃,。

d,、除渣完畢之后，繼續(xù)升溫至1700℃保溫靜置5~10分鐘,，進(jìn)行高溫精煉,，精煉完成，澆鑄小試塊,，進(jìn)行爐前直讀光譜檢驗(yàn),，若成分合格，澆鑄成基爾試塊,；若成分有偏差,，通過計(jì)算，調(diào)整成分（循環(huán)上述加料、除渣和精煉過程）,，直至下一次光譜顯示成分合格,，然后澆鑄。

e,、澆鑄過程：先將熔煉完成的鋼水倒入50kg的小鋼包中,，然后采用傾倒式澆注到樹脂砂砂型中，出爐溫度1640℃,，澆鑄溫度1590℃（出爐到澆鑄過程降溫40~50℃）,，一爐的整個(gè)澆鑄過程2分鐘。

f,、澆注成型的鑄件需進(jìn)行成品熱處理,，包括正火溫度在ac3溫度以上30至50℃，實(shí)際控制在880至910℃,，正火保溫時(shí)間為60至90分鐘,，然后空冷；淬火溫度控制在890至920℃,，淬火保溫時(shí)間為60至90分鐘,，然后水冷；回火溫度控制在550至600℃,，回火保溫時(shí)間為90至120分鐘,，然后空冷。

對(duì)制備得到的低合金超高強(qiáng)度鑄鋼進(jìn)行了性能檢驗(yàn),，其顯微組織為高溫回火索氏體,，抗拉強(qiáng)度1430mpa，屈服強(qiáng)度1165mpa,；伸長(zhǎng)率12%,、室溫v型缺口夏比擺錘沖擊實(shí)驗(yàn)的沖擊功ak42j、布氏硬度428hbw,。

本發(fā)明提供一種利用中頻感應(yīng)爐制備低合金超高強(qiáng)度鑄鋼的方法,，選用低硫磷爐料，利用中頻感應(yīng)爐冶煉鋼液,、高溫靜置精煉,，正火,、淬火+高溫回火的成品熱處理,，最終制備出低合金超高強(qiáng)度鑄鋼。本方法工序少,，效率高,，制備的低合金超高強(qiáng)度鋼強(qiáng)度高,、塑性和韌性好,，并且具有較高的硬度，綜合性能*,?？梢杂糜谝蟾邚?qiáng)韌耐磨工況條件下使用的工件，而且合金元素少,，成本相對(duì)較低,，是目前企業(yè)熔煉超高強(qiáng)度鋼鐵件的發(fā)展趨勢(shì),。

顯然,，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定,。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉,。而這些屬于本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍中