本发明涉及铸钢材料
技术领域：
，具体是一种牵引座用高强韧低合金铸钢的制造方法。
背景技术：
：近几年，由于中国经济的迅猛发展，使得公路运输事业迅速的发展壮大。重型卡车具有运输量大、装卸方便、经济实用的特点，使得该种车的保有量迅速增加。而在整个重型卡车中，牵引座是最敏感的安全设备之一，它是连接牵引车和半挂车的桥梁，因此对于牵引座用钢的综合力学性能要求极为严格，而成分优化、熔炼工艺和热处理工艺方案是提高铸钢最有效的方法。目前我国针对牵引座用铸钢研究较少，对牵引座用低合金铸钢进行研究，可提升我国汽车关键零部件的技术水平，促进我国重型卡车制造技术的发展。综上，本申请公开了一种牵引座用高强韧低合金铸钢的制造方法，以解决该问题。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种牵引座用高强韧低合金铸钢的制造方法，以解决现有技术中的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种牵引座用高强韧低合金铸钢的制造方法，包括以下步骤：1)准备原料并进行烘干；2)熔炼：在中频感应电炉中依次添加各原料，混合均匀，完全熔化后加入纯铝脱氧，再将钢液冲入放置有硼铁的浇包中，镇静3-5min；3)浇注：控制钢液出炉温度控制在1680-1700℃，平稳连续地将钢液浇注至铸造模具中成型，冷却至室温，得到铸件；4)取铸件，进行热处理，得到铸钢成品。较优化的方案，包括以下步骤：1)准备原料并进行烘干；2)熔炼：在中频感应电炉中依次添加废钢、铬铁、钼铁、镍板、锰铁和铌铁，沉淀脱氧，再加入稀土硅铁预脱氧，混合均匀，完全熔化后加入纯铝脱氧，再将钢液冲入放置有硼铁的浇包中，镇静3-5min；3)浇注：控制钢液出炉温度控制在1680-1700℃，平稳连续地将钢液浇注至铸造模具中成型，冷却至室温，得到铸件；4)热处理：将铸件放入电阻炉中，加热到临界温度(ac3)以上50-90℃，并保温1-1.5h，再迅速淬火至温度在ms-mf之间的等温盐浴介质中，保温5-8min，再迅速转移至高于淬火温度的等温盐浴介质中，保温8-12min，出炉空冷至室温，得到铸钢成品。较优化的方案，步骤3)中，所述铸件各组分包括：以质量百分比计，c：0.18％-0.28％，si：0.40％-0.70％，mn：0.40％-1.20％，ni：0.90％-1.50％，cr：0.60％-0.90％，mo：0.30％-0.70％，nb：0.04％-0.08％，b：0.001％-0.003％，p≤0.03％，s≤0.03％，余量为fe及不可避免的杂质。较优化的方案，步骤1)中，准备废钢、铬铁、钼铁、镍板、锰铁、铌铁、稀土硅铁和放置有硼铁的浇包，分别在200-300℃下加热干燥，干燥时间为2-4h。较优化的方案，步骤4)处理后，铸钢的抗拉强度为1000mpa-1200mpa，屈服强度为800mpa-900mpa，延伸率为12％-15％，断面收缩率为30％-40％，布氏硬度为270hb-320hb。较优化的方案，步骤2)处理后，硼的吸收率为70-80％。较优化的方案，步骤4)中，热处理之后在铸件表面制备保护层，具体包括以下步骤：a.取铝青铜粉末和碳基隔离剂，混合搅拌10-20min，再置于石英舟中，抽真空至10pa，依次通入氩气、甲烷和氢气，加热升温至980-1000℃，升温速率为15-17℃/min，保温50-60min，再通入氢气，控制真空度为20pa，继续在980-1000℃下保温处理20-25min，接着通入甲烷，控制真空度至40pa，降温至400-410℃，在物料表面生长石墨烯，再去除碳基隔离剂，得到物料a；b.取物料a、镍基合金粉末，混合搅拌10-20min，再将混合物料预置在热处理后的铸钢表面，预置厚度为1-2mm，进行激光熔覆，得到具有保护层的铸钢成品。较优化的方案，步骤b中，激光熔覆时，激光功率为3kw，扫描速度为2-3mm/s，光斑直径为5mm，离焦量为245mm。较优化的方案，步骤a中，铝青铜粉末各组分包括：以质量百分比计，al：7.0-7.5％、fe：0.5-1％、ni：0.05-0.07％、c≤0.1％，其余为cu；碳基隔离剂为mcmb。较优化的方案，步骤b中，镍基合金各组分包括：以质量百分比计，c：0.3-0.6％、b：2.0-3.0％、si：3.0-4.5％、cr：11.0-15.0％、fe≤5％，其余为ni。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明公开了一种牵引座用高强韧低合金铸钢的制造方法，在熔炼前进行原料准备，并对原材料和浇包作烘干处理；熔炼时，为减少炉料氧化，应尽量避免搅动金属液；为使合金元素收得率高，炉料应选择合理的顺序和时间加入，其炉料加入顺序为：废钢、铬铁、钼铁、镍板、锰铁、铌铁，然后稀土硅铁预脱氧，再加铝进行终脱氧，最后出钢时包内加入经预热的硼铁，以调控得到相应组分的钢液；为使钢液具有良好的流动性和充型性，本发明所述的牵引座用高强韧低合金铸钢浇注时，出炉温度控制在1680-1700℃，浇注过程保证平稳连续，在砂型中浇注成标准y型试块。本申请对常规熔炼工艺进行改进，并未选择现有技术中将硼铁直接加入电炉中熔炼的方式，而是选择将其放置在浇包中进行处理，该步骤可有效提高硼的吸收率，进一步提高钢液中硼的含量，从而提高铸钢的综合力学性能。本申请为了进一步增加牵引座用低合金铸钢的综合力学性能，还提供了一种低合金铸钢的热处理工艺，包括如下步骤：第一步：将该钢加热到临界温度(ac3)以上50-90℃，并保温一定时间，使其完全奥氏体化。第二步：将该钢迅速淬入温度在ms-mf之间的等温盐浴介质中，保温一定时间后，获得马氏体和奥氏体。第三步：将等温保温后的该钢迅速移至高于等温淬火温度的等温盐浴介质中，保温一定时间后出炉空冷至室温，获得马氏体、富碳奥氏体和少量贝氏体。本发明所述高强韧低合金铸钢，经上述熔炼过程和热处理工艺，所得力学性能为：抗拉强度1000mpa-1200mpa，屈服强度800mpa-900mpa，延伸率12％-15％，断面收缩率30％-40％，布氏硬度270hb-320hb。本方案中涉及的临界温度(ac3)、ms-mf均可根据合金组分含量的控制进行计算，具体计算方式现有技术已经公开，在此不多作赘述。本发明还公开了一种铸钢表面保护层的制备方法，在铸件热处理之后，为提高铸件的耐腐蚀性能和耐磨性，本申请选择以石墨烯、铝青铜粉末、镍基合金粉末作为原料，在铸件表面制备保护层；其中铝青铜具有较优异的耐腐蚀性能，石墨烯因其优异的力学、热学以及特殊片层结构，可以作为增强材料以提高保护层的耐磨损性；本申请采用石墨烯、铝青铜粉末、镍基合金粉末作为原料，通过激光熔覆的方式在铸件表面制备保护层，由于石墨烯之间存在很强的范德华力，导致原料搅拌混合时，石墨烯极易和铝青铜粉末发生团聚，难以均匀分散，而利用现有的球磨等方式进行分散，会一定程度上对石墨烯结构造成损伤，因此本申请先在铝青铜粉末表面生长石墨烯，再将表面带有石墨烯的铝青铜粉末与镍基合金粉末混合，制备的保护层不仅能够与铸件表面紧密附着，同时该保护层能够有效提高铸钢成品的耐腐蚀性能和耐磨性能。本发明公开了一种牵引座用高强韧低合金铸钢的制造方法，工艺设计合理，各组分配比适宜，方案中通过对牵引座用高强韧低合金铸钢进行熔炼工艺优化和热处理工艺设计，提升了高强韧低合金铸钢的综合力学性能，减少了传统调质过程中因淬火应力造成的裂纹缺陷，提高了铸钢件的成品率；同时由于保护层的设计，铸钢成品具有优异的耐腐蚀性和耐磨性能，实用性更高。具体实施方式下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1：步骤1：准备废钢、铬铁、钼铁、镍板、锰铁、铌铁、稀土硅铁和放置有硼铁的浇包，分别在200℃下加热干燥，干燥时间为2h。步骤2：熔炼：在中频感应电炉中依次添加废钢、铬铁、钼铁、镍板、锰铁和铌铁，沉淀脱氧，再加入稀土硅铁预脱氧，混合均匀，完全熔化后加入纯铝脱氧，再将钢液冲入放置有硼铁的浇包中，镇静3min；步骤3：浇注：控制钢液出炉温度控制在1680℃，平稳连续地将钢液浇注至铸造模具中成型，冷却至室温，得到铸件；步骤4：热处理：将铸件放入电阻炉中，加热到临界温度以上50℃，并保温1h，再迅速淬火至温度在ms-mf之间的等温盐浴介质中，保温5min，再迅速转移至高于淬火温度的等温盐浴介质中，保温8min，出炉空冷至室温，得到铸钢成品。本实施例中，所述铸件各组分包括：以质量百分比计，c：0.18％，si：0.40％，mn：0.40％，ni：0.90％，cr：0.60％，mo：0.30％，nb：0.04％，b：0.001％，p：0.03％，s：0.03％，余量为fe及不可避免的杂质。实施例2：步骤1：准备废钢、铬铁、钼铁、镍板、锰铁、铌铁、稀土硅铁和放置有硼铁的浇包，分别在250℃下加热干燥，干燥时间为3h。步骤2：熔炼：在中频感应电炉中依次添加废钢、铬铁、钼铁、镍板、锰铁和铌铁，沉淀脱氧，再加入稀土硅铁预脱氧，混合均匀，完全熔化后加入纯铝脱氧，再将钢液冲入放置有硼铁的浇包中，镇静4min；步骤3：浇注：控制钢液出炉温度控制在1690℃，平稳连续地将钢液浇注至铸造模具中成型，冷却至室温，得到铸件；步骤4：热处理：将铸件放入电阻炉中，加热到临界温度以上70℃，并保温1.2h，再迅速淬火至温度在ms-mf之间的等温盐浴介质中，保温7min，再迅速转移至高于淬火温度的等温盐浴介质中，保温10min，出炉空冷至室温，得到铸钢成品。本实施例中，所述铸件各组分包括：以质量百分比计，c：0.258％，si：0.50％，mn：0.80％，ni：1.20％，cr：0.70％，mo：0.60％，nb：0.05％，b：0.002％，p：0.02％，s：0.02％，余量为fe及不可避免的杂质。实施例3：步骤1：准备废钢、铬铁、钼铁、镍板、锰铁、铌铁、稀土硅铁和放置有硼铁的浇包，分别在300℃下加热干燥，干燥时间为4h。步骤2：熔炼：在中频感应电炉中依次添加废钢、铬铁、钼铁、镍板、锰铁和铌铁，沉淀脱氧，再加入稀土硅铁预脱氧，混合均匀，完全熔化后加入纯铝脱氧，再将钢液冲入放置有硼铁的浇包中，镇静5min；步骤3：浇注：控制钢液出炉温度控制在1700℃，平稳连续地将钢液浇注至铸造模具中成型，冷却至室温，得到铸件；步骤4：热处理：将铸件放入电阻炉中，加热到临界温度以上90℃，并保温1.5h，再迅速淬火至温度在ms-mf之间的等温盐浴介质中，保温8min，再迅速转移至高于淬火温度的等温盐浴介质中，保温12min，出炉空冷至室温，得到铸钢成品。本实施例中，所述铸件各组分包括：以质量百分比计，c：0.28％，si：0.70％，mn：1.20％，ni：1.50％，cr：0.90％，mo：0.70％，nb：0.04％-0.08％，b：0.003％，p：0.01％，s：0.01％，余量为fe及不可避免的杂质。结论：实施例1-3依据本发明公开的方案进行制备，检测后发现实施例1-3得到的铸钢成品的抗拉强度为1000mpa-1200mpa，屈服强度为800mpa-900mpa，延伸率为12％-15％，断面收缩率为30％-40％，布氏硬度为270hb-320hb。实施例4：步骤1：准备废钢、铬铁、钼铁、镍板、锰铁、铌铁、稀土硅铁和放置有硼铁的浇包，分别在250℃下加热干燥，干燥时间为3h。步骤2：熔炼：在中频感应电炉中依次添加废钢、铬铁、钼铁、镍板、锰铁和铌铁，沉淀脱氧，再加入稀土硅铁预脱氧，混合均匀，完全熔化后加入纯铝脱氧，再将钢液冲入放置有硼铁的浇包中，镇静4min；步骤3：浇注：控制钢液出炉温度控制在1690℃，平稳连续地将钢液浇注至铸造模具中成型，冷却至室温，得到铸件；步骤4：热处理：将铸件放入电阻炉中，加热到910℃，并保温1h，再迅速淬火至温度为320℃的等温盐浴介质中，保温5min，再迅速转移至400℃的等温盐浴中，保温10min，出炉空冷至室温，得到铸钢成品。实施例5-7：实施例5-7的制备方法与实施例4相同，各步骤参数均一致，但钢液的组分含量不同，具体可如下表所示：c％si％mn％p％s％ni％cr％mo％nb％b％实施例40.210.470.400.0250.0151.050.870.480.040.0023实施例50.190.460.440.0230.0131.020.880.450.060.0025实施例60.270.631.030.0250.0141.030.620.500.0450.0025实施例70.270.641.000.0260.0141.030.640.700.0450.0024检测试验：取实施例4-7制备的铸钢成品，分别检测其力学性能，具体检测数据如下表所示：对比例1：对比例1在实施例4的基础上进行改变，在脱氧前将硼铁加入电炉中，其他步骤参数和组分含量与实施例4一致。对比例2：对比例1在实施例4的基础上进行改变，在硅铁、锰铁沉淀脱氧和稀土硅铁脱氧后炉内加入硼铁，其他步骤参数和组分含量与实施例4一致。对比例3：对比例1在实施例4的基础上进行改变，硅铁、锰铁沉淀脱氧，稀土硅铁脱氧及加铝终脱氧后，炉内加入硼铁，其他步骤参数和组分含量与实施例4一致。上述对比例1-3中钢液重量相同，硼铁加入量相同，仅采用采用不同脱氧保硼工艺，多次检测钢液中硼含量并计算硼吸收率，具体数据可如下表所示：实施例8：步骤1：准备废钢、铬铁、钼铁、镍板、锰铁、铌铁、稀土硅铁和放置有硼铁的浇包，分别在250℃下加热干燥，干燥时间为3h。步骤2：熔炼：在中频感应电炉中依次添加废钢、铬铁、钼铁、镍板、锰铁和铌铁，沉淀脱氧，再加入稀土硅铁预脱氧，混合均匀，完全熔化后加入纯铝脱氧，再将钢液冲入放置有硼铁的浇包中，镇静4min；步骤3：浇注：控制钢液出炉温度控制在1690℃，平稳连续地将钢液浇注至铸造模具中成型，冷却至室温，得到铸件；步骤4：热处理：将铸件放入电阻炉中，加热到910℃，并保温1h，再迅速淬火至温度为320℃的等温盐浴介质中，保温5min，再迅速转移至400℃的等温盐浴中，保温10min，出炉空冷至室温，得到预处理铸钢。步骤5：取铝青铜粉末和碳基隔离剂，混合搅拌10min，再置于石英舟中，抽真空至10pa，依次通入氩气、甲烷和氢气，加热升温至980℃，升温速率为15℃/min，保温50min，再通入氢气，控制真空度为20pa，继续在980℃下保温处理20min，接着通入甲烷，控制真空度至40pa，降温至400℃，在物料表面生长石墨烯，再去除碳基隔离剂，得到物料a；步骤6：取物料a、镍基合金粉末，混合搅拌10min，再将混合物料预置在热处理后的铸钢表面，预置厚度为1mm，进行激光熔覆，激光功率为3kw，扫描速度为2mm/s，光斑直径为5mm，离焦量为245mm。得到具有保护层的铸钢成品。本实施例中，所述铸件各组分包括：以质量百分比计，c：0.21％，si：0.47％，mn：0.40％，ni：1.05％，cr：0.87％，mo：0.48％，nb：0.04，b：0.0023％，p：0.025％，s：0.015％，余量为fe及不可避免的杂质。其中铝青铜粉末各组分包括：以质量百分比计，al：7.0％、fe：0.5％、ni：0.05％、c：0.1％，其余为cu；碳基隔离剂为mcmb。镍基合金各组分包括：以质量百分比计，c：0.3％、b：2.0％、si：3.0％、cr：11.0％、fe：5％，其余为ni。实施例9：步骤1：准备废钢、铬铁、钼铁、镍板、锰铁、铌铁、稀土硅铁和放置有硼铁的浇包，分别在250℃下加热干燥，干燥时间为3h。步骤2：熔炼：在中频感应电炉中依次添加废钢、铬铁、钼铁、镍板、锰铁和铌铁，沉淀脱氧，再加入稀土硅铁预脱氧，混合均匀，完全熔化后加入纯铝脱氧，再将钢液冲入放置有硼铁的浇包中，镇静4min；步骤3：浇注：控制钢液出炉温度控制在1690℃，平稳连续地将钢液浇注至铸造模具中成型，冷却至室温，得到铸件；步骤4：热处理：将铸件放入电阻炉中，加热到910℃，并保温1h，再迅速淬火至温度为320℃的等温盐浴介质中，保温5min，再迅速转移至400℃的等温盐浴中，保温10min，出炉空冷至室温，得到预处理铸钢。步骤5：取铝青铜粉末和碳基隔离剂，混合搅拌15min，再置于石英舟中，抽真空至10pa，依次通入氩气、甲烷和氢气，加热升温至990℃，升温速率为16℃/min，保温55min，再通入氢气，控制真空度为20pa，继续在990℃下保温处理22min，接着通入甲烷，控制真空度至40pa，降温至405℃，在物料表面生长石墨烯，再去除碳基隔离剂，得到物料a；步骤6：取物料a、镍基合金粉末，混合搅拌15min，再将混合物料预置在热处理后的铸钢表面，预置厚度为1.5mm，进行激光熔覆，激光功率为3kw，扫描速度为2mm/s，光斑直径为5mm，离焦量为245mm。得到具有保护层的铸钢成品。本实施例中，所述铸件各组分包括：以质量百分比计，c：0.21％，si：0.47％，mn：0.40％，ni：1.05％，cr：0.87％，mo：0.48％，nb：0.04，b：0.0023％，p：0.025％，s：0.015％，余量为fe及不可避免的杂质。其中铝青铜粉末各组分包括：以质量百分比计，al：7.2％、fe：0.8％、ni：0.06％、c：0:08％，其余为cu；碳基隔离剂为mcmb。镍基合金各组分包括：以质量百分比计，c：0.4％、b：2.5％、si：3.5％、cr：12.0％、fe：4％，其余为ni。实施例10：步骤1：准备废钢、铬铁、钼铁、镍板、锰铁、铌铁、稀土硅铁和放置有硼铁的浇包，分别在250℃下加热干燥，干燥时间为3h。步骤2：熔炼：在中频感应电炉中依次添加废钢、铬铁、钼铁、镍板、锰铁和铌铁，沉淀脱氧，再加入稀土硅铁预脱氧，混合均匀，完全熔化后加入纯铝脱氧，再将钢液冲入放置有硼铁的浇包中，镇静4min；步骤3：浇注：控制钢液出炉温度控制在1690℃，平稳连续地将钢液浇注至铸造模具中成型，冷却至室温，得到铸件；步骤4：热处理：将铸件放入电阻炉中，加热到910℃，并保温1h，再迅速淬火至温度为320℃的等温盐浴介质中，保温5min，再迅速转移至400℃的等温盐浴中，保温10min，出炉空冷至室温，得到预处理铸钢。步骤5：取铝青铜粉末和碳基隔离剂，混合搅拌20min，再置于石英舟中，抽真空至10pa，依次通入氩气、甲烷和氢气，加热升温至1000℃，升温速率为17℃/min，保温60min，再通入氢气，控制真空度为20pa，继续在1000℃下保温处理25min，接着通入甲烷，控制真空度至40pa，降温至410℃，在物料表面生长石墨烯，再去除碳基隔离剂，得到物料a；步骤6：取物料a、镍基合金粉末，混合搅拌20min，再将混合物料预置在热处理后的铸钢表面，预置厚度为2mm，进行激光熔覆，激光功率为3kw，扫描速度为3mm/s，光斑直径为5mm，离焦量为245mm。得到具有保护层的铸钢成品。本实施例中，所述铸件各组分包括：以质量百分比计，c：0.21％，si：0.47％，mn：0.40％，ni：1.05％，cr：0.87％，mo：0.48％，nb：0.04，b：0.0023％，p：0.025％，s：0.015％，余量为fe及不可避免的杂质。其中铝青铜粉末各组分包括：以质量百分比计，al：7.5％、fe：1％、ni：0.07％、c：0.05％，其余为cu；碳基隔离剂为mcmb。镍基合金各组分包括：以质量百分比计，c：0.6％、b：3.0％、si：4.5％、cr：15.0％、fe≤5％，其余为ni。检测试验：1、取实施例8-10制备的铸钢样品，铸钢样品的尺寸为35mm×15mm×5mm，分别在mld-10动载磨料磨损试验机上进行磨损试验，磨料采用40目的石英砂，磨损1h后检测样品的质量并计算磨损质量损失。2、取实施例8-10制备的铸钢样品，依据yb/t4367-2014《钢筋在氯离子环境中腐蚀试验方法》进行周浸加速腐蚀试验，腐蚀时间为72h，温度为45℃，检测并计算平均腐蚀率。结论：实施例8-10依据本发明公开的方案制备铸钢成品，实施例8-10分别与实施例4形成对照试验，由上表数据可知，表面熔覆有保护层的铸钢的耐磨性、耐腐蚀性能明显优异未熔覆保护层的铸钢。即：本发明工艺设计合理，各组分配比适宜，方案中通过对牵引座用高强韧低合金铸钢进行熔炼工艺优化和热处理工艺设计，提升了高强韧低合金铸钢的综合力学性能，减少了传统调质过程中因淬火应力造成的裂纹缺陷，提高了铸钢件的成品率；同时由于保护层的设计，铸钢成品具有优异的耐腐蚀性和耐磨性能，实用性更高。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。当前第1页12