铸钢、铸钢的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了铸钢、铸钢的制备方法及其应用。以质量百分含量计，该铸钢包括：碳0.12％～0.22％，硅0.3％～0.6％，锰0.8％～1.1％，磷≤0.020％，硫≤0.020％，铬0.3％～0.5％，镍0.35％～0.5％，铌0.02％～0.06％，余量为铁和不可避免的杂质。通过合理的设置合金添加含量，添加的合金种类与含量均较少，成分容易控制，因此，使得铸钢的生产成本低，将硫和磷的含量控制在上述范围内，能尽可能增加铸钢的低温韧性；且上述含量的铬镍配合使用具有极高的冲击韧性，可用于制造在严寒地区低温环境(‑60℃)下运行的铁路货车的相关零部件。

Preparation and application of cast steel and cast steel

The invention provides a preparation method of cast steel and cast steel and its application. The mass percentage, the cast steel includes: carbon 0.12% ~ 0.22%, 0.3% ~ 0.6% silicon manganese 0.8%, - 1.1%, P = 0.020%, s = 0.020%, Cr 0.3% ~ 0.5%, 0.35% ~ 0.5% Ni, Nb 0.02% ~ 0.06%, the balance of iron and unavoidable impurities. By setting the reasonable content of alloy, alloy type and content of the added components are less, easy to control, therefore, the steel production cost is low, the content of sulfur and phosphorus control in the range can be as much as possible to increase the low temperature toughness of cast steel; and the content of chromium nickel with high impact toughness that can be used in the manufacture of low temperature environment in cold area (60 C) running under the railway freight car parts.

【技术实现步骤摘要】
铸钢、铸钢的制备方法及其应用
本专利技术涉及合金材料领域，具体而言，涉及一种铸钢、铸钢的制备方法及其应用。
技术介绍
随着国民经济持续增长，我国铁路运输业及相关产业得到了长足发展，在满足内需的同时，部分产品及相关零部件已进入国际市场，近年来铁路货车及相关零部件的出口量持续增加。受地理环境的影响，高纬度高寒地区对货车零部件的力学性能特别是低温韧性能提出了更高的要求。例如俄罗斯机车车辆公司的企业标准一般要求货车使用的低碳合金铸钢-60℃冲击吸收功不低于17J。我国铁路铸钢材料沿袭AAR标准开发的B+级钢对-60℃冲击吸收功不作要求，而通常B+级钢的-60℃冲击吸收功低于10J，因此无法满足高寒地区的使用要求。目前国内外对低温钢研究较多的是轧材，对铸造低温钢研究得较少。当前国内外普遍采用的铸造低温钢为铬镍奥氏体不锈钢，这类钢种具有良好的低温韧度，但综合力学性能远远不能完全满足货车零部件的使用要求。奥氏体不锈钢的另一缺点是合金中含有大量Cr、Ni等贵重元素，成本较高。关于低合金低温铸钢，公开号为CN101886223B的中国专利文献公开了一种高强高韧低合金锰系铸钢的制备方法，铸钢中各成分的重量百分比为：C：0.12～0.32wt.％；Mn：1.90～3.50wt.％；Si：0.10～0.50wt.％；P：0.01～0.03wt.％；S：0.01～0.03wt.％；Al：0.01～0.05wt.％；Ti：0.01～0.05wt.％；V：0～0.05wt.％；B：0～0.008wt％；Ce：0.05～0.25wt.％；余为Fe。该低合金铸钢以Mn作为主要合金元素，添加少量的Al、Ti、V、B和稀土元素Ce等合金元素，采用常规炼钢工艺冶炼后，用砂型铸造或者精密铸造等工艺铸造成型后，通过水淬和中高温回火热处理，得到回火马氏体组织。该文献公开铸钢力学性能如下：抗拉强度800～1100MPa，屈服强度600～900MPa，断后延伸率10～18％，断面收缩率40～60％，V型缺口室温冲击功50～120J，V型缺口-40℃冲击功30～90J。该文献所公开的铸钢为低合金锰系铸钢，添加了多种微合金化元素以细化晶粒尺寸，结合水淬工艺以获得较高的强度。其主要适用于制造对冲击韧性要求高的高强度铸钢结构件，但水淬处理会增大铸件的变形与开裂倾向。公开号为CN103194687B的中国专利文献公开了一种低温用低合金高强铸钢及其制备方法，该铸钢的成分及其质量百分比为：碳0.05％、锰0.10％、硅0.10％、磷0.005％、硫0.005％、镍0.50％、铬0.10％、钼0.10％、钒0.01％、铜0.005％、铝0.002％、铁余量。其公开的铸钢抗拉强度达570-590MPa，屈服强度达460-475MPa，延伸率达25-27％，断面收缩率达67-70％，碳当量≤0.45％，在-40℃冲击功达到110J。该文献所公开的铸钢有着较好地综合力学性能，但其对磷与硫含量限制过高，需要精炼炉精炼处理，不便于工业化应用。根据上述内容可知，现有技术中的铸钢的低温韧性均难以满足高寒地区的使用要求。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种铸钢、铸钢的制备方法及其应用，以解决现有技术中铸钢的低温韧性均难以满足高寒地区的使用要求的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种铸钢，以质量百分含量计，铸钢包括：碳0.12％～0.22％，硅0.3％～0.6％，锰0.8％～1.1％，磷≤0.020％，硫≤0.020％，铬0.3％～0.5％，镍0.35％～0.5％，铌0.02％～0.06％，余量为铁和不可避免的杂质。进一步地，上述铸钢中，镍的质量百分含量为0.36％～0.46％。进一步地，上述铸钢中，磷和硫的质量百分含量之和≤0.035％。进一步地，上述铸钢中，碳的质量百分含量为0.19％～0.22％。进一步地，上述铸钢中，硅的质量百分含量为0.35％～0.48％。进一步地，上述铸钢中，铬的质量百分含量为0.34％～0.41％。进一步地，上述铸钢中，铌的质量百分含量为0.02％～0.04％。进一步地，上述铸钢的抗拉强度大于等于550MPa，优选铸钢的下屈服强度大于等于360MPa，优选铸钢的断后伸长率大于等于20％；优选铸钢的-60℃的夏比V型冲击吸收能量大于等于20J。根据本专利技术的另一方面，提供了一种铸钢的制备方法，该制备方法包括：按照上述任一种铸钢的组成配制金属镍、Fe-Mn合金、Fe-Cr合金、Fe-Nb合金、Fe-Si合金、碳粉、铁矿石和废钢；将废钢和金属镍进行熔融、氧化处理，得到氧化铁水；利用碳粉对熔融铁水进行还原，得到还原铁水；向还原铁水中加入Fe-Mn合金、Fe-Cr合金、Fe-Nb合金、Fe-Si合金，得到钢液；以及将钢液依次进行浇注和热处理，得到铸钢。进一步地，上述将废钢和金属镍进行熔融、氧化处理的步骤包括：将废钢和金属镍置于电弧炉的炉体内后加热电弧炉的熔池温度至1560～1580℃；向炉体内加入铁矿石，并向炉体内通入氧气进行氧化；以及当炉体内物料中碳含量降至0.15％～0.19％、熔池温度升至1590℃～1610℃时，扒除氧化渣，得到氧化铁水。进一步地，上述Fe-Mn合金、Fe-Cr合金、Fe-Nb合金和Fe-Si合金在加入还原铁水前，烘烤至300℃～500℃待用。进一步地，将上述钢液依次进行浇注和热处理的步骤包括：在1600℃以上将钢液出钢后，在1550℃～1590℃下浇注在铸型中，冷却后得到浇注铸钢；将浇注铸钢升温至900℃～960℃并保温3～5小时；将保温3～5小时后的浇注铸钢在常温油介质中冷却至80℃～150℃，以进行淬火处理；将淬火处理后的浇注铸钢在600℃～650℃下保温3～5小时，以进行回火处理；以及将回火处理后的浇注铸钢空冷至室温，得到铸钢。根据本专利技术的又一方面，提供了一种铸钢，采用上述任一种的制备方法制备而成。进一步地，上述铸钢的抗拉强度大于等于550MPa，优选铸钢的下屈服强度大于等于360MPa，优选铸钢的断后伸长率大于等于20％；优选铸钢的-60℃的夏比V型冲击吸收能量大于等于20J。根据本专利技术的又一方面，提供了一种铁路货车的零部件，该零部件采用铸钢制备而成，该铸钢为上述任一种的铸钢，优选上述铁路货车为在严寒温度以下环境中运行的铁路货车。根据本专利技术的又一方面，提供了一种铁路货车，包括零部件，该零部件为上述的零部件。应用本专利技术的技术方案，通过合理的设置合金添加含量，添加的合金种类与含量均较少，成分容易控制，因此，使得铸钢的生产成本低。另外，限制了磷与硫元素的含量，磷对铸钢有脆化作用主要是因为磷易偏析于晶界，从而降低晶界的表面能；其次磷还能在晶界上形成磷共晶型非金属夹杂Fe3P，造成晶界脆化；而硫在钢中溶解度很低，容易生成低熔点的FeS等硫化物，这种非金属夹杂物会引起局部应力集中，从而引起钢的脆化，磷与硫元素均会导致韧脆转变温度的提高，因此将硫和磷的含量控制在上述范围内，能尽可能增加铸钢的低温韧性。镍是降低钢的冷脆转变温度作用最大的元素，因为镍是扩大奥氏体区域的元素，可以强化基体，提高韧性；镍能提高碳的活度，增强碳原子在位错周围的偏聚与沉淀，从而阻碍位错的移动而使钢强化；镍可提高钢材在各种热处理下的塑性，上述含量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铸钢，其特征在于，以质量百分含量计，所述铸钢包括：碳0.12％～0.22％，硅0.3％～0.6％，锰0.8％～1.1％，磷≤0.020％，硫≤0.020％，铬0.3％～0.5％，镍0.35％～0.5％，铌0.02％～0.06％，余量为铁和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种铸钢，其特征在于，以质量百分含量计，所述铸钢包括：碳0.12％～0.22％，硅0.3％～0.6％，锰0.8％～1.1％，磷≤0.020％，硫≤0.020％，铬0.3％～0.5％，镍0.35％～0.5％，铌0.02％～0.06％，余量为铁和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的铸钢，其特征在于，所述铸钢中，所述镍的质量百分含量为0.36％～0.46％。3.根据权利要求1所述的铸钢，其特征在于，所述铸钢中，所述磷和所述硫的质量百分含量之和≤0.035％。4.根据权利要求1所述的铸钢，其特征在于，所述铸钢中，所述碳的质量百分含量为0.19％～0.22％。5.根据权利要求1所述的铸钢，其特征在于，所述铸钢中，所述硅的质量百分含量为0.35％～0.48％。6.根据权利要求1所述的铸钢，其特征在于，所述铸钢中，所述铬的质量百分含量为0.34％～0.41％。7.根据权利要求1所述的铸钢，其特征在于，所述铸钢中，所述铌的质量百分含量为0.02％～0.04％。8.根据权利要求1所述的铸钢，其特征在于，所述铸钢的抗拉强度大于等于550MPa，优选所述铸钢的下屈服强度大于等于360MPa，优选所述铸钢的断后伸长率大于等于20％；优选所述铸钢的-60℃的夏比V型冲击吸收能量大于等于20J。9.一种铸钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：按照权利要求1至8中任一项所述的铸钢的组成配制金属镍、Fe-Mn合金、Fe-Cr合金、Fe-Nb合金、Fe-Si合金、碳粉、铁矿石和废钢；将废钢和金属镍进行熔融、氧化处理，得到氧化铁水；利用碳粉对熔融铁水进行还原，得到还原铁水；向所述还原铁水中加入所述Fe-Mn合金、所述Fe-Cr合金、所述Fe-Nb合金、所述Fe-Si合金，得到钢液；以及将所述钢液依次进行浇注和热处理，得到所述铸钢。10.根据权利要求9所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹健峰，徐海波，赵延阔，徐贵宝，
申请(专利权)人：中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32