一种铸钢材料及其铸件的制造方法技术

本发明专利技术提供一种高强度、良好韧性、低成本的铸钢材料，其成分按重量百分比组成为：C:0.32‑0.40%、Si：0.25‑0.45%、Mn：0.50‑0.80%、P：≤0.035%、S：≤0.035%、N：0.02‑0.03%、Al：0.020‑0.060%、Mo：≤0.10%、V：≤0.05%、Ni：≤0.20%、Cu：≤0.20%、Cr：≤0.25%，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明专利技术铸钢材料在不增加工程车辆桥壳和悬架的壁厚、截面比例及不增加制造成本的情况下，提升桥壳体和悬架支座的强度和韧性，以提高承载量；结合有限元分析可以适当减薄产品的铸件厚度，起到轻量化的目的，同时降低制造成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及车辆桥壳和平衡悬架领域，尤其是涉及的是中重型载重汽车和装载机等工程车辆桥壳和悬挂系统的铸钢材料及其铸件的制造方法。
技术介绍
纵观国内工程车辆铸钢桥壳零部件，其所用的材质一般为QT500-7、ZG310-570、ZG270-500、ZG25Mn、ZG40Cr、日本JISG5102(1991)标准中的SCW550等。各材料牌号的机械性能，见图1。各材料牌号的化学成分，见图2。由图1和图2可知，QT500-7材料脆性最大，且碳当量最高，无法焊接；虽ZG40Cr机械性能最高，但需添加铬元素，及热处理正火830-860℃+回火520-680℃，材料和热处理成本高；ZG25Mn和SCW550铸造熔炼钢水时，需要低碳钢，且需要添加较多的锰元素，热处理温度高，材料和热处理成本高，但机械性能一般；ZG270-500和ZG310-570虽材料成本和热处理成本较低，但机械性能没有优势，较一般。随着国家“节能、减排”的总体战略要求，各汽车厂均在零部件轻量化方面下大力气研究和实施，而桥壳作为重要零部件，是重要的轻量化对象，而要在保证性能的前提下要进行轻量化减重，其中有效的手段是提高材料的性能。而汽车零部件制造商为了保证利润和生存，在提高材料性能的前提下，又不能大幅提高制造成本，迫切需要一种高强度、良好韧性、低成本的铸钢材料和制造工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足，提供高强度、良好韧性、低成本的一种铸钢材料及其铸件的制造方法。为实现上述目的，本专利技术的技术解决方案是：铸钢材料，其化学成分按重量百分比组成为：C:0.32-0.40%、Si：0.25-0.45%、Mn：0.50-0.80%、P：≤0.035%、S：≤0.035%、N：0.02-0.03%、Al：0.020-0.060%、Mo：≤0.10%、V：≤0.05%、Ni：≤0.20%、Cu：≤0.20%、Cr：≤0.25%，其余为Fe及不可避免的杂质。优选的，其原料包括按重量计算的以下组分：35号钢：55-63份、ZG270-500钢：30-35份、生铁：0.41-0.48份、硅铁：0.06-0.34份、硅钡铝：0.08-0.1份、铝线0.049-0.06份、氮化锰铁：0.5-0.77份、低碳锰铁：0-0.25份。优选的，ZG270-500钢和35号钢的含铁质量百分含量≥97%，生铁为GB/T718-2005标准中的Z18，硅铁为GB/T2272-2009标准中的FeSi75Al0.5-B，硅钡铝合金为YB/T066-2008标准中的FeAl30Ba6Si20，低碳锰铁为GB/T3795-2006标准中的FeMn84C0.7；氮化锰铁的主要化学成分为：Mn：72%-75%、N：3.5-4%、C：≤0.50%、Si：≤3.50%、P：≤0.30%、S：≤0.02%、其余为Fe。35号钢可以为废钢，本专利技术以35号钢、ZG270-500回炉料为原料主材，生铁主要增碳，硅铁主要增硅，硅钡铝主要增铝和硅及脱氧，铝线主要脱氧，氮化锰铁主要增氮和锰，低碳锰铁主要是如熔炼过程中钢水的化学成分氮含量达到目标值，而锰因烧损过多，需增锰含量时，采用低碳锰铁增加钢水锰含量。一种上述铸钢材料的铸件的制造方法，包括如下步骤：a.往中频炉中按重量投入ZG270-500钢30-35份和35号钢55-63份熔炼成钢水，加入除渣剂排渣；b.往中频炉中投入生铁0.41-0.48份和硅铁0.06-0.34份，待熔化后，加入除渣剂排渣；c.往中频炉投入氮化锰铁0.5-0.77份和低碳锰铁0-0.25份，进行增氮和增锰；d.往中频炉投入硅钡铝0.08-0.1份，进行增铝、增硅和脱氧，将中频炉内的钢水加热至1640-1650℃后，停止中频炉加热；e.往钢水包投入铝线0.049-0.06份，将中频炉内的钢水冲入钢水包进行出钢，往钢水包投入除渣剂排渣；f.用钢水包浇铸砂型，浇铸温度1550-1580℃，从出钢到浇铸完成的时间控制在10分钟以内，浇铸完成后所得铸件即为铸钢材料铸件。优选的，步骤e的砂型为V法造型，还包括如下步骤：g.步骤f浇铸完成10-15分钟后，砂型停止抽负压；浇铸完成30-50分钟后，对砂型开箱落砂、去除砂芯和浇冒口得到铸件；（经过大量的生产经验，铸件钢水浇满后，在砂型内静置凝固冷却10-15分钟后，铸件强度已经建立，可以停止抽负压。不会因铸件强度不建立，而停止抽负压，导致砂型内的铸件发生涨型多肉、变形、塌砂）；h.对铸件抛丸12-15分钟；去除铸件表面的氧化皮、砂粒、涂料壳；i.将铸件装入台车炉中，台车炉升温至860-880℃，保温140-160分钟，停止加热，半开炉门冷却至400-500℃，再关闭炉门，升温至640-660℃，保温170-190分钟，然后台车炉停止加热，将铸件出炉，空冷至室温；（本专利技术与SCW550和ZG40Cr的热处理工艺完全不一样，首先保温温度不一样，其次正火是在保温时间结束后铸件直接出炉空冷，本专利技术的正火是在保温时间结束后铸件在半开炉门的炉内先缓冷，控制冷却降温的速度，降至500℃后，再关闭炉门进行回火处理，使铸件在保证正火金相组织合格的前提后，又能保证铸件的表面硬度，铸件具有良好的机械加工性能；由于正火和回火是连续进行的，不会导致热处理炉正火完成后，炉内温度降低接近室温，缩短了回火的时间，降低了热处理的成本。）j.对铸件抛丸15-20分钟，形成铸件成品。由于在熔炼过程中，采用添加硅钡铝合金和氮化锰铁的方式加入Al和N，以形成氮化铝相，起到细化晶粒，提高强度和韧性的作用。优选的，步骤a中的ZG270-500钢为钢屑，步骤a中ZG270-500钢和35号钢投入中频炉的方法为：先往中频炉投入ZG270-500钢屑15-17.5份，待熔化后，再投入ZG270-500钢屑15-17.5份和35号钢55-63份。先投入一半的ZG270-500钢屑，是为了快速的熔化出钢水，加快后续添加的块状35号钢废钢的熔炼。优选的，步骤b和步骤c之间还包括步骤：b1.对中频炉内的钢水取样进行第一次化学成分光谱分析，根据分析结果对比铸钢材料的化学成分，计算不足成分的材料添加量生成第一次《配料计算结果通知单》；步骤c和d可根据第一次《配料计算结果通知单》的材料添加量要求添加氮化锰铁、碳锰铁、硅钡铝。虽各炉料按重量份添加熔炼，但在实际生产过程中，因偶发因素导致熔炼时间延长，会导致合金元素烧损量增加，为了确认钢水的化学成分是否在控制要求范围内，需取样化验钢水的各元素含量，如某元素含量不在控制要求范围内，则化验员会按配料公式计算所需增加某合金的重量，填写在《配料计算结果通知单》上，然后炉前工按《配料计算结果通知单》上的合金种类和重量进行称重添加。优选的，步骤c和步骤d之间还包括步骤：c1.对中频炉内的钢水取样进行第二次化学成分光谱分析，根据分析结果对比铸钢材料的化学成分计算不足成分的材料添加量生成第二次《配料计算结果通知单》，步骤d可根据第二次《配料计算结果通知单》的材料添加量要求硅钡铝；步骤c1整个过程控制在5分钟内完成。控制在5分钟内，主要是防止化验时间过长，导致炉内各元素烧损量大，导致钢水化学成分含量不合格。一种上述铸钢材料的铸件的制造方法，包括如下步骤：（1）通本文档来自技高网...

【技术保护点】
铸钢材料，其化学成分按重量百分比组成为：C:0.32‑0.40%、Si：0.25‑0.45%、Mn：0.50‑0.80%、P：≤0.035%、S：≤0.035%、N：0.02‑0.03%、Al：0.020‑0.060%、Mo：≤0.10%、V：≤0.05%、Ni：≤0.20%、Cu：≤0.20%、Cr：≤0.25%，其余为Fe及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.铸钢材料，其化学成分按重量百分比组成为：C:0.32-0.40%、Si：0.25-0.45%、Mn：0.50-0.80%、P：≤0.035%、S：≤0.035%、N：0.02-0.03%、Al：0.020-0.060%、Mo：≤0.10%、V：≤0.05%、Ni：≤0.20%、Cu：≤0.20%、Cr：≤0.25%，其余为Fe及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的铸钢材料，其特征在于，其原料包括按重量计算的以下组分：35号钢：55-63份、ZG270-500钢：30-35份、生铁：0.41-0.48份、硅铁：0.06-0.34份、硅钡铝：0.08-0.1份、铝线0.049-0.06份、氮化锰铁：0.5-0.77份、低碳锰铁：0-0.25份。3.根据权利要求2所述的铸钢材料，其特征在于，ZG270-500钢和35号钢的含铁质量百分含量≥97%，生铁为GB/T718-2005标准中的Z18，硅铁为GB/T2272-2009标准中的FeSi75Al0.5-B，硅钡铝合金为YB/T066-2008标准中的FeAl30Ba6Si20，低碳锰铁为GB/T3795-2006标准中的FeMn84C0.7；氮化锰铁的主要化学成分为：Mn：72%-75%、N：3.5-4%、C：≤0.50%、Si：≤3.50%、P：≤0.30%、S：≤0.02%、其余为Fe。4.一种权利要求1-3任意一项所述的铸钢材料的铸件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：a.往中频炉中按重量投入ZG270-500钢30-35份和35号钢55-63份熔炼成钢水，加入除渣剂排渣；b.往中频炉中投入生铁0.41-0.48份和硅铁0.06-0.34份，待熔化后，加入除渣剂排渣；c.往中频炉投入氮化锰铁0.5-0.77份和低碳锰铁0-0.25份，进行增氮和增锰；d.往中频炉投入硅钡铝0.08-0.1份，进行增铝、增硅和脱氧，将中频炉内的钢水加热至1640-1650℃后，停止中频炉加热；e.往钢水包投入铝线0.049-0.06份，将中频炉内的钢水冲入钢水包进行出钢，往钢水包投入除渣剂排渣；f.用钢水包浇铸砂型，浇铸温度1550-1580℃，从出钢到浇铸完成的时间控制在10分钟以内，浇铸完成后所得铸件即为铸钢材料铸件。5.根据权利要求4所述的铸件的制造方法，其特征在于，步骤e的砂型为V法造型，还包括如下步骤：g.步骤f浇铸完成10-15分钟后，...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢森加，赖振城，张红艳，
申请(专利权)人：龙岩盛丰机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35