一种高强度微合金化稀土铸钢及其制备方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 中国专利文献CN100999800A(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：C0. 24%~0. 32%，Si1. 0%~1. 6%， Mn1. 0% ~1. 6%，Cr0? 2% ~0? 5%，Re0? 01% ~0? 20%，Ni彡 0? 05%，Mo彡 0? 01%，P彡 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。
[0005] 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】
[0006] 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。
[0007] 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、1^、〇6、？、5、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C0. 30%~0. 40%， Si0. 60% ~0. 80%，Mn1. 10% ~1. 40%，Nb0. 03% ~0. 09%，Ti0. 01 ~0. 08%，Re0. 01% ~ 0? 20%，LaO. 01% ~0? 10%，CeO. 01% ~0? 15%，P彡 0? 035%，S彡 0? 010%。
[0008] 进一步的，所述Nb、Ti、La、Ce的总含量小于或等于0? 5%。
[0009] -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。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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°C~ 1680°C，出钢后立即在钢包液面上撒入适量造渣剂。
[0014] 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%。
[0015] 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°C~1580°C，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。
[0016] 进一步的，锰铁、硅铁合金以及稀土他、11、1^、〇6等在加入前需烘烤干燥2~511， 烘烤干燥温度为100~300°c。
[0017] 进一步的，预加锰铁、硅铁合金的温度范围控制在1640°C~1660°C，待检测炉前 钢水化学成分后，再加入最终所需的锰铁、硅铁合金；两次加入合金的顺序均为先加锰铁合 金，待锰铁合金全部熔清、扒渣完毕后，再加入硅铁合金。
[0018] 进一步的，所述他、11、1^、(^等微合金元素以金属粉末的形式加入钢包底部。
[0019] 一种高强度微合金化稀土铸钢的热处理方法，其特征在于：包括正火处理和回火 处理两部分； 所述正火处理工艺为：在箱式电阻炉中以80°c/h~120°C/h的速度升温至860°C~ 960°C，保温时间为铸钢件厚度（mm)XI. 5~1. 8min/h，然后将铸钢件在空气中冷却至室 温； 所述回火热处理工艺为：在箱式电阻炉中以80°C/h~120°C/h的速度升温至600 °C~ 650°C，保温时间为铸钢件厚度（mm)XI. 8~2. 2min/h，然后将铸钢件在空气中冷却至室 温。正火与回火的时间间隔不超过6h。
[0020] 进一步的，所述铸钢件经热处理后，其抗拉强度大于等于720MPa，屈服强度大于等 于430MPa，伸长率大于等于10%，断面收缩率大于等于12%，冲击试验温度为5°C时的冲击吸 收功大于等于11. 5J。
[0021] 本发明的优点在于：（1)本发明的微合金化稀土铸钢可以在不明显降低塑性和韧 性的条件下，显著提高屈服强度和抗拉强度。所述微合金化稀土铸钢与普通35SiMn钢相 比，其屈服强度可以提高60MPa以上，抗拉强度可以提高95MPa以上。
[0022] (2)本发明的微合金化稀土铸钢采用常规的冶炼工艺、热处理工艺，此外钢中以 娃、猛等较为廉价的合金元素为原材料，并且Nb、Ti、La、Ce等微合金元素含量较少，在较大 程度地提高铸件性能的同时，可以保证铸件的生产制造成本较低，有利于工业化应用。
[0023] (3)本发明通过对常规的冶炼工艺进行改进，可以有效地降低钢水中P元素的含 量，有利于工业化应用及推广。
[0024] (4 )本发明的微合金化稀土铸钢经过860 °C~960 °C正火处理+600 °C~650 °C回火 处理后，力学性能可以稳定的达到：抗拉强度大于等于720MPa，屈服强度大于等于430MPa， 伸长率大于等于10%，断面收缩率大于等于12%，冲击试验温度为5°C时的冲击吸收功大于 等于11. 5J，可用于生产制造水泥、矿山、煤炭、石油等领域中的大型承压部件，如工程机械 中的大型拖轮、轮带以及齿轮等关键零部件。
【附图说明】
[0025] 图1为正火温度对微合金化稀土铸钢屈服强度、抗拉强度的影响。
[0026] 图2为正火温度对微合金化稀土铸钢延伸率、冲击韧性的影响。
【具体实施方式】
[0027] 实施例一 如图1所示的一种高强度微合金化稀土铸钢，铸钢的主要化学成分包括C、Si、Mn、Nb、打、1^、1^、〇6、？、5、铁以及微量杂质元素，（：、51、]\111、恥、11、1^、？、3的质量百分 含量分别为C0? 30% ~0? 40%，Si0? 60% ~0? 80%，Mn1. 10% ~1. 40%，Nb0? 03% ~0? 09%， Ti0? 01 ~0? 08%，Re0? 01% ~0? 20%，LaO. 01% ~0? 10%，CeO. 01% ~0? 15%，P彡 0? 035%， S^ 0. 010%〇
[0028] 本发明的Nb、Ti、La、Ce的总含量小于或等于0? 5%。
[0029] -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，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。
[0030] 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。
[0031] 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。
[0032] 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。
[0033] 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°C~ 1680°C，出钢后立即在钢包液面上撒入适量造渣剂。
[0034] 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%。
[0035] 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°C~1580°C，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。
[0036] 本发明的锰铁、硅铁合金以及稀土Nb、Ti、La、Ce等在加入前需烘烤干燥2~5h， 烘烤干燥温度为100~300°c。
[0037] 本发明的预加锰铁、硅铁合金的温度范围控制在1640°C~1660°C，待检测炉前钢 水化学成分后，再加入最终所需的