一种超高强度铸钢及其制备方法和焊接工艺技术

本发明专利技术涉及一种超高强度铸钢及其制备方法和焊接工艺。所述超高强度铸钢的化学成分重量百分比为：C0.15%～0.21%，Si0.17%～0.37%，Mn0.5%～0.8%，Cr0.7%～1.0%，Mo0.45%～0.55%，Ti0.02%～0.04%，Re残留0.01%～0.02%，Al残留0.03～0.05%，S≤0.03%，P≤0.03%，余量为Fe。本发明专利技术的超高强度铸钢降低了C、Cr和Mo的含量，保持Si和Mn的含量不变，并添加了元素Ti和Re，而且比常规的工业化热处理工艺多了一步正火处理，综合机械性能有了显著提高，而且焊接性能优良，综合成本不高，完全能够满足大采高液压支架用铸钢材料的使用要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铸钢及其制备方法和焊接工艺，尤其涉及一种超高强度铸钢及其制备方法和焊接工艺。
技术介绍
目前，煤矿行业用液压支架上柱窝类、连接头类、导轨等一些零部件都采用铸钢件。由于支架在工作时要承受来自顶板的垂直压力以及大量煤、石下落引起的交变冲击载荷，因此，要求柱窝类铸钢件要具有较好的综合机械性能和很好的焊接性能。随着市场的需要，煤机行业都在大力发展高端的大采高液压支架，由于综采工作面高，支护强度要求也相应地大大提高，这就需要结构件采用大量的高强度钢板，液压支架用钢的强度级别已由50kg、60kg发展到100kg、110kg，甚至到120kg级。结构件的钢板强度提高，柱窝类铸钢件的强度也要与之相匹配，现有的两种常用材质ZG27SiMn和ZG30Cr06的屈服强度、抗拉强度均较低1^、Rm < IOOOMPa,已不能满足产品对材料力学性能的要求。故需要重新开发新型的高强度铸钢材料，其力学性能主要是要求抗拉强度Rm > IOOOMPa0经查询国内外相关国家标准及同行业铸钢规范资料，比较接近上述性能的低合金高强度钢有锻钢AISI8620 (美国钢铁学会标准AISIA29/A^M-2005)，但由于其C和Cr元素含量较低，故其强度不高，而且由于铸钢的性能要比同样成分的锻钢差，故其不能满足使用性能的需要，在其基础上仍需进一步提高。
技术实现思路
本专利技术针对现有铸钢强度较低的不足，提供一种超高强度铸钢及其制备方法和焊接工艺。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下一种牌号为ZG18CrMnM0Re的超高强度铸钢的化学成分重量百分比为C 0. 15% 0.21%，Si 0. 17% 0. 37%，Mn 0. 5% 0. 8 %, Cr 0.7% 1.0%，Mo 0. 45 % 0. 55 %，Ti 0. 02 % 0. 04 %，稀土元素 Re 残留 0. 01% 0. 02%, AImO. 03 0. 05%, S 彡 0. 03%, P 彡 0. 03%，余量为 Fe。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述稀土元素Re是以稀土硅铁合金的形式加入的，所述稀土硅铁合金牌号为 FeSiRe23、FeSiRe26、FeSiRe29、FeSiRe32_A、FeSiRe32_B、FeSiRe35_A 或者 i^SiRe35-B，其中，Re为主要包含铈、镧和钇的混合物。本专利技术还提供一种解决上述技术问题的技术方案如下一种超高强度铸钢的制备方法包括以下步骤步骤10 按上述超高强度铸钢的化学成分中除稀土元素和铝元素外的各化学成分配比投料，进行熔炼和除渣处理；步骤20 钢水出炉前在浇包底部加入终脱氧剂Al和混合稀土元素，搅拌均勻，然4后钢水出炉，在浇包内再次静置捞渣，最后浇注形成工件；步骤30 采用依次退火、正火和调质的工艺过程对工件进行热处理。进一步，所述步骤10包括首先，用废钢和废铁进行配料后并进行熔炼，熔炼温度为1550°C 1580°C ；接着，待废钢和废铁完全熔化后，再加入铬铁合金、钼铁合金和电解镍板，并在出炉前7min lOmin，进行排渣处理；接着，再加入硅铁合金和锰铁合金，并在出炉前aiiin 3min，加入钛铁合金，而后出炉。进一步，所述步骤10中混合稀土元素为稀土硅铁合金，所述稀土硅铁合金牌号为 FeSiRe23、FeSiRe26、FeSiRe29、FeSiRe32-A、FeSiRe32-B、FeSiRe35-A 或者 FeSiRe35_B，其中，Re为主要包含铈、镧和钇的混合物。进一步，所述步骤20中出炉后的钢水的温度为1630°C 1660°C。进一步，所述步骤20中终脱氧剂Al的加入量占钢水重量的0. 08 0. 12%，所述混合稀土元素的加入量占钢水重量的0. 15% 0. 2%。进一步，所述步骤20包括首先，在浇包底部放入终脱氧剂Al和稀土硅铁合金，搅拌均勻，然后钢水出炉，所述稀土硅铁合金尺寸要小于5mm，所述稀土硅铁合金在加入前进行Ih 池的烘烤；接着，将出炉后的钢水转移至浇包内，待钢水在浇包中静置1分钟 3 分钟后捞渣，再在1570°C 1600°C进行浇注形成工件。进一步，所述步骤30包括退火处理的过程是在890°C 910°C下保温200min，当炉内温度降到500°C时拉出自然冷却；正火处理的过程是在900°C 920°C下保温一段时间tl后在空气中冷却；调质处理过程是在890°C 910°C下保温一段时间tl后水淬；所述保温的时间tl = cikD，其中，α为保温时间系数(与炉子有关)，对于合金钢，在箱式炉或井式炉中加热，α取l.aiiin/mm 1.5min/mm;k为工件装炉系数，其根据装炉量的多少而确定的，装炉量大时，K值也应取得较大，一般由实验确定，在这里K取1.8 2.0, D为工件的有效厚度(mm)，D的计算圆柱体取直径，正方形截面取边长，长方形截面取短边长，板件取板厚，套筒类工件取壁厚，圆锥体取离小头2/3长度处直径，球体取球径的0.6 倍；然后再在530 °C 550 °C下保温一段时间t2后水淬，所述保温时间t2 = &i+AnKnD，其中，&ι为附加时间，一般为10 20min ；An为加热系数，井式炉的加热系数为1.Omin/mm 1. 5min/mm，箱式炉的加热系数为2. Omin/mm 2. 5min/mm，但在实际生产中， 根据装炉量的多少和装炉方式，也要加一个装炉修正系数Kn，取1. O 1. 5，D仍然是工件的有效厚度。本专利技术还提供一种解决上述技术问题的技术方案如下一种上述超高强度铸钢的焊接工艺包含在热处理炉中进行焊前预热以及采用气体保护焊和高强低氢焊丝进行焊接焊缝，其中，焊接时层间温度控制在150°C 200°C，焊接电流230Α 260Α，焊接电压26V ^V，焊接速度;350mm/min 450mm/min，手工线能量 15KJ/cm 18KJ/cm。进一步，所述焊接焊缝的步骤后面还包括在热处理炉中进行焊后处理的步骤。进一步，所述焊前预热是在热处理炉中于170°C 190°C下，根据焊接件有效厚度的不同，保温一段时间t3 ；所述焊接焊缝的焊接工艺参数为采用82% Ar+18% CO2富氩气体保护焊，采用90公斤级的高强低氢焊丝焊接；焊接完全后，将焊接件放入热处理炉中进行焊后热处理，具体为在250°C 350°C之间进行焊后消氢处理，根据焊接件有效厚度的不同，保温一段时间t4，且焊接件出炉后的温度< 200°C。进一步，当焊接件有效厚度彡20mm时，保温时间t3为0. 5小时，保温时间t4为2 小时；当20mm <焊接件有效厚度彡60mm时，保温时间t3为1小时，保温时间t4为3小时； 当60mm <焊接件有效厚度彡IOOmm时，保温时间t3为2小时，保温时间t4为4小时。本专利技术的有益效果是本专利技术超高强度铸钢提高了 Cr、Mo和M的含量，保持Si和 Mn的含量不变，并添加了元素Ti和RE，而且比常规工业化热处理工艺多了一步正火处理， 与现有ZG27SiMn和ZG30Cr06铸钢材料相比，综合机械性能有显著提高，而且焊接性能优异，综合成本不高，完全能够满足大采高液本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种超高强度铸钢，其特征在于，其化学成分重量百分比为：Ｃ　０．１５％～０．２１％，Ｓｉ　０．１７％～０．３７％，Ｍｎ　０．５％～０．８％，Ｃｒ　０．７％～１．０％，Ｍｏ　０．４５％～０．５５％，Ｔｉ　０．０２％～０．０４％，稀土元素Ｒｅ残留　０．０１％～０．０２％，Ａｌ残留０．０３～０．０５％，Ｓ≤０．０３％，Ｐ≤０．０３％，余量为Ｆｅ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭海周，孙玉福，李建伟，贾祥才，张俊峰，王晓峰，
申请(专利权)人：郑州四维机电设备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：41