一種高強(qiáng)塑鑄鋼及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種不含Ni、Mo等貴金屬元素的高強(qiáng)塑鑄鋼及其制備方法。該鑄鋼化學(xué)成分中各元素的重量百分比（wt%）為：0.30%?0.35%C，0.5%?1.3%Si，0.6%?1.3%Mn，0.4%?1.1%Cr，0.02%?0.1%RE，S≤0.03%，P≤0.03%，余量為Fe。該成分的鋼經(jīng)熔煉、澆注后，進(jìn)行高效而實(shí)用的直接淬火加碳的分配和回火熱處理，即直接淬火?分配?回火處理，該鋼展現(xiàn)出了較好的強(qiáng)塑性，并具有較高的韌性，顯示出了很好的綜合力學(xué)性能，能夠滿足當(dāng)今汽車用鑄鋼對(duì)性能的要求。
【專利說明】
一種高強(qiáng)塑鑄鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[000?]本發(fā)明屬于鑄鋼材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種不含Ni、Mo等貴金屬元素的低碳低 合金Mn-Si-Cr型高強(qiáng)度高塑性鑄鋼及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，伴隨著汽車輕量化的發(fā)展，對(duì)汽車用鑄鋼件的要求也越來越高:要求其在減 重的同時(shí)又要具有高強(qiáng)度和較長(zhǎng)的使用壽命，以達(dá)到安全、環(huán)保、節(jié)能和降低成本等要求。 為此，期望汽車用鑄鋼材料的強(qiáng)度要提高，同時(shí)要保持足夠的塑性，即需要有好的綜合力學(xué) 性能，再者又要考慮生產(chǎn)成本。而國(guó)內(nèi)外在抗拉強(qiáng)度達(dá)到1000 MPa以上，且塑性在10%以上 的鑄鋼鋼種中，都需要加入Ni或Mo等貴金屬元素，成本較高。此外，現(xiàn)有鑄鋼生產(chǎn)制造所采 用的熱處理工藝已不能滿足性能要求。
[0003] 經(jīng)過傳統(tǒng)的重新加熱淬火與回火處理能改善鋼板的強(qiáng)韌性，但生產(chǎn)能耗高、周期 長(zhǎng)。與傳統(tǒng)的重新加熱淬火與回火工藝相比，直接淬火工藝能夠節(jié)約能源并縮短工藝流程， 因?yàn)樗恍枰僦匦录訜徇M(jìn)行淬火;同時(shí)，直接淬火還有利于改善鋼的焊接性能，因?yàn)橹苯?淬火可以獲得較高的力學(xué)性能，自然而然可以通過減少合金元素的用量來降低碳當(dāng)量;此 外，鋼的強(qiáng)韌配比在采用直接淬火處理后還能得以提高。
[0004] 淬火-分配-回火是徐祖耀在2007年在"鋼熱處理的新工藝"（熱處理，2007，22 (1) : 1-11)這篇文章中提出的并申請(qǐng)了相應(yīng)專利CN 101121955A。鋼經(jīng)過淬火-分配-回火 處理后能夠獲得高強(qiáng)度和高韌性。
[0005] 將直接淬火和淬火-分配-回火結(jié)合起來，采用直接淬火加分配-回火熱處理即直 接淬火-分配-回火，的處理方式，對(duì)鑄鋼進(jìn)行處理，不僅可以提高生產(chǎn)效率，還可以改善鑄 鋼的力學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)汽車用鑄鋼的生產(chǎn)現(xiàn)狀，本發(fā)明提供一種高強(qiáng)塑(高強(qiáng)度、高塑性)鑄鋼及其 制備方法。
[0007] 本發(fā)明提供的一種高強(qiáng)塑鑄鋼，化學(xué)成分中各元素的重量百分比Ut.%)為： 0.30%-0.35%C，0.5%-1.3%Si，0.6%-1.3%Mn，0.4%-1.l%Cr，0.02%-0.1%RE，S彡0.03%，P彡 0.03%，余量為卩6。
[0008] 所述的高強(qiáng)塑鑄鋼，其化學(xué)成分中各元素的重量百分比優(yōu)化為：0.32%-0.35%C， 0 · 6%-1 · 0%Si，0 · 9%-1 · 3%Mn，0 · 5%-0 · 9%Cr，0 · 03%-0 · 09%RE，S彡0 · 03%，P彡0 · 03%，余量為Fe。
[0009] 本發(fā)明公開的高強(qiáng)塑鑄鋼的制備方法，包含如下具體步驟： (1)將爐料加入熔煉爐進(jìn)行熔煉，溫度控制在1580~1620 °C之間，通過取鋼液澆注試樣 測(cè)試其爐前成分并對(duì)其成分進(jìn)行調(diào)整； (2 )待鋼液溫度下降到1540 °01560 °C時(shí)，將其澆入鑄型鑄成鑄件； (3)鑄件冷卻到900~930°C時(shí)，將鑄件取出，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際選擇進(jìn)行熱處理。
[0010] 上述步驟(3)的熱處理是下述1)、2)、3)中的任意一種。
[0011] 1)工藝1:260°C鹽浴保溫10s~30s/mm4400°C鹽浴保溫20s~60s/mm-水淬至室溫。
[0012] 2)工藝2:水淬2s~10s/mm-電阻爐中400°C保溫20s~60s/mm-水淬至室溫。
[0013] 3)工藝3:水淬2s~8s/mm-空冷2min~5min/mm-水淬至室溫。
[0014] 上述步驟(3)中鑄件冷卻到900~930°C是符合合金鋼的奧氏體化溫度可以為Ac3以 上50~100°C的一般熱處理規(guī)范，以使合金元素完全固溶于奧氏體中并在鑄件各個(gè)部位分 布均勻。
[0015] 上述步驟(3)1)中的"260°C鹽浴保溫10s~30s/mm"、2)中的"7K淬2s~10s/mm"、3沖 的水淬2s~8s/mm是為了將所述的高強(qiáng)塑鑄鋼淬火到Ms-Mf之間，使其不全轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體而 保留一定量的奧氏體。
[0016] 上述步驟（3)2)中的"400 °C鹽浴保溫20s~6〇S/mm"、2)中的"電阻爐中400°C保溫 20s~60s/mm"是為了讓碳從馬氏體擴(kuò)散至奧氏體中，使奧氏體富碳而穩(wěn)定一定量而不發(fā)生 轉(zhuǎn)變，在這期間還會(huì)析出細(xì)小彌散的碳化物，即完成碳的分配和回火；3)中"空冷2min~ 5min/mm"是通過鑄鋼的自回火完成碳的分配和回火。
[0017] 上述步驟(3)中最后的水淬至室溫是為了獲得一定量的殘余奧氏體和馬氏體的混 合組織。
[0018] 本發(fā)明涉及到的鑄鋼采用廉價(jià)的Mn、Si、Cr等元素為主要合金元素，經(jīng)過直接淬 火-分配-回火處理能夠獲得體積百分?jǐn)?shù)大于10%的殘余奧氏體和馬氏體的混合組織，該鑄 鋼的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率與沖擊吸收能KV2均分別不低于1100 MPa、900 MPa、13%和 32J，其強(qiáng)塑積(即抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的乘積)超過了15000 MPa%。
[0019] 與之相對(duì)應(yīng)，采用傳統(tǒng)的重新加熱淬火與回火熱處理(其工藝：室溫-920°C保溫 120 min，充分奧氏體化-水淬至室溫-400°C鹽浴保溫120 min回火-水淬至室溫），該鑄 鋼中殘余奧氏體的體積百分?jǐn)?shù)小于3%，相應(yīng)的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度分別能達(dá)到1300 MPa、 1200 MPa，但其伸長(zhǎng)率與沖擊吸收能分別低于9%和28J，強(qiáng)塑積小于12000 MPa · %。
[0020] 本發(fā)明的高強(qiáng)塑鑄鋼與使用Ni、Mo等貴金屬元素的鑄鋼比較而言，具有明顯的成 本優(yōu)勢(shì);該鑄鋼通過直接淬火-分配-回火處理后，與傳統(tǒng)的重新加熱淬火與回火處理相比， 雖然強(qiáng)度相對(duì)略低，但伸長(zhǎng)率與沖擊吸收能明顯要高，強(qiáng)塑積因此而高很多，綜合力學(xué)性能 更好。本發(fā)明的鑄鋼能夠滿足當(dāng)今汽車用鑄鋼對(duì)性能的要求。
【附圖說明】
[0021] 圖1是重新加熱淬火與回火鑄鋼(熱處理同傳統(tǒng)的重新加熱淬火與回火工藝，成分 同實(shí)施例1，下同）和實(shí)施例1、2、3鑄鋼的XRD圖譜。
[0022]圖2是各實(shí)施例鑄鋼典型顯微組織的SEM照片，其中（a)為重新加熱淬火與回火鑄 鋼；（b)為實(shí)施例1鑄鋼；（c)為實(shí)施例2鑄鋼；（d)為實(shí)施例3鑄鋼次表面(離表面大約為平均 厚度的1/4處）；（e)為實(shí)施例3鑄鋼內(nèi)部中心區(qū)域。
[0023] 圖3是各實(shí)施例鑄鋼典型的拉伸與沖擊斷口形貌，其中（al) -（a4)、（bl) -（b4)、 (cl)-(c4)、（dl)-(d4)分別為重新加熱淬火與回火鑄鋼和實(shí)施例1、2、3鑄鋼的拉伸宏觀、微 觀與沖擊宏觀、微觀斷口。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)施實(shí)例作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的 保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0025] 實(shí)施例1 一種高強(qiáng)塑鑄鋼，其化學(xué)成分中各元素的重量百分比為:〇 . 344%c，0.85l%Si，1.103% Μη，0 · 728%Cr，0 · 042%Ce，0 · 013%S，0 · 017%P，余量為 Fe。
[0026] 熔煉時(shí)，所用設(shè)備為100kg中頻感應(yīng)爐，熔煉爐溫控制在1580~1620 °C之間。熔煉過 程中，通過取鋼液澆注試樣測(cè)試其爐前成分并對(duì)其成分進(jìn)行調(diào)整。待鋼液溫度下降到1550 °C左右時(shí)，將其澆入陶瓷型殼鑄成基爾試塊； 基爾試塊在澆注后的30分鐘左右從型殼里面清理出來并立即切割下試樣，在空氣中冷 卻大約50分鐘后，試樣的溫度冷卻至丨」900~930 °C，此時(shí)立刻將試樣放入260 °C的鹽浴爐里面 進(jìn)行2min的淬火，使其初淬到Ms-Mf之間；然后，將試樣放入400 °C的鹽浴爐里面保溫5min進(jìn) 行碳分配-回火處理;最后水淬至室溫。
實(shí)施例1鑄鋼的力學(xué)性能與殘余奧氏體含量見上表1，其XRD圖譜、微觀組織和斷口形貌 分別見圖1、圖2與圖3。
[0027] 實(shí)施例2 一種高強(qiáng)塑鑄鋼，其化學(xué)成分中各元素的重量百分比、熔煉、澆注以及試樣取出和切割 同實(shí)施例1，試樣在空氣中冷卻大約50分鐘后其溫度降到900~930°C，進(jìn)行如下熱處理:水 淬35s(初淬到Ms-Mf之間）-電阻爐中400°C保溫5 min(分配-回火)-水淬至室溫。
[0028] 實(shí)施例2鑄鋼的力學(xué)性能與殘余奧氏體含量見上表2,其XRD圖譜、微觀組織和斷口 形貌分別見圖1、圖2與圖3。
[0029] 實(shí)施例3 一種高強(qiáng)塑鑄鋼，其化學(xué)成分中各元素的重量百分比、熔煉、澆注以及試樣取出和切割 同實(shí)施例1，試樣在空氣中冷卻大約50分鐘后其溫度降到900~930°C，進(jìn)行如下熱處理:水 淬30s(初淬到Ms-Mf之間）-空冷30 min(通過鑄鋼的自回火進(jìn)行分配-回火)-水淬至室 溫。
[0030] 實(shí)施例3鑄鋼的力學(xué)性能與殘余奧氏體含量見上表3,其XRD圖譜、微觀組織和斷口 形貌分別見圖1、圖2與圖3。
[0031] 實(shí)施例4 一種高強(qiáng)塑鑄鋼，其化學(xué)成分中各元素的重量百分比為:〇.335%C，0.756%Si，1.029% Μη，0 · 812%Cr，0 · 068%Ce，0 · 018%S，0 · 015%P，余量為 Fe。
[0032] 熔煉、澆注以及試樣取出和切割同實(shí)施例1，試樣熱處理同實(shí)施例2。
[0033]實(shí)施例4鑄鋼的力學(xué)性能與殘余奧氏體含量見上表4。
[0034] 實(shí)施例5 一種高強(qiáng)塑鑄鋼，其化學(xué)成分中各元素的重量百分比為:〇 . 327%c，0.924%Si，1.236% Μη，0 · 692%Cr，0 · 051%Ce，0 · 002%S，0 · 019%P，余量為 Fe。
[0035] 熔煉、澆注以及試樣取出和切割同實(shí)施例1，試樣熱處理同實(shí)施例3。
[0036]實(shí)施例5鑄鋼的力學(xué)性能與殘余奧氏體含量見上表5。
[0037]本發(fā)明中，化學(xué)元素的中文名稱如下： C:碳;Si :娃;Μη:猛;Cr:絡(luò);RE:稀土兀素;S:硫;P:憐;Fe:鐵。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高強(qiáng)塑鑄鋼，化學(xué)成分中各元素的重量百分比(Wt. %)為:0.30%-0.35%(：，0.5%-1 · 3%Si，O · 6%-1 · 3%Mn，O · 4%-1 · l%Cr，O · 02%-0 · 1%RE，S彡O · 03%，P彡O · 03%，余量為Fe。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)塑鑄鋼，其特征在于：化學(xué)成分中各元素的重量百分比 為：0·32%-0·35%C，0·6%-1·0%Si，0·9%-1·3%Mn，0·5%-0·9%Cr，0·03%-0·09%RE，S彡0·03%，P < 0.03%，余量為 Fe。3. -種高強(qiáng)塑鑄鋼高的制備方法，包含如下具體步驟： (1)將爐料加入熔煉爐進(jìn)行熔煉，溫度控制在1580~1620°C之間，通過取鋼液澆注試樣 測(cè)試其爐前成分并對(duì)其成分進(jìn)行調(diào)整； (2 )待鋼液溫度下降到1540 °01560 °C時(shí)，將其澆入鑄型鑄成鑄件； (3)鑄件冷卻到900~930°C時(shí)，將鑄件取出，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際選擇進(jìn)行熱處理。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高強(qiáng)塑鑄鋼高的制備方法，其特征在于:上述步驟(3)的 熱處理是下述1)、2)、3)中的任意一種； 1) 工藝1:260°(：鹽浴保溫1〇8~3〇8/臟4400°(：鹽浴保溫2〇8~6〇8/臟4水淬至室溫； 2) 工藝2:水淬2s~10s/mm^電阻爐中400°C保溫20s~60s/mm-水淬至室溫； 3) 工藝3:水淬2s~8s/mm-空冷2min~5min/mm4水淬至室溫。
【文檔編號(hào)】C22C38/18GK105908095SQ201610386936
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月2日
【發(fā)明人】唐正連, 史秋月, 楊全濤, 何漢軍
【申請(qǐng)人】湖北汽車工業(yè)學(xué)院