[发明专利]一种高强度微合金化稀土铸钢及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种铸钢材料，尤其是一种适合矿山、水泥、煤炭、石油等设备中的大型承压件用高强度微合金化稀土铸钢，及其冶炼、热处理工艺方法。

背景技术

大型铸钢件具有成形相对容易、生产成本较低等特点，因而广泛应用于矿山、水泥、石油、船舶等领域，但是大型铸钢件在成形过程中容易出现缩松、缩孔、气孔和裂纹等缺陷，从而影响大型铸钢件的力学性能和使用寿命，对企业和国民经济造成较大的损失，此外，由于中频炉炼钢成本较低，我国现在仍有许多企业使用中频炉炼钢，炼钢过程一般采用不氧化法，不能对钢水进行脱磷脱硫，所以冶炼出来的钢水质量较差，这导致大型铸钢件在铸造成形过程中更加容易出现组织缺陷，如铸造裂纹和气孔，从而使其力学性能和使用寿命进一步降低。

此外，硅、锰在我国具有十分丰富的资源，且锰钢、硅锰钢具有较高的强度、硬度和耐磨性，因此锰钢、硅锰钢是大型铸钢件中常用的一种材料。冶炼锰钢、硅锰钢时常以硅铁、锰铁作为合金元素，而硅铁、锰铁中磷元素含量较多，且采用中频炉炼钢时不能对钢水脱磷脱硫，从而使锰钢、硅锰钢中磷元素的含量较高，甚至超出国家标准，最终使锰钢、硅锰钢的性能得不到充分发挥。

中国专利文献CN 100999800 A（申请号 200610155704.1）公开了一种含稀土元素的铸钢及其生产方法，其化学成分及质量百分含量为：C 0.24%～0.32%，Si 1.0%～1.6%，Mn 1.0%～1.6%，Cr 0.2%～0.5%，Re 0.01%～0.20%，Ni≤0.05%，Mo≤0.01%，P≤0.035%，S≤0.010%，B≤0.05%，余量为铁和不可避免的杂质。该铸钢中Si元素的含量较高，容易导致铸钢件的塑性、韧性以及切削性能降低。同时P加S的总含量偏高，从而进一步降低铸钢件的塑性和韧性。

因此，就急需研制出一种能够降低P和S元素含量的高强度微合金化稀土铸钢及其制备方法，经检索，未发现与本发明相同或相似的技术方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够降低P和S元素含量的高强度微合金化稀土铸钢及其制备方法。

    为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种高强度微合金化稀土铸钢，其创新点在于：所述铸钢的主要化学成分包括C、Si 、Mn 、Nb 、Ti 、Re 、La、Ce、P、S、铁以及微量杂质元素，所述C、Si 、Mn 、Nb 、Ti 、Re 、P、S的质量百分含量分别为C 0.30%～0.40%，Si 0.60%～0.80%，Mn 1.10%～1.40%，Nb 0.03%～0.09%，Ti 0.01～0.08%，Re 0.01%～0.20%，La0.01%～0.10%，Ce0.01%～0.15%，P≤0.035%，S≤0.010%。

    进一步的，所述Nb、Ti、La、Ce的总含量小于或等于0.5%。

    一种高强度微合金化稀土铸钢的冶炼方法，采用中频感应炉进行冶炼，其特征在于冶炼过程包括以下步骤：

    1）预处理：冶炼前对废钢、合金元素以及钢包进行烘烤，降低其中水气的含量，并清除废钢表面的泥污和铁锈。

2）配料：合金元素C、Si、Mn的收得率根据ZG35SiMn低合金铸钢中C、Si、Mn的收得率计算，微合金元素Nb、Ti、La、Ce的含量根据钢的化学成分要求进行配比。

3）装料和加料：装料时大、中、小金属炉料按照约2:3:1来添加，大块金属炉料放入炉底，小块金属炉料放入大块金属炉料与炉底之间的空隙，保证炉体中炉料下紧上松；添加炉料采用小块金属料。

4）添加合金：炉中废钢熔清后，先预加部分锰铁、硅铁合金，待检测炉前钢水的化学成分后，再根据检测结果添加最终所需的锰铁、硅铁合金，并采用先加锰铁，再加硅铁的顺序加入；Nb、Ti、La、Ce等合金元素烘干后预先加入钢包底部；出钢时往钢液中倒入碳粉增碳。

5）出钢：按照步骤4）调整好钢液中的化学成分后出钢，出钢温度控制在1650℃～1680℃，出钢后立即在钢包液面上撒入适量造渣剂。

6）终脱氧：出钢时用纯铝进行终脱氧，预先将纯铝块加入钢包底部，钢水冲击钢包底部时使纯铝融化并和钢水中的氧气发生反应进行脱氧，纯铝的加入量为钢水质量的0.050%～0.125%，并保证高强度微合金化稀土铸钢中残留的铝含量为0.03%～0.08%。

7）浇注：将步骤6）钢包中的钢水浇注于预先准备好的铸模中，浇注温度控制在1550℃～1580℃，冷却、拆除铸型后所获得的即为高强度微合金化稀土铸钢件。