專利名稱：：一種微合金化高強(qiáng)度貨叉用鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鋼鐵行業(yè)中的合金鋼，具體涉及一種微合金化高強(qiáng)度貨叉用鋼。
背景技術(shù)：
：隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對鋼鐵材料的強(qiáng)度、淬透性、低溫使用性能、形狀、尺寸和尺寸公差，提出了更高的要求。對于一些特定的鋼種，如貨叉專用鋼，由于貨叉的生產(chǎn)工序中，需要將整支貨叉整體淬火，所以對貨叉使用材料的淬透性有很高的要求。目前，國內(nèi)貨叉專用鋼的材料多為35Cr、40Cr、35CrMo等。35Cr、40Cr等鋼種往往淬火淬不透，影響材料的整體力學(xué)性能，而35CrMo淬透性能優(yōu)越，但由于其使用稀有金屬M(fèi)o，不僅成本高，而且不利于國民經(jīng)濟(jì)的長遠(yuǎn)發(fā)展。作為B鋼，目前，國內(nèi)有20MnTiB鋼種，但這個鋼種一般都用于小斷面鋼材,制造高強(qiáng)度緊固件等，對于整體大端面高強(qiáng)度工件，這種鋼材的綜合性能達(dá)不到制造貨叉的整體要求。而且由于該鋼種枝晶發(fā)達(dá)，凝固過程中易形成縮孔，所以目前市場基本不使用。目前國內(nèi)制造貨叉用的鋼種與本發(fā)明的鋼種化學(xué)成分對比如下。(重量比％)<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種微合金化高強(qiáng)度貨叉用鋼，其淬透性能優(yōu)越，鋼的強(qiáng)度高、塑性好、焊接性能好，還可節(jié)約貴重的稀有金屬M(fèi)o。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種微合金化高強(qiáng)度貨叉用鋼，它的化學(xué)成分含有(wt%):C0.28-0.37%,Si0.15-0.45%，Mn1.20-1.60%,Cr0.25-0.65%,S《0.030%,P《0.030%，Ti0.015-0.100%，B0.0005-0.0040%，余為Fe。所述化學(xué)成分中還含有Ni《3.0%、V《0.5%、Nb《0.5%、Cu《0.5%、Mo《0.5%。本發(fā)明主要是利用B對鋼的淬透性的強(qiáng)烈提升作用，B的突出作用是微量的B(0.001%)就可以成倍地提高鋼的淬透性。B吸附在奧氏體晶界上，降低了晶界的能量，抑制鐵素體晶核的形成，因而延長了先共析鐵素體和上貝氏體轉(zhuǎn)變的孕育期，但對已經(jīng)形成的晶核的成長，則影響極微。如果B低于0.0005%,則達(dá)不到提高淬透性的作用，超過0.004%，則不在對鋼的淬透性能有增加作用，反而會影響材料的塑性指標(biāo)，并有增加材料的回火脆性傾向，因而本發(fā)明采用0.00050.0040%的B來提高微合金化高強(qiáng)度貨叉用鋼的淬透性。例如一般貨叉用鋼35Cr、40Cr、35CrMo等，距端部10ram處的淬透性值只有HRC24，而采用本發(fā)明方案獲得的微合金化高強(qiáng)度貨叉用鋼，距端部10mm處的淬透性值達(dá)到HRC46以上，大大地滿足了貨叉整體淬火的性能要求。同時(shí)，本發(fā)明綜合考慮了B淬透性及材料裂紋敏感性的特點(diǎn)，采用B的同時(shí)，還采用Ti對材料進(jìn)行微合金化，以確保材料生產(chǎn)時(shí)不會產(chǎn)生裂紋，且確保B對材料淬透性提高的效果。Ti是化學(xué)上極為活潑的金屬元素之一，它和氮、氧、碳都有極強(qiáng)的親和力，因此利用它來固定鋼中的氮，以確保微合金化高強(qiáng)度貨叉用鋼B的效果，保證材料具有穩(wěn)定的淬透性。同時(shí)，Ti元素和碳形成一種碳化物TiC，這種碳化物結(jié)合力極強(qiáng)，極穩(wěn)定，不易分解；在鋼中，只有加熱到100(TC以上，才能緩慢地溶入固溶體(a或Y相)中。在未溶入前，碳化鈦微粒有阻止鋼晶粒長大粗化的作用。因此，用Ti來細(xì)化晶粒，將該鋼的晶粒粗化溫度提高的IOO(TC以上，既避免了該鋼材料的裂紋敏感性，同時(shí)提高了材料的綜合力學(xué)性能。Ti低于0.015%時(shí)，起不到固定鋼中N，以及細(xì)化晶粒的作用，Ti高于0.100%容易形成TiN點(diǎn)狀夾雜，降低材料的沖擊韌性和疲勞壽命，所以Ti范圍確定為0.015-0.扁％。C能顯著提高鋼的強(qiáng)度，同時(shí)又可以提高鋼的淬透性和淬硬性，但也使鋼的塑性惡化，并會降低材料的焊接性能。如果C含量低于0.28%，材料的硬度和力學(xué)性能指標(biāo)均達(dá)不到使用要求，如果C含量高于0.37%，材料的塑性指標(biāo)、焊接性能以及低溫沖擊性能指標(biāo)則達(dá)不到使用要求。因此本發(fā)明中的C含量取0.28~0.37%。對比鋼35Cr、40Cr的C含量都較高，造成了貨叉母材塑性的降低，低溫沖擊性能差。Si在鋼中能溶入鐵素體，能提高合金鋼的強(qiáng)度和硬度，降低鋼的塑性和韌性。其最低含量為0.15%才能達(dá)到效果，但過高的Si含量，特別是與Mn、Cr元素共存時(shí)，容易引起鋼的晶粒粗化，增加鋼的回火脆性。綜合材料的總體要求，本發(fā)明將Si含量確定為0.150.45%。Mn在鋼中能溶入鐵素體，強(qiáng)化基體，在軋后冷卻時(shí)能細(xì)化珠光體、能相對提高珠光體含量，因此，能提高強(qiáng)度和硬度，顯著提高淬透性，改善熱處理性能，且對材料的塑性影響較小。當(dāng)Mn含量低于1.20%時(shí)，材料的力學(xué)性能和淬透性能均很難達(dá)到使用要求，當(dāng)Mn含量高于1.60%時(shí)，大大增加了材料的淬火裂紋傾向，且加大了工件淬火后的變形，對工件整體淬火工藝十分不利，所以Mn含量確定為1.20-1.60%。對比鋼35Cr、40Cr、35CrMo的Mn含量較低，整體材料的淬透性和塑性指標(biāo)往往達(dá)不到貨叉整體淬火的要求。Cr能顯著提高鋼的淬透性，同時(shí)能提高鋼的抗腐蝕和耐磨性。當(dāng)Cr低于0.25%時(shí)，對于提高鋼的淬透性、抗腐蝕和耐磨性效果則不明顯，如果高于0.65%時(shí)，材料的塑性指標(biāo)將受到影響，同時(shí)過高的Cr會形成氧化物夾雜，降低鋼的沖擊韌性，增加材料淬火變形，所以確定Cr含量為0.25-0.65%。對比鋼35Cr、40Cr、35CrMo均采用較高的Cr，貨叉整體淬火后，往往變形量較大。殘余元素P、S等，會在晶間偏聚造成晶界脆化，會造成材料高溫回火脆性,同時(shí)P對鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度提高影響程度很大，所以本鋼種P、S控制范圍為《0.030%。本發(fā)明的主要技術(shù)構(gòu)思是綜合采用以Mn、C輔以少量的Cr為基體的材料，利用B提高材料淬透性的特點(diǎn)(據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，0.0010.005%的8可代替1.6%的Ni、0.3%的0、0.2y。的Mo等)，從而節(jié)約其他較貴金屬，使材料滿足大工件整體淬火(例如斷面150X50、150X65等長度為1.75m，彎成貨叉形狀后，進(jìn)行整體淬火，淬火+回火后硬度指標(biāo)要求在HBS280370之間)的淬透性要求情況下，獲得高強(qiáng)度、高塑性、高低溫性能。同時(shí)考慮到本方案材料的裂紋敏感性，輔以Ti微合金化，在避免材料裂紋敏感性的同時(shí)，應(yīng)用Ti與氮強(qiáng)烈的結(jié)合能力，避免了鋼中B被氮固定，從而保證了所設(shè)計(jì)方案的材料的穩(wěn)定的淬透性，符合大工件整體淬火對材料的特殊要求。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)材料的淬透性能優(yōu)越。采用B、Ti微合金化使材料的淬透性能得到了顯著提高，淬透性比不微合金化的鋼提高了一倍左右，滿足大工件整體淬火的淬透性要求。(2)提高了材料的強(qiáng)度指標(biāo)。由于材料淬透性的提高，材料的綜合力學(xué)性能得到大大的提升，如表2所示，由Cr鋼抗拉強(qiáng)度的930MPa提高到1060MPa，屈服強(qiáng)度由Cr鋼的780MPa提高到825MPa，還具有良好的耐高、低溫性能。(3)材料的成本低。采用B、Ti微合金化，不僅提高了材料的淬透性、以及綜合力學(xué)性能，而且比相同淬透性的Mo合金化的鋼材，噸節(jié)約貴金屬M(fèi)o20%以上，噸鋼成本降低近千元。(4)社會效益大。由于B和Ti在我國均屬于富礦，且在B、Ti微合金化鋼中用量很少，因此本發(fā)明的推廣應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)效益、社會效益均較大。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的微合金化高強(qiáng)度貨叉用鋼的生產(chǎn)，是在常規(guī)的電爐、轉(zhuǎn)爐或其它非真空熔煉爐中進(jìn)行熔煉，出鋼前測定C、Si、Mn等化學(xué)成分，并加入適量C、Si、Mn等合金進(jìn)行成分初期調(diào)整，然后將盛有鋼水的鋼包進(jìn)入精煉爐中進(jìn)行精煉，在其他成分調(diào)整完成后進(jìn)行夾雜物變性，并加入Ti鐵進(jìn)行微合金化，最后加入B鐵進(jìn)行最終微合金化。最后取樣測定Ti、B的化學(xué)成分，達(dá)到設(shè)計(jì)要求則可鑄坯材。實(shí)施例-根據(jù)本發(fā)明所述的微合金化高強(qiáng)度貨叉用鋼的化學(xué)成分范圍，在轉(zhuǎn)爐上熔煉了三爐鋼，經(jīng)過精煉裝置精煉后，得到三爐微合金化高強(qiáng)度貨叉用鋼。表1為三爐微合金化高強(qiáng)度貨叉用鋼的化學(xué)成分；表2為表1相對應(yīng)的微合金化高強(qiáng)度貨叉用鋼的生產(chǎn)檢驗(yàn)力學(xué)性能；表3為表1相對應(yīng)的微合金化高強(qiáng)度貨叉用鋼淬透性檢驗(yàn)結(jié)果；材料的淬火工藝為890。C土8(TC保溫0.55分鐘/mm厚度，U-B淬火液淬火，淬火時(shí)間》20分鐘；54(TC士8(TC回火，保溫時(shí)間為16分鐘/mm厚度，水冷或強(qiáng)空氣冷卻。表4為表1相對應(yīng)的微合金化高強(qiáng)度貨叉用鋼材料晶粒度檢驗(yàn)結(jié)果；表5為微合金化高強(qiáng)度貨叉用鋼生產(chǎn)的貨叉整體淬火后檢驗(yàn)的力學(xué)性能；調(diào)質(zhì)工藝與表3同。表6為微合金化高強(qiáng)度貨叉用鋼與常規(guī)的貨叉用Cr鋼性能指標(biāo)對比。表1微合金化高強(qiáng)度貨叉用鋼化學(xué)成分，wt%<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2微合金化生產(chǎn)高強(qiáng)度貨叉用鋼的材料檢驗(yàn)力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表3微合金化高強(qiáng)度貨叉用鋼淬透性材料檢驗(yàn)結(jié)果距離端部長度(mm)15812<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表4微合金化高強(qiáng)度貨叉用鋼材料晶粒度檢驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表5微合金化高強(qiáng)度貨叉整體淬火后檢驗(yàn)的力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表6微合金化高強(qiáng)度貨叉用鋼和常規(guī)貨叉用Cr鋼性能指標(biāo)對比<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本發(fā)明不局限于貨叉用鋼，凡是用于提高工件的整體淬火性能和綜合指標(biāo)，均屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。權(quán)利要求1.一種微合金化高強(qiáng)度貨叉用鋼，其特征在于它的化學(xué)成分含有(wt％)C0.28-0.37％，Si0.15-0.45％，Mn1.20-1.60％，Cr0.25-0.65％，S≤0.030％，P≤0.030％，Ti0.015-0.100％，B0.0005-0.0040％，余為Fe。2.如權(quán)利要求1所述的一種微合金化高強(qiáng)度貨叉用鋼，其特征在于化學(xué)成分中還含有Ni《3.0呢、V《0.5%、Nb《0.5%、Cu^O.5%、Mo《0.5%。全文摘要本發(fā)明公開了一種微合金化高強(qiáng)度貨叉用鋼，它的化學(xué)成分含有(wt％)C0.28-0.37％，Si0.15-0.45％，Mn1.20-1.60％，Cr0.25-0.65％，S≤0.030％，P≤0.030％，Ti0.015-0.100％，B0.0005-0.0040％，余為Fe。所述化學(xué)成分中還含有Ni≤3.0％、V≤0.5％、Nb≤0.5％、Cu≤0.5％、Mo≤0.5％。本發(fā)明采用B、Ti微合金化使材料的淬透性能得到了顯著提高，滿足大工件整體淬火的淬透性要求，同時(shí)材料的綜合力學(xué)性能得到大大的提升，而且比相同淬透性的Mo合金化的鋼材，噸節(jié)約貴金屬M(fèi)o20％以上，噸鋼成本降低近千元。文檔編號C22C38/54GK101117684SQ200710130958公開日2008年2月6日申請日期2007年8月22日優(yōu)先權(quán)日2007年8月22日發(fā)明者尹修鋼,王忠英申請人:江蘇沙鋼集團(tuán)淮鋼特鋼有限公司