[发明专利]一种铸钢材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铸钢材料，特别是涉及一种正火钢材料及其制备方法。

背景技术

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。

一般地，柱窝类、连接头类零部件常选用ZG270-500材料，其综合机械性能基本上能满足要求，但由于铸后要经过调质热处理，裂纹倾向很大，不易生产出性能稳定的优质铸钢件，而且调质钢在生产过程中需要占用较长的生产周期，综合成本高，这与煤机企业生产任务紧、降低成本的要求产生矛盾。所以，考虑用正火钢来代替调质钢，缩短生产周期，降低综合成本，具有重要的研究意义。

所谓正火钢是指在固溶强化的基础上，通过沉淀强化和细晶强化来进一步提高强度和保证韧性的一类低合金高强钢。ZG25Mn2是我国一种典型的正火铸钢，由于其有较好的焊接性和良好的综合机械性能，广泛应用于压力容器制造方面。但用于液压支架的铸钢件，其抗拉强度和屈服强度有点偏低，延伸率和断面收缩率也有一定的差距。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本、良好综合机械性能和焊接性能的ZG25Mn2TiRE铸钢材料及其制备方法。

为实现上述目的采用下述技术方案：一种铸钢材料，其具体的化学成分(重量％)为：C 0.2-0.23，Mn 1.3-1.5，Si 0.6-0.7，Ti 0.18，RE≤0.2，S≤0.035，P≤0.035，其余为铁元素，该铸钢材料的性能为拉伸强度达500～735MPa，屈服强度达310～460MPa，延伸率达20～33％，断面收缩率达45～56％，硬度达170～207HB。

所述铸钢材料的制备方法，包括以下冶炼、浇注和正火处理工艺过程，其具体步骤是：

(1)冶炼工艺

钢水冶炼过程中，在钢包钢液熔化1/3～2/3时，放入硅合金、锰合金、钛合金，调整化学成分，在钢水出炉前3～10分钟加入稀土硅铁合金，混合均匀，充分熔化，然后投入脱氧剂净化钢水；

(2)浇注工艺

钢水的出炉温度为1680～1700℃，待钢液在浇包中镇静1-3分钟后开始浇注，浇注温度控制在1580～1620℃；

(3)正火工艺

浇注成型后，铸件要进行正火处理，正火温度为840℃～880℃，保温适当时间后散开空冷。

所述脱氧剂为工业纯铝。

所述最佳正火温度为860℃。

所述正火的保温时间t根据以下经验公式算出：t＝αkD，其中，α-加热系数，k-装填系数，D-工件有效厚度。

所述α-加热系数为0.7～0.8min/mm；k-装填系数为：1.0-1.5。

本发明添加了元素Ti和RE，并用正火处理代替调质处理。其中强碳化物形成元素钛可细化晶粒和沉淀强化，显著提高铸钢强度；稀土元素RE则可细化晶粒并改善非金属夹杂物的形态和分布，显著提高钢的韧性和改善钢的焊接性能。而正火的目的是为了使这些合金元素能以细小的化合物质点从固溶体中沉淀析出，并同时起到细化晶粒的作用，在提高强度的同时，适当地改善了钢材的塑性和韧性，以达到最佳的综合性能。

采用发明生产的ZG25Mn2TiRE铸钢材料经过正火后所得的金相组织为：珠光体层片团+铁素体。珠光体层片团呈等轴状，尺寸细小且分布均匀，如图1所示；而铁素体则以等轴状和条状形态存在，如图2所示；两者的晶粒度都达9级以上(约15μm)。

通过试验，按照本发明生产的正火钢ZG25Mn2TiRE与现有的ZG270-500和ZG25Mn2的机械性能对比如表1所示，另外，还对本发明生产的正火钢ZG25Mn2TiRE进行了焊接性能测试，见表2。

表1

表2