[发明专利]一种屈服强度520MPa级陶瓷高强度结构钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种屈服强度520MPa级陶瓷高强度结构钢及其制备方法，所述屈服强度520MPa级陶瓷高强度结构钢包括以下重量百分比的原料：废钢65‑75％、65％锰铁1‑2％、高岭土3‑8％、铝矾土3‑5％、石英砂2‑4％、云母1‑3％、膨润土1‑2％、蓝晶石1‑2％、重晶石1‑2％、方解石1‑2％、石墨1‑2％、莹石1‑2％、长石1‑2％、莫来石1‑2％、SiC0.5‑1.5％、沸石1‑2％、硅灰石1‑3％、尖晶石1‑2％、水晶石1‑2％、铝镁矿1‑2％；经熔炼、浇铸成型、热处理、精加工制备得到陶瓷高强度结构钢，其具有良好的韧性及优良的焊接性能和冷成型性能，低的冷脆转变温度，良好的耐蚀性，且生产成本较低。

技术领域

本发明属于金属陶瓷复合材料领域，具体涉及一种屈服强度520MPa级陶瓷高强度结构钢及其制备方法。

背景技术

低合金高强度结构钢，是在碳素结构钢(Wc＝0.16％～0.2％)的基础上加入少量合金元素而制成的，具有良好的焊接性能、塑性，韧性和加工工艺性，较好的耐蚀性，较高的强度和较低的冷脆临界转换温度。适用于制造建筑、桥梁、船舶、车辆、铁道、高压容器、锅炉、汽车、拖拉机等大型钢结构及大型军事工程等方面的结件。但随着工业的发展，一般屈服强度在300MPa以上，高韧性，要求延伸率为20％以上。对于大型焊接构件，还要求有较高的断裂韧性。良好的接性能和冷成型性能，低的冷脆转变温度，良好的耐蚀性。而这些钢种需要很多微量元素，成本比较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种屈服强度520MPa级陶瓷高强度结构钢及其制备方法，以Fe、Si为主系的非金属陶瓷材料替代现有钢中的Fe、C主系材料制备得到陶瓷高强度结构钢，其具有良好的韧性及优良的焊接性能和冷成型性能，低的冷脆转变温度，良好的耐蚀性。

本发明采取的技术方案为：

一种屈服强度520MPa级陶瓷高强度结构钢，包括以下重量百分比的原料：废钢65-75％、65％锰铁1-2％、高岭土3-8％、铝矾土3-5％、石英砂2-4％、云母1-3％、膨润土1-2％、蓝晶石1-2％、重晶石1-2％、方解石1-2％、石墨1-2％、莹石1-2％、长石1-2％、莫来石1-2％、SiC0.5-1.5％、沸石1-2％、硅灰石1-3％、尖晶石1-2％、水晶石1-2％、铝镁矿1-2％。

进一步地，所述屈服强度520MPa级陶瓷高强度结构钢包括以下化学成分及重量百分比：C0.12～0.17％，Si0.53～0.61％，Mn1.08～1.26％，P≤0.04％，S≤0.026％，Al0.17～0.32％，Ni 0.47～0.57％，余量为铁及不可避免的杂质。

所述屈服强度520MPa级陶瓷高强度结构钢金相组织为铁素体+珠光体+贝氏体，其晶粒度等级为7-8级。

本发明还提供了所述的屈服强度520MPa级陶瓷高强度结构钢的制备方法，所述制备方法包括以下工艺步骤：熔炼、浇铸成型、热处理、精加工。

进一步地，所述熔炼工艺具体包括以下步骤：

(1)将除废钢以外的配方量的各原料加入到中频电炉或电弧炉中，随着原料的不断熔化，陆续加入废钢；并在熔炼的过程中添加覆盖剂或造渣剂，以避免钢液直接与空气接触；

(2)钢水熔炼达4/5、温度达1480℃时扒出炉渣、脱氧取样分析其化学成分，然后立即造新渣；

(3)从浇冒口加合格的同一牌号的回炉料；

(4)根据步骤(2)中的检验结果，补加合金元素；

(5)对钢水进行精炼3～5分钟，使钢液中的细小夹杂物迅速上浮到炉渣中；

(6)当钢水温度达到1600℃时加入Fe-Mn合金，并在此之前对钢水进行预脱氧；出钢前2分钟加入Fe-Si合金使钢水成分达到规定范围，待其熔化后扒去表面熔渣，在1680～1710℃下出炉。