一种高强塑铸钢及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种不含Ni、Mo等贵金属元素的高强塑铸钢及其制备方法。该铸钢化学成分中各元素的重量百分比（wt%）为：0.30%?0.35%C，0.5%?1.3%Si，0.6%?1.3%Mn，0.4%?1.1%Cr，0.02%?0.1%RE，S≤0.03%，P≤0.03%，余量为Fe。该成分的钢经熔炼、浇注后，进行高效而实用的直接淬火加碳的分配和回火热处理，即直接淬火?分配?回火处理，该钢展现出了较好的强塑性，并具有较高的韧性，显示出了很好的综合力学性能，能够满足当今汽车用铸钢对性能的要求。
【专利说明】
一种高强塑铸钢及其制备方法
技术领域
[000?]本发明属于铸钢材料技术领域，具体涉及一种不含Ni、Mo等贵金属元素的低碳低 合金Mn-Si-Cr型高强度高塑性铸钢及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 当前，伴随着汽车轻量化的发展，对汽车用铸钢件的要求也越来越高:要求其在减 重的同时又要具有高强度和较长的使用寿命，以达到安全、环保、节能和降低成本等要求。 为此，期望汽车用铸钢材料的强度要提高，同时要保持足够的塑性，即需要有好的综合力学 性能，再者又要考虑生产成本。而国内外在抗拉强度达到1000 MPa以上，且塑性在10%以上 的铸钢钢种中，都需要加入Ni或Mo等贵金属元素，成本较高。此外，现有铸钢生产制造所采 用的热处理工艺已不能满足性能要求。
[0003] 经过传统的重新加热淬火与回火处理能改善钢板的强韧性，但生产能耗高、周期 长。与传统的重新加热淬火与回火工艺相比，直接淬火工艺能够节约能源并缩短工艺流程， 因为它不需要再重新加热进行淬火;同时，直接淬火还有利于改善钢的焊接性能，因为直接 淬火可以获得较高的力学性能，自然而然可以通过减少合金元素的用量来降低碳当量;此 外，钢的强韧配比在采用直接淬火处理后还能得以提高。
[0004] 淬火-分配-回火是徐祖耀在2007年在"钢热处理的新工艺"（热处理，2007，22 (1) : 1-11)这篇文章中提出的并申请了相应专利CN 101121955A。钢经过淬火-分配-回火 处理后能够获得高强度和高韧性。
[0005] 将直接淬火和淬火-分配-回火结合起来，采用直接淬火加分配-回火热处理即直 接淬火-分配-回火，的处理方式，对铸钢进行处理，不仅可以提高生产效率，还可以改善铸 钢的力学性能。
【发明内容】
[0006] 针对汽车用铸钢的生产现状，本发明提供一种高强塑(高强度、高塑性)铸钢及其 制备方法。
[0007] 本发明提供的一种高强塑铸钢，化学成分中各元素的重量百分比Ut.%)为： 0.30%-0.35%C，0.5%-1.3%Si，0.6%-1.3%Mn，0.4%-1.l%Cr，0.02%-0.1%RE，S彡0.03%，P彡 0.03%，余量为卩6。
[0008] 所述的高强塑铸钢，其化学成分中各元素的重量百分比优化为：0.32%-0.35%C， 0 · 6%-1 · 0%Si，0 · 9%-1 · 3%Mn，0 · 5%-0 · 9%Cr，0 · 03%-0 · 09%RE，S彡0 · 03%，P彡0 · 03%，余量为Fe。
[0009] 本发明公开的高强塑铸钢的制备方法，包含如下具体步骤： (1)将炉料加入熔炼炉进行熔炼，温度控制在1580~1620 °C之间，通过取钢液浇注试样 测试其炉前成分并对其成分进行调整； (2 )待钢液温度下降到1540 °01560 °C时，将其浇入铸型铸成铸件； (3)铸件冷却到900~930°C时，将铸件取出，根据生产实际选择进行热处理。
[0010] 上述步骤(3)的热处理是下述1)、2)、3)中的任意一种。
[0011] 1)工艺1:260°C盐浴保温10s~30s/mm4400°C盐浴保温20s~60s/mm-水淬至室温。
[0012] 2)工艺2:水淬2s~10s/mm-电阻炉中400°C保温20s~60s/mm-水淬至室温。
[0013] 3)工艺3:水淬2s~8s/mm-空冷2min~5min/mm-水淬至室温。
[0014] 上述步骤(3)中铸件冷却到900~930°C是符合合金钢的奥氏体化温度可以为Ac3以 上50~100°C的一般热处理规范，以使合金元素完全固溶于奥氏体中并在铸件各个部位分 布均匀。
[0015] 上述步骤(3)1)中的"260°C盐浴保温10s~30s/mm"、2)中的"7K淬2s~10s/mm"、3冲 的水淬2s~8s/mm是为了将所述的高强塑铸钢淬火到Ms-Mf之间，使其不全转变为马氏体而 保留一定量的奥氏体。
[0016] 上述步骤（3)2)中的"400 °C盐浴保温20s~6〇S/mm"、2)中的"电阻炉中400°C保温 20s~60s/mm"是为了让碳从马氏体扩散至奥氏体中，使奥氏体富碳而稳定一定量而不发生 转变，在这期间还会析出细小弥散的碳化物，即完成碳的分配和回火；3)中"空冷2min~ 5min/mm"是通过铸钢的自回火完成碳的分配和回火。
[0017] 上述步骤(3)中最后的水淬至室温是为了获得一定量的残余奥氏体和马氏体的混 合组织。
[0018] 本发明涉及到的铸钢采用廉价的Mn、Si、Cr等元素为主要合金元素，经过直接淬 火-分配-回火处理能够获得体积百分数大于10%的残余奥氏体和马氏体的混合组织，该铸 钢的抗拉强度、屈服强度、伸长率与冲击吸收能KV2均分别不低于1100 MPa、900 MPa、13%和 32J，其强塑积(即抗拉强度和伸长率的乘积)超过了15000 MPa%。
[0019] 与之相对应，采用传统的重新加热淬火与回火热处理(其工艺：室温-920°C保温 120 min，充分奥氏体化-水淬至室温-400°C盐浴保温120 min回火-水淬至室温），该铸 钢中残余奥氏体的体积百分数小于3%，相应的抗拉强度、屈服强度分别能达到1300 MPa、 1200 MPa，但其伸长率与冲击吸收能分别低于9%和28J，强塑积小于12000 MPa · %。
[0020] 本发明的高强塑铸钢与使用Ni、Mo等贵金属元素的铸钢比较而言，具有明显的成 本优势;该铸钢通过直接淬火-分配-回火处理后，与传统的重新加热淬火与回火处理相比， 虽然强度相对略低，但伸长率与冲击吸收能明显要高，强塑积因此而高很多，综合力学性能 更好。本发明的铸钢能够满足当今汽车用铸钢对性能的要求。
【附图说明】
[0021] 图1是重新加热淬火与回火铸钢(热处理同传统的重新加热淬火与回火工艺，成分 同实施例1，下同）和实施例1、2、3铸钢的XRD图谱。
[0022]图2是各实施例铸钢典型显微组织的SEM照片，其中（a)为重新加热淬火与回火铸 钢；（b)为实施例1铸钢；（c)为实施例2铸钢；（d)为实施例3铸钢次表面(离表面大约为平均 厚度的1/4处）；（e)为实施例3铸钢内部中心区域。
[0023] 图3是各实施例铸钢典型的拉伸与冲击断口形貌，其中（al) -（a4)、（bl) -（b4)、 (cl)-(c4)、（dl)-(d4)分别为重新加热淬火与回火铸钢和实施例1、2、3铸钢的拉伸宏观、微 观与冲击宏观、微观断口。
【具体实施方式】
[0024]为了更好地理解本发明，下面结合具体实施实例作进一步详细说明，但本发明的 保护范围不限于下述的实施例。
[0025] 实施例1 一种高强塑铸钢，其化学成分中各元素的重量百分比为:〇 . 344%c，0.85l%Si，1.103% Μη，0 · 728%Cr，0 · 042%Ce，0 · 013%S，0 · 017%P，余量为 Fe。
[0026] 熔炼时，所用设备为100kg中频感应炉，熔炼炉温控制在1580~1620 °C之间。熔炼过 程中，通过取钢液浇注试样测试其炉前成分并对其成分进行调整。待钢液温度下降到1550 °C左右时，将其浇入陶瓷型壳铸成基尔试块； 基尔试块在浇注后的30分钟左右从型壳里面清理出来并立即切割下试样，在空气中冷 却大约50分钟后，试样的温度冷却至丨」900~930 °C，此时立刻将试样放入260 °C的盐浴炉里面 进行2min的淬火，使其初淬到Ms-Mf之间；然后，将试样放入400 °C的盐浴炉里面保温5min进 行碳分配-回火处理;最后水淬至室温。
实施例1铸钢的力学性能与残余奥氏体含量见上表1，其XRD图谱、微观组织和断口形貌 分别见图1、图2与图3。
[0027] 实施例2 一种高强塑铸钢，其化学成分中各元素的重量百分比、熔炼、浇注以及试样取出和切割 同实施例1，试样在空气中冷却大约50分钟后其温度降到900~930°C，进行如下热处理:水 淬35s(初淬到Ms-Mf之间）-电阻炉中400°C保温5 min(分配-回火)-水淬至室温。
[0028] 实施例2铸钢的力学性能与残余奥氏体含量见上表2,其XRD图谱、微观组织和断口 形貌分别见图1、图2与图3。
[0029] 实施例3 一种高强塑铸钢，其化学成分中各元素的重量百分比、熔炼、浇注以及试样取出和切割 同实施例1，试样在空气中冷却大约50分钟后其温度降到900~930°C，进行如下热处理:水 淬30s(初淬到Ms-Mf之间）-空冷30 min(通过铸钢的自回火进行分配-回火)-水淬至室 温。
[0030] 实施例3铸钢的力学性能与残余奥氏体含量见上表3,其XRD图谱、微观组织和断口 形貌分别见图1、图2与图3。
[0031] 实施例4 一种高强塑铸钢，其化学成分中各元素的重量百分比为:〇.335%C，0.756%Si，1.029% Μη，0 · 812%Cr，0 · 068%Ce，0 · 018%S，0 · 015%P，余量为 Fe。
[0032] 熔炼、浇注以及试样取出和切割同实施例1，试样热处理同实施例2。
[0033]实施例4铸钢的力学性能与残余奥氏体含量见上表4。
[0034] 实施例5 一种高强塑铸钢，其化学成分中各元素的重量百分比为:〇 . 327%c，0.924%Si，1.236% Μη，0 · 692%Cr，0 · 051%Ce，0 · 002%S，0 · 019%P，余量为 Fe。
[0035] 熔炼、浇注以及试样取出和切割同实施例1，试样热处理同实施例3。
[0036]实施例5铸钢的力学性能与残余奥氏体含量见上表5。
[0037]本发明中，化学元素的中文名称如下： C:碳;Si :娃;Μη:猛;Cr:络;RE:稀土兀素;S:硫;P:憐;Fe:铁。
【主权项】
1. 一种高强塑铸钢，化学成分中各元素的重量百分比(Wt. %)为:0.30%-0.35%(：，0.5%-1 · 3%Si，O · 6%-1 · 3%Mn，O · 4%-1 · l%Cr，O · 02%-0 · 1%RE，S彡O · 03%，P彡O · 03%，余量为Fe。2. 根据权利要求1所述的高强塑铸钢，其特征在于：化学成分中各元素的重量百分比 为：0·32%-0·35%C，0·6%-1·0%Si，0·9%-1·3%Mn，0·5%-0·9%Cr，0·03%-0·09%RE，S彡0·03%，P < 0.03%，余量为 Fe。3. -种高强塑铸钢高的制备方法，包含如下具体步骤： (1)将炉料加入熔炼炉进行熔炼，温度控制在1580~1620°C之间，通过取钢液浇注试样 测试其炉前成分并对其成分进行调整； (2 )待钢液温度下降到1540 °01560 °C时，将其浇入铸型铸成铸件； (3)铸件冷却到900~930°C时，将铸件取出，根据生产实际选择进行热处理。4. 根据权利要求3所述的一种高强塑铸钢高的制备方法，其特征在于:上述步骤(3)的 热处理是下述1)、2)、3)中的任意一种； 1) 工艺1:260°(：盐浴保温1〇8~3〇8/臟4400°(：盐浴保温2〇8~6〇8/臟4水淬至室温； 2) 工艺2:水淬2s~10s/mm^电阻炉中400°C保温20s~60s/mm-水淬至室温； 3) 工艺3:水淬2s~8s/mm-空冷2min~5min/mm4水淬至室温。
【文档编号】C22C38/18GK105908095SQ201610386936
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】唐正连, 史秋月, 杨全涛, 何汉军
【申请人】湖北汽车工业学院