[发明专利]合金铸钢、合金铸钢的热处理方法及其应用

说明书

本发明提供一种合金铸钢、合金铸钢的热处理方法及其应用。以质量百分含量计，该合金铸钢包括：碳0.12%～0.31%，硅≤0.6%，锰1.0%～1.6%，镍0.6%～1.0%，钼0.3%～0.6%，铬0.3%～0.7%，磷≤0.020%，硫≤0.015%，铌0.02%～0.08%，余量为铁和不可避免的杂质。采用低C高Mn高Ni的合金配比提升材料的低温韧性，并利用微合金化元素Nb的强化作用进一步提升材料的强韧性，得到一种强度高，低温韧性好，成本低的合金铸钢，铸钢材料可用于制造在严寒地区低温环境（‑60℃）下运行的铁路机车车辆的相关零部件。

技术领域

本发明涉及合金材料领域，具体而言，涉及一种合金铸钢、合金铸钢的热处理方法及其应用。

背景技术

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，近年来铁路机车车辆及相关零部件的出口量持续增加。受地理环境的影响，高纬度高寒地区对铁路机车车辆零部件的力学性能特别是低温韧性提出了更高的要求。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E级钢对-60℃冲击吸收功不作要求，无法满足高寒地区的使用要求。

铁路机车车辆铸件对材料的强度要求较高，主要使用的材料一般为铸造碳钢和低合金钢，其中铸造碳钢材料的强度一般较低，其最低的使用温度一般在-45℃以上，不适合高寒地区使用。低合金铸钢通过加入一定量合金元素可以保持一定的铸钢强度同时兼顾材料的韧性，比较适合作为高寒地区使用。目前在使用的低温铸钢主要包括低镍钢、锰镍钼钢和镍铬钼钢，这些钢种的强度高于低碳钢，最低使用温度可达-110℃左右，但目前我国研制出的耐低温低合金铸钢其屈强度都一般在400MPa以下，很难在保证较好的低温韧性同时保证较高的屈服强度，对于高纬度地区对材料强度要求的产品仍不能适用。

专利CN201310711790通过调整Ｅ级钢成分，利用电弧炉降低材料中Ｐ、S等杂质元素含量，控制残留Al的含量，降低Ni元素含量，使其-60℃下低温冲击韧性（U型缺口）达到了25J，并且降低了材料的成本。但是材料的延伸率相比于E级钢有所牺牲，并且其低温冲击韧性的测定试样为U型缺口试样，其低温冲击值转化为V型缺口试样测定的话会有较大程度的下降，性能相比Ｅ级钢并未有较大提升，并且其材料冶炼采用电弧炉冶炼，对铸造厂的设备有较高要求，对于其可应用推广范围有所限制。急需解决的问题，形成更高强度等级、耐低温性能更好易于批量生产的低温铸钢铸件材料的制备方法。

专利CN101545077B采用了低C、中Mn、低N、微Nb合金化、超微Ti处理低合金钢的成分体系，提高了钢中酸溶Als含量并控制其范围、控制无因次Ni当量≥0.50及(Mn当量)/C≥15、少量(Cu+Ni+Cr)合金化、Ca处理且Ca/S比在1.0～3.0之间且(％Ca)×(％S)0.28≤1.0×10-3，优化控轧及后续热处理工艺，获得极高的超低温韧性(-80℃及以下)，但综合力学性能远远不能完全满足铁路机车车辆零部件的使用要求。

综上所述，现有技术中的合金铸钢的低温韧性均难以满足高寒地区的使用要求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种合金铸钢、合金铸钢的热处理方法及其应用，以解决现有技术中合金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，根据本发明的一个方面，提供了一种合金铸钢，该合金铸钢属于锰镍钼合金系列铸钢，另通过添加适当微合金化元素Nb，得到一种强度高，低温韧性好，成本低的合金铸钢。以质量百分含量计，合金铸钢成分包括：碳0.12%～0.31%，硅≤0.6%，锰1.0%～1.6%，镍0.6%～1.0%，钼0.3%～0.6%，铬0.3%～0.7%，磷≤0.020%，硫≤0.015%，铌0.02%～0.08%，余量为铁和不可避免的杂质。