本发明涉及低合金铸钢以及热处理
技术领域：
，尤其涉及一种适用于大气腐蚀环境下的耐腐蚀铸钢及其热处理工艺。
背景技术：
：长期以来，大气腐蚀环境中的钢结构如铁道、车辆、桥梁、塔架等的防腐和延寿备受关注，而耐候钢因其良好的耐大气腐蚀性能得到广泛应用。但通常所使用的耐候钢的生产方式为连铸连轧，对于有特殊形状以及焊接性能差的结构用耐候钢，采用连铸连轧难以满足需要，而行业内对铸造耐候钢的报道研究甚少。申请号：201511009728.1，发明名称：一种适用于海洋环境的耐腐蚀桥梁支座用钢中所阐述的耐腐蚀桥梁支座用钢，旨在适用于海洋环境，因此其耐腐蚀桥梁支座用钢中的合金含量高，成分配比困难，且成本造价较高；在申请号：200510045624.6，发明名称：一种经济型耐候钢中所阐述的耐候钢，虽然能够制备出耐候钢，但因其生产方式是轧制，而不是铸造；在申请号：201510604741.5，发明名称：桥梁耐候钢支座中所阐述的耐候钢支座，是用耐候结构钢加工而成，不是一次铸造成型，上述方法制备的耐候钢均无法满足特殊形状及焊接性能差的结构用耐候钢。为了解决上述问题，并针对耐候钢的特性，本发明提出一种适用于大气腐蚀环境下的耐腐蚀铸钢及其热处理工艺，通过调控耐腐蚀铸钢中各成分的配比及一次性铸造成型后再进行热处理工艺，有效提高了铸钢的耐大气腐蚀性能，同时有效提高了铸钢的力学性能。技术实现要素：本发明的目的在于提供了一种适用于大气腐蚀环境下的耐腐蚀铸钢及其热处理工艺，通过调控耐腐蚀铸钢中各成分的配比及一次性铸造成型后再进行热处理工艺，有效提高了铸钢的耐腐蚀性能，同时，其力学性能达到：屈服强度≥270MPa，抗拉强度≥500MPa，伸长率≥18％，断面收缩率≥40％，常温冲击性能≥40J。本发明的技术方案是：一种适用于大气腐蚀环境下的耐腐蚀铸钢，所述耐腐蚀铸钢的成分以重量百分比计包括：C：0.08％～0.16％，Si：0.20％～0.60％，Mn：0.4％～1.5％，P≤0.030％，S≤0.030％，Cr：0.20％～0.60％，Ni：0.20％～0.60％，Cu：0.20％～0.50％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。对所述耐腐蚀铸钢的成分进行说明：C：C含量过低的钢强度会偏低，C含量过高会影响钢的耐腐蚀性能，因此本发明的C含量控制在：0.08％～0.16％；Si：Si可提高钢自然条件下的耐蚀性，同时Si也能对钢进行脱氧，但是Si过高会导致钢可焊接性变差，因此本发明Si含量控制范围：0.20％～0.60％。Mn：具有较强的固溶强化作用，能提高钢的强度和硬度，改善钢的热加工性能，在炼钢过程中，Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，Mn与Cu复合添加的协同作用会提高钢材的耐腐蚀性能，但Mn量过高，会减弱钢的抗腐蚀能力，降低钢的韧性及焊接性能，因此本发明中Mn含量控制范围：0.4％～1.5％。P：P可以提高钢的耐腐蚀性能，但是影响钢的力学性能，本发明P含量范围：≤0.030％。S：S在钢中常被认为杂质元素，本发明中S含量范围：≤0.030％。Cr：Cr既可以提高钢的淬透性，从而提高耐候铸钢的强度、冲击性能，又能有效提高钢的耐大气腐蚀性能，Cr含量过低对铸钢性能不起作用，Cr含量过高会显著增加钢的成本，因此，本发明的Cr含量应限定在0.20％～0.60％。Ni：Ni是提高钢的耐腐蚀性和强韧性的有利元素，含量过低效果甚微，含量过高则会明显提高钢的成本，因此本发明的Ni含量控制在：0.20％～0.60％。Cu：Cu是提高钢耐腐蚀性能最主要、最普遍使用的合金元素，但是Cu元素低于0.2％时耐腐蚀作用不明显；Cu含量过高时则容易在晶界产生富集，因此其含量不宜超过0.50％，进一步提高Cu的含量不仅对耐候性贡献不大，反而极易引起铜脆，本发明中Cu的含量范围是：0.20％～0.50％。进一步的，所述耐腐蚀铸钢的成分以重量百分比计包括：C：0.09％～0.11％，Si：0.34％～0.49％，Mn：0.52％～0.67％，P≤0.025％，S≤0.023％，Cr：0.27％～0.38％，Ni：0.23％～0.28％，Cu：0.22％～0.35％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。进一步的，所述耐腐蚀铸钢的成分以重量百分比计包括：C：0.125％～0.153％，Si：0.51％～0.58％，Mn：0.73％～1.44％，P≤0.021％，S≤0.019％，Cr：0.41％～0.57％，Ni：0.31％～0.52％，Cu：0.41％～0.48％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。一种适用于大气腐蚀环境下的耐腐蚀铸钢的热处理工艺，主要包括：一次性铸造成型后再进行正火或调质热处理。本发明采用一次性铸造成型后再进行正火或调质热处理，采用一次性铸造成型，可制成形状复杂的铸件，所制成的铸件的形状、尺寸与零件非常接近，减少了切削加工的工作量，可节省大量金属材料。进一步的，所述正火热处理工艺为：在加热炉中从室温加热至850℃～960℃，保温3.0～6.0h，然后空冷至室温。进一步的，在加热炉中从室温加热至873℃～912℃，保温3.8h～4.6h。进一步的，所述耐腐蚀铸钢的微观组织为铁素体和珠光体，所述铁素体含量为8％～18.7％，珠光体含量占81.3％～92％。采用正火热处理，可以使晶粒细化、提高强度，改善加工性能，采用一次性铸造成型后再进行正火热处理，即在保证铸件力学性能的前提下采用正火热处理作为最终热处理，可以节约能源，提高生产效率。进一步的，所述调质热处理工艺的具体步骤为：步骤1、淬火温度为850℃～960℃，保温时间则根据铸件厚度按1.2～1.5min/mm进行计算，水冷至室温；步骤2、回火温度为500℃～720℃，保温≥2小时，空冷至室温。进一步的，所述步骤1中淬火温度868℃～937℃，保温时间则根据铸件厚度按1.27～1.38min/mm进行计算；所述步骤2中回火温度为576℃～605℃，保温≥3.4小时。进一步的，所述耐腐蚀铸钢的微观组织为回火索氏体，所述回火索氏体包括铁素体和细粒状渗碳体，所述铁素体含量为97.9％～99.1％，所述细粒状渗碳体的含量范围为0.9％～2.1％。本发明采用一次性铸造成型后再进行调质热处理，可以获得高强度和高韧性的回火索氏体组织，所制备的铸件具有优良的综合力学性能。本发明具有如下优点：1)本发明一种适用于大气腐蚀环境下的耐腐蚀铸钢及其热处理工艺，所制备的耐腐蚀铸钢的力学性能可达到以下值：屈服强度≥270MPa，抗拉强度≥500MPa，伸长率≥18％，断面收缩率≥40％，常温冲击性能≥40J；2)本发明一种适用于大气腐蚀环境下的耐腐蚀铸钢及其热处理工艺，耐腐蚀铸钢经过铸造，与轧制成型的相比，优点在于可直接成型，所制成的铸件的形状、尺寸与零件非常接近，减少了用钢坯切削加工和焊接的工作量，可节省大量金属材料；3)本发明一种适用于大气腐蚀环境下的耐腐蚀铸钢及其热处理工艺，所制备的耐腐蚀铸钢的耐腐蚀性能优良；4)本发明一种适用于大气腐蚀环境下的耐腐蚀铸钢及其热处理工艺，既降低了耐腐蚀铸钢的成本，又能满足工程对铸钢材料的耐腐蚀性能和力学性能的需要。具体实施方式本发明提供一种适用于大气腐蚀环境下的耐腐蚀铸钢及其热处理工艺，本发明的化学成分如表1所示：表1本发明的化学成分(wt％)CSiMnP、SCrNiCu0.08～0.160.20～0.600.40～1.50≤0.0300.20～0.600.20～0.600.20～0.50以下实施例仅用于解释和阐述本发明的优选实施例，不构成对本发明技术方案的限制。表2为本发明的对比例和具体实施例的化学成分，表2所制备出的钢的力学性能见表3，热处理工艺见表4。表2对比例和实施例的化学成分(wt％)CSiMnPSCrNiCu0.300.270.870.0210.0130.030.030.01对比例0.080.301.320.0250.0140.550.240.42实施例10.120.211.010.0220.0170.430.370.41实施例20.150.351.270.0220.0100.510.480.32实施例30.140.410.550.0170.0150.250.510.48实施例40.100.550.840.0160.0200.360.380.21实施例50.080.360.880.0100.0250.340.250.29实施例60.130.470.950.0230.0210.440.260.24实施例70.090.250.790.0240.0160.460.420.36实施例80.110.481.200.0220.0190.510.560.34实施例9表3对比例和实施例的力学性能由表3可以看出，本发明实施例的力学性能可达到以下值：屈服强度≥270MPa，抗拉强度≥500MPa，伸长率≥18％，断面收缩率≥40％，常温冲击性能≥40J。表4对比例和实施例的热处理工艺加热冷却对比例(1)930℃保温4小时(2)空冷至室温实施例1(1)950℃保温5小时(2)100℃/h冷却至500℃，空冷到室温实施例2(1)910℃保温3小时(2)空冷到室温实施例3(1)870℃保温4小时(2)100℃/h冷却至500℃，空冷到室温实施例4(1)920℃保温5小时+水冷(2)700℃保温5小时+空冷到室温实施例5(1)880℃保温6小时+水冷(2)580℃保温6小时+空冷到室温实施例6(1)850℃保温6小时(2)空冷到室温实施例7(1)910℃保温5小时(2)100℃/h冷却至500℃，空冷到室温实施例8(1)880℃保温3小时+水冷(2)550℃保温4小时+空冷到室温实施例9(1)940℃保温5小时(2)空冷到室温上述实施例中，首先采用一次性铸造成型，再进行正火或调质热处理，因为采用一次性铸造成型，能够制备各种形状复杂的铸件，所制备出的铸件的形状、尺寸与零件非常接近，减少了切削加工的工作量，可节省大量金属材料。实施例1、3～5、7、8采用正火热处理工艺，所制备的铸钢的微观组织为铁素体和珠光体，其中铁素体含量占8％～18.7％，珠光体含量占81.3％～92％，正火热处理能够使晶粒细化、提高强度、改善加工性能，在保证铸件力学性能。实施例2、6、9采用调质热处理工艺，所制备的铸钢的微观组织为回火索氏体，其中回火索氏体包括铁素体和细粒状渗碳体，所述铁素体含量为97.9％～99.1％，所述细粒状渗碳体的含量范围为0.9％～2.1％，采用调制热处理所获得的回火索氏体组织具有高强度和高韧性，铸件具有优良的综合力学性能。将上述实施例1～实施例9的钢和对比例中的钢按照YB/T4367-2014《钢筋在氯离子环境中腐蚀试验方法》进行周浸加速腐蚀实验，实验条件为：切取直径为a、长度为b的试样在腐蚀介质中腐蚀时间为72h，腐蚀介质为2％NaCl溶液，相对湿度为70±10RH，温度为45℃±2℃，PH在6.5-7.5之间，试验周期为60min±5min，其中浸润12min±2min；然后按照以下计算公式计算平均腐蚀率：W＝(w0－wt)×106/[πabt]式中：W为腐蚀速率，g/m2·h；wt为试样腐蚀t时间除锈后的重量，g；w0为试样腐蚀前的重量，g；a、b分别为试样的直径和长度，㎜；t为试验时间，h。本发明各实施例与对比钢的耐腐蚀性能比较结果如表6所示，由表6可看出本发明的钢的耐腐蚀性能显著优于对比钢。表6各实施例与对比例周浸加速腐蚀试验的平均腐蚀率(g/m2·h)综上所述，本发明提供的一种适用于大气腐蚀环境下的耐腐蚀铸钢及其热处理工艺，通过调控成分配比和一次性铸造成型后再进行热处理工艺，保证所制备耐腐蚀铸钢的耐大气腐蚀性能，同时力学性能可达到以下值：屈服强度≥270MPa，抗拉强度≥500MPa，伸长率≥18％，断面收缩率≥40％，常温冲击性能≥40J，既降低了耐腐蚀铸钢的成本，又能满足工程对铸钢材料的耐腐蚀性能和力学性能的需要。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3