專利名稱：一種超高強度鑄鋼及其制備方法和焊接工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鑄鋼及其制備方法和焊接工藝，尤其涉及一種超高強度鑄鋼及其制備方法和焊接工藝。
背景技術(shù)：
目前，煤礦行業(yè)用液壓支架上柱窩類、連接頭類、導(dǎo)軌等一些零部件都采用鑄鋼件。由于支架在工作時要承受來自頂板的垂直壓力以及大量煤、石下落引起的交變沖擊載荷，因此，要求柱窩類鑄鋼件要具有較好的綜合機械性能和很好的焊接性能。隨著市場的需要，煤機行業(yè)都在大力發(fā)展高端的大采高液壓支架，由于綜采工作面高，支護強度要求也相應(yīng)地大大提高，這就需要結(jié)構(gòu)件采用大量的高強度鋼板，液壓支架用鋼的強度級別已由50kg、60kg發(fā)展到100kg、110kg，甚至到120kg級。結(jié)構(gòu)件的鋼板強度提高，柱窩類鑄鋼件的強度也要與之相匹配，現(xiàn)有的兩種常用材質(zhì)ZG27SiMn和ZG30Cr06的屈服強度、抗拉強度均較低1^、Rm < IOOOMPa,已不能滿足產(chǎn)品對材料力學(xué)性能的要求。故需要重新開發(fā)新型的高強度鑄鋼材料，其力學(xué)性能主要是要求抗拉強度Rm > IOOOMPa0經(jīng)查詢國內(nèi)外相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)及同行業(yè)鑄鋼規(guī)范資料，比較接近上述性能的低合金高強度鋼有鍛鋼AISI8620 (美國鋼鐵學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)AISIA29/A^M-2005)，但由于其C和Cr元素含量較低，故其強度不高，而且由于鑄鋼的性能要比同樣成分的鍛鋼差，故其不能滿足使用性能的需要，在其基礎(chǔ)上仍需進一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有鑄鋼強度較低的不足，提供一種超高強度鑄鋼及其制備方法和焊接工藝。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種牌號為ZG22CrNiMoRe的超高強度鑄鋼的化學(xué)成分重量百分比為C 0.20% 0.25%，Si 0.6% 0.9%，Mn 0.3% 0. 6%, Cr 0. 9% 1. 2%, Mo 0. 15% 0. 25%, Ni 0. 9% 1. 2%, Ti 0. 02% 0. 04%, 稀土元素 Restti 0. 01% 0. 02%，A1 殘g 0. 03 0. 05%，S < 0. 03%，P < 0. 03%，余量為Fe。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進。進一步，所述稀土元素Re是以稀土硅鐵合金的形式加入的，所述稀土硅鐵合金牌號為 FeSiRe23、FeSiRe26、FeSiRe29、FeSiRe32_A、FeSiRe32_B、FeSiRe35_A 或者 i^SiRe35-B，其中，Re為主要包含鈰、鑭和釔的混合物。本發(fā)明還提供一種解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種超高強度鑄鋼的制備方法包括以下步驟步驟10 按上述超高強度鑄鋼的化學(xué)成分中除稀土元素和鋁元素外的各化學(xué)成分配比投料，進行熔煉和除渣處理；
步驟20 鋼水出爐前在澆包底部加入終脫氧劑Al和混合稀土元素，攪拌均勻，然后鋼水出爐，在澆包內(nèi)再次靜置撈渣，最后澆注形成工件；步驟30 采用依次退火、正火和調(diào)質(zhì)的工藝過程對工件進行熱處理。進一步，所述步驟10包括首先，用廢鋼和廢鐵進行配料后并進行熔煉，熔煉溫度為1550°C 1580°C ；接著，待廢鋼和廢鐵完全熔化后，再加入鉻鐵合金、鉬鐵合金和電解鎳板，并在出爐前7min lOmin，進行排渣處理；接著，再加入硅鐵合金和錳鐵合金，并在出爐前aiiin 3min，加入鈦鐵合金，而后出爐。進一步，所述步驟10中混合稀土元素為稀土硅鐵合金，所述稀土硅鐵合金牌號為 FeSiRe23、FeSiRe26、FeSiRe29、FeSiRe32-A、FeSiRe32-B、FeSiRe35-A 或者 FeSiRe35_B，其中，Re為主要包含鈰、鑭和釔的混合物。進一步，所述步驟20中出爐后的鋼水的溫度為1630°C 1660°C。進一步，所述步驟20中終脫氧劑Al的加入量占鋼水重量的0. 08 0. 12%，所述混合稀土元素的加入量占鋼水重量的0. 15% 0. 2%。進一步，所述步驟20包括首先，在澆包底部放入終脫氧劑Al和稀土硅鐵合金， 攪拌均勻，然后鋼水出爐，所述稀土硅鐵合金塊狀尺寸要小于5mm，所述稀土硅鐵合金在加入前進行Ih 池的烘烤；接著，將出爐后的鋼水轉(zhuǎn)移至澆包內(nèi)，待鋼水在澆包中靜置1分鐘 3分鐘后撈渣，再在1570°C 1600°C進行澆注形成工件。進一步，所述步驟30包括退火處理的過程是在890°C 910°C下保溫200min，當(dāng)爐內(nèi)溫度降到500°C時拉出自然冷卻；正火處理的過程是在890°C 910°C下保溫一段時間tl后在空氣中冷卻；調(diào)質(zhì)處理過程是在870°C 890°C下保溫一段時間tl后水淬；所述保溫的時間tl = cikD，其中，α為保溫時間系數(shù)(與爐子有關(guān))，對于合金鋼，在箱式爐或井式爐中加熱，α取l.aiiin/mm 1.5min/mm;k為工件裝爐系數(shù)，其根據(jù)裝爐量的多少而確定的，裝爐量大時，K值也應(yīng)取得較大，一般由實驗確定，在這里K取1.8 2.0, D為工件的有效厚度(mm)，D的計算圓柱體取直徑，正方形截面取邊長，長方形截面取短邊長，板件取板厚，套筒類工件取壁厚，圓錐體取離小頭2/3長度處直徑，球體取球徑的
0.6 倍；然后再在530 °C 550 °C下保溫一段時間t2后水淬，所述保溫時間t2 = &i+AnKnD，其中，&ι為附加時間，一般為10 20min ；An為加熱系數(shù)，井式爐的加熱系數(shù)為
1.Omin/mm 1. 5min/mm，箱式爐的加熱系數(shù)為2. Omin/mm 2. 5min/mm，但在實際生產(chǎn)中， 根據(jù)裝爐量的多少和裝爐方式，也要加一個裝爐修正系數(shù)Kn，取1. O 1. 5，D仍然是工件的有效厚度。本發(fā)明還提供一種解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種上述超高強度鑄鋼的焊接工藝包含在熱處理爐中進行焊前預(yù)熱以及采用氣體保護焊和高強低氫焊絲進行焊接焊縫，其中，焊接時層間溫度控制在150°C 200°C，焊接電流230Α 260Α，焊接電壓26V ^V，焊接速度;350mm/min 450mm/min，手工線能量 15KJ/cm 18KJ/cm。進一步，所述焊接焊縫的步驟后面還包括在熱處理爐中進行焊后處理的步驟。進一步，所述焊前預(yù)熱是在熱處理爐中于240°C 260°C下，根據(jù)焊接件有效厚度的不同，保溫一段時間t3 ；所述焊接焊縫的焊接工藝參數(shù)為采用82% Ar+18% CO2富氬氣體保護焊，采用90公斤級的高強低氫焊絲焊接；焊接完全后，將焊接件放入熱處理爐中進行焊后熱處理，具體為在250°C 350°C之間進行焊后消氫處理，根據(jù)焊接件有效厚度的不同，保溫一段時間t4，且焊接件出爐后的溫度< 200°C。進一步，當(dāng)焊接件有效厚度彡20mm時，保溫時間t3為0. 5小時，保溫時間t4為2 小時；當(dāng)20mm <焊接件有效厚度彡60mm時，保溫時間t3為1小時，保溫時間t4為3小時； 當(dāng)60mm <焊接件有效厚度彡IOOmm時，保溫時間t3為2小時，保溫時間t4為4小時。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明超高強度鑄鋼提高了 C、Si、Cr和M的含量，降低了 Mn的含量，并添加了合金元素Ti和RE，而且比常規(guī)工業(yè)化熱處理工藝多了一步正火處理， 與現(xiàn)有ZG27SiMn和ZG30Cr06鑄鋼材料相比，綜合機械性能有顯著提高，而且焊接性能優(yōu)異，綜合成本不高，完全能夠滿足大采高液壓支架用鑄鋼材料的使用要求。


圖1為本發(fā)明超高強度鑄鋼熱處理后的金相組織圖；圖2為本發(fā)明焊接試塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3本發(fā)明Y型試塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4本發(fā)明焊接試件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明超高強度鑄鋼中含C量增加，屈服點和抗拉強度升高，但塑性和沖擊韌性降低，當(dāng)含碳量超過0. 23%時，鋼的焊接性能變壞；Si能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點和抗拉強度，而Cr能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但這三種合金元素加入過多都會明顯降低韌性，故需要提高Ni的含量來提高韌性；由于C、Si、Cr和Ni加入過多都會顯著降低焊接性能，故需要加入Ti改善焊接性能，而且強碳化物形成元素Ti還可以細化晶粒和沉淀強化，提高鑄鋼強度；稀土(Re)則可細化晶粒并改善非金屬夾雜物的形態(tài)和分布，顯著提高鋼的韌性和改善鋼的焊接性能；而熱處理工藝過程中加一步正火的目的是為了使這些合金元素能以細小的化合物質(zhì)點從固溶體中沉淀析出，并同時起到細化晶粒的作用，在提高強度的同時，適當(dāng)?shù)馗纳屏虽摰乃苄院晚g性，以達到最佳的綜合性能。本發(fā)明牌號為ZG22CrNiMoRe的超高強度鑄鋼經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后所得的金相組織為回火索氏體+回火屈氏體。珠光體層片團呈等軸狀，尺寸細小且分布均勻，如圖1(a)所示，在等軸狀的鐵素體上均勻分布著細粒狀的碳化物，而滲碳體顆粒在光學(xué)顯微鏡下已較難分辨，如圖1(b)所示，兩者的晶粒度都達9級以上(約15μπι)。通過試驗，按照本發(fā)明生產(chǎn)的牌號為ZG22CrNiMoRe的超高強度鑄鋼與現(xiàn)有的 ZG27SiMn、ZG30Cr06和AISI8620的機械性能對比如表1所示。表1低合金高強度鋼的力學(xué)性能材料牌號拉伸強度屈服強延伸率斷面收沖擊沖擊韌性硬度R ( MPa )度 (MPa )A ( % )縮率Z (%)吸收功Akv (J)α kv (J/cm2 )(HB)ZG27SiMn>780> 535>6>8. 5> 10>13> 270ZG30Cr06>730> 550> 14>20> 40>46> 270AISI8620933 ~ 1011832 ~ 89919-2053 ~ 64117144~ 172274 ~ 303ZG22CrNiMoRe> 1045>876>12>27> 50>60270 ~ 310從表1中對比數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明生產(chǎn)的鑄鋼ZG22CrNiMoRe材料硬度與現(xiàn)有的三種材料差不多，強度已經(jīng)達到鍛鋼AISI8620的性能指標(biāo)，但要跟ZG27SiMn和ZG30Cr06 相比強度和塑韌性都得到了顯著提高。表2低合金高強度鋼的原料成本對比
牌號原料成本(元/噸)ZG27SiMn3930ZG30Cr063915AISI86204890ZG22CrNiMoRe5470從表2的成本分析可以看出，雖然ZG22CrNiMoRe和AISI8620相比，每噸產(chǎn)品材料成本只增加了 600元，和ZG27SiMn和ZG30Cr06相比增加了 1500元/噸，但和國外進口的超高強度鋼動輒幾萬元/噸的價格比起來要便宜很多，市場優(yōu)勢很大。本發(fā)明超高強度鑄鋼熱處理完成后，在實際生產(chǎn)中還需要嚴格控制焊接工藝過程參數(shù)，避免產(chǎn)生焊接冷裂紋和熱裂紋，影響產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性。所以，還要對鑄鋼 ZG22CrNiMoRe進行了焊接性能測試，試驗結(jié)果見表3。表3 ZG22CrNiMoRe 的焊接性能
裂紋種類表面裂紋率斷面裂紋率數(shù)值0%0% 從表3中可以看出，經(jīng)焊后熱處理后，ZG22CrNiMoRe的焊接性能很好。
綜上所述，本發(fā)明生產(chǎn)的鑄鋼ZG22CrNiMoRe具有優(yōu)異的力學(xué)性能、優(yōu)異的焊接性能及原料成本低三大優(yōu)點，完全能夠滿足液壓支架用鑄鋼材料的使用要求。下面以三個實施例對本發(fā)明牌號為ZG22CrNiMoRe的超高強度鑄鋼做進一步詳細的描述。實施例1超高強度鑄鋼的制備及使用方法，包括以下冶煉、澆注、熱處理和焊接工藝過程， 其具體工藝參數(shù)為(1)冶煉工藝在200Kg中頻爐中進行熔煉，選取硫、磷含量分別< 0. 03 %的Q235工字廢鋼和QlO生鐵作原料進行冶煉。先熔化大部分的廢鋼182. 28kg和廢鐵8. 32kg，熔煉溫度為1550 °C，在大料全部化清后，再加入1.93kg低碳鉻鐵狗0690). 25,0. 85kg鉬鐵合金i^Mo60-A、2kg電解鎳板進行熔煉，出爐前l(fā)Omin，進行排渣處理，再加入1. 97kg硅鐵 FeSi75All. 0_A、1. 71kg 中碳錳鐵 FeMn78C2. 0，出爐前 3min，加入 0. 37kg 鈦鐵 FeTi30_A，最后在澆包底部放入0. 24kg終脫氧劑Al和0. 29kg稀土硅鐵合金i^eSiRE23，終脫氧劑Al為純鋁片，稀土硅鐵合金破碎成塊狀，尺寸< 5mm，用前烘烤池。(2)澆注工藝鋼水的出爐溫度盡量高為1660°C，待鋼水在澆包中靜置aiiin后，在1580°C澆注成標(biāo)準(zhǔn)的焊接試塊如圖2所示和Y型試塊如圖3所示。(3)熱處理工藝試塊澆注成形后，放入RT型臺車式電阻爐中進行熱處理。采用退火+正火+調(diào)質(zhì)的熱處理工藝過程，在900°C下保溫200min，當(dāng)爐內(nèi)溫度降到500°C時拉出自然冷卻；正火處理溫度為900°C，保溫120min后在空氣中冷卻；調(diào)質(zhì)處理是在880°C下保溫120min后水淬，然后再在530°C下保溫180min后水淬(計算tl = α KD, α取1. ;3min/mm，k取1. 8，D取 50mm, tl = 1. 3min/mmX 1. 8 X 50mm = 117min，故取 tl = 120min ；計算 t2 = Bn+AnKnD, Bn 取 20min，An 取 2. 3mm/min,Kn 取 1. 4，D 取 50mm, t2 = 20min+2. 3mm/min X 2. 3mm/min X 1. 4 =181min，故取 t2 = 180min)。通過以上工藝，可制備超高強度鑄鋼ZG22CrNiMoRe，其所含元素的重量百分比組成為C 0. 24%, Si 0. 76%, Mn 0. 36%, Cr 1. 02%, Mo 0. 18%, Ni 1. 01%, Ti 0. 035%, Reslg 0. 015%, AIm 0. 04%, S 0. 027%, P 0. 019% ；其余為鐵元素。制得本發(fā)明超高強度鑄鋼，鑄鋼的機械性能為拉伸強度1060MPa，屈服強度 883MPa，延伸率14%，斷面收縮率，沖擊吸收功53J，沖擊韌性63J/cm2，硬度^7HB。本發(fā)明超高強度鑄鋼熱處理完成后，在實際生產(chǎn)中還需要嚴格控制焊接工藝過程參數(shù)，避免產(chǎn)生焊接冷裂紋和熱裂紋，影響產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性。如圖4所示，試件的焊接工藝包含焊前預(yù)熱、焊接焊縫、焊后處理三個過程，焊前預(yù)熱是指在熱處理爐中預(yù)熱，在260°C 下保溫60min ；焊接工藝參數(shù)為采用82% Ar+18% CO2富氬氣體保護焊，采用90公斤級的高強低氫焊絲焊接，層間溫度控制在150°C，焊接電流250A，焊接電壓27V，焊接速度400mm/ min，手工線能量16. 8KJ/cm ；焊后進行消氫處理，在300°C下保溫180min，降溫至200°C以下，拉出爐門冷卻。焊接性能測試得到的表面裂紋率和斷面裂紋率都為0%。實施例2
超高強度鑄鋼的制備及使用方法，包括以下冶煉、澆注、熱處理和焊接工藝過程， 其具體工藝參數(shù)為(1)冶煉工藝在200Kg中頻爐中進行熔煉，選取硫、磷含量分別< 0. 03%的Q235工字廢鋼和 QlO生鐵作原料進行冶煉。先熔化大部分的廢鋼181. 86kg和廢鐵7. 63kg，熔煉溫度為 1580°C，在大料全部化清后，再加入2. IOkg中碳鉻鐵i^eCr69Cl. 0,0. 99kg鉬鐵合金i^eMo70、 2. 16kg電解鎳板進行熔煉，出爐前7min，進行排渣處理，再加入2. IOkg硅鐵i^Si75_A、 2. ^kg中碳錳鐵i^eMn82Cl. 5，出爐前anin，加入0. 33kg鈦鐵i^Ti40_A，最后在澆包底部放入0. ^kg終脫氧劑Al和0. ^kg稀土硅鐵合金!^eSiRE沈，終脫氧劑Al為純鋁片，稀土硅鐵合金破碎成塊狀，尺寸< 5mm，用前烘烤池。(2)澆注工藝鋼水的出爐溫度盡量高為1650°C，待鋼水在澆包中靜置aiiin后，在1600°C澆注成標(biāo)準(zhǔn)的焊接試塊如圖2所示和Y型試塊如圖3所示。(3)熱處理工藝試塊澆注成形后，放入RT型臺車式電阻爐中進行熱處理。采用退火+正火+調(diào)質(zhì)的熱處理工藝過程，在890°C下保溫200min，當(dāng)爐內(nèi)溫度降到500°C時拉出自然冷卻；正火處理溫度為910°C，保溫120min后在空氣中冷卻；調(diào)質(zhì)處理是在890°C下保溫120min后水淬，然后再在下保溫180min后水淬(計算tl = α KD, α取1. ;3min/mm，k取1. 8，D取 50mm, tl = 1. 3min/mmX 1. 8 X 50mm = 117min，故取 tl = 120min ；計算 t2 = Bn+AnKnD，Bn 取 20min，An 取 2. 3mm/min，Kn 取 1. 4，D 取 50mm，t2 = 20min+2. 3mm/minX2. 3mm/minXl. 4 =181min，故取 t2 = 180min)。通過以上工藝，可制備超高強度鑄鋼ZG22CrNiMoRe，其所含元素的重量百分比組成為C 0. 22%, Si 0. 81%, Mn 0. 48%, Cr 1. 11%, Mo 0. 21%, Ni 1. 09%, Ti 0. 031%, Reslg 0. 013%, AIm 0. 05%, S 0. 025%, P 0. 017% ；其余為鐵元素。制得本發(fā)明超高強度鑄鋼，鑄鋼的機械性能為拉伸強度1055MPa，屈服強度 89IMPa,延伸率15%，斷面收縮率，沖擊吸收功56J，沖擊韌性67J/cm2，硬度^8HB。本發(fā)明超高強度鑄鋼熱處理完成后，在實際生產(chǎn)中還需要嚴格控制焊接工藝過程參數(shù)，避免產(chǎn)生焊接冷裂紋和熱裂紋，影響產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性。如圖4所示，試件的焊接工藝包含焊前預(yù)熱、焊接焊縫、焊后處理三個過程，焊前預(yù)熱是指在熱處理爐中預(yù)熱，在250°C 下保溫60min ；焊接工藝參數(shù)為采用82% Ar+18% CO2富氬氣體保護焊，采用90公斤級的高強低氫焊絲焊接，層間溫度控制在160°C，焊接電流^OA,焊接電壓26N,焊接速度420mm/ min，手工線能量16KJ/cm，焊后進行消氫處理，在320°C下保溫180min，降溫至200°C以下， 拉出爐門冷卻。焊接性能測試得到的表面裂紋率和斷面裂紋率都為0%。實施例3超高強度鑄鋼的制備及使用方法，包括以下冶煉、澆注、熱處理和焊接工藝過程， 其具體工藝參數(shù)為(1)冶煉工藝在200Kg中頻爐中進行熔煉，選取硫、磷含量分別< 0. 03 %的Q235工字廢鋼和QlO生鐵作原料進行冶煉。先熔化大部分的廢鋼180. 39kg和廢鐵7. 97kg，熔煉溫度為1560 °C，在大料全部化清后，再加入2. 58kg中碳鉻鐵i^Cr55C100、l. 27kg鉬鐵合金 FeMo55-A,2. 28kg電解鎳板進行熔煉，出爐前8min，進行排渣處理，再加入2. 33kg硅鐵 FeSi65,2. 42kg 低碳錳鐵 i^eMn84C0. 4，出爐前 3min，加入 0. :35kg 鈦鐵 i^Ti30_B，最后在澆包底部放入0. 22kg終脫氧劑Al和0. 19kg稀土硅鐵合金i^eSiRE^，終脫氧劑Al為純鋁片， 稀土硅鐵合金破碎成塊狀，尺寸< 5mm，用前烘烤池。(2)澆注工藝鋼水的出爐溫度盡量高為1640°C，待鋼水在澆包中靜置aiiin后，在1590°C澆注成標(biāo)準(zhǔn)的焊接試塊如圖2所示和Y型試塊如圖3所示。(3)熱處理工藝試塊澆注成形后，放入RT型臺車式電阻爐中進行熱處理。采用退火+正火+調(diào)質(zhì)的熱處理工藝過程，在910°C下保溫200min，當(dāng)爐內(nèi)溫度降到500°C時拉出自然冷卻；正火處理溫度為890°C，保溫120min后在空氣中冷卻；調(diào)質(zhì)處理是在870°C下保溫120min后水淬，然后再在550°C下保溫180min后水淬(計算tl = α KD, α取1. ;3min/mm，k取1. 8，D取 50mm, tl = 1. 3min/mmX 1. 8 X 50mm = 117min，故取 tl = 120min ；計算 t2 = Bn+AnKnD，Bn 取 20min，An 取 2. 3mm/min,Kn 取 1. 4，D 取 50mm, t2 = 20min+2. 3mm/min X 2. 3mm/min X 1. 4 =181min，故取 t2 = 180min)。通過以上工藝，可制備超高強度鑄鋼ZG22CrNiMoRe，其所含元素的重量百分比組成為C 0. 23%, Si 0. 78%, Mn 0. 55%, Cr 1. 05%, Mo 0. 23%, Ni 1. 15%, Ti 0. 033%, Re殘g 0. 010%, AIm 0. 03%, S 0. 023%, P 0. 015% ；其余為鐵元素。制得本發(fā)明超高強度鑄鋼，鑄鋼的機械性能為拉伸強度1050MPa，屈服強度 887MPa，延伸率16 %，斷面收縮率30 %，沖擊吸收功55J，沖擊韌性65J/cm2，硬度^5HB。本發(fā)明超高強度鑄鋼熱處理完成后，在實際生產(chǎn)中還需要嚴格控制焊接工藝過程參數(shù)，避免產(chǎn)生焊接冷裂紋和熱裂紋，影響產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性。如圖4所示，試件的焊接工藝包含焊前預(yù)熱、焊接焊縫、焊后處理三個過程，焊前預(yù)熱是指在熱處理爐中預(yù)熱，在下保溫60min ；焊接工藝參數(shù)為采用82% Ar+18% CO2富氬氣體保護焊，采用90公斤級的高強低氫焊絲焊接，層間溫度控制在180°C，焊接電流Μ0Α，焊接電壓28V,焊接速度380mm/ min，手工線能量17. 6KJ/cm，焊后進行消氫處理，在^(TC下保溫180min，降溫至200°C以下，拉出爐門冷卻。焊接性能測試得到的表面裂紋率和斷面裂紋率都為0%。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超高強度鑄鋼，其特征在于，其化學(xué)成分重量百分比為C 0.20% 0.25%，Si 0. 6% 0. 9%, Mn 0. 3% 0. 6%, Cr 0. 9% 1. 2%, Mo 0. 15% 0. 25%, Ni 0. 9% 1. 2%, Ti 0. 02% 0. 04%，稀土元素 Re殘g 0. 01% 0. 02%, AlslgO. 03 0. 05%, S^O. 03%, P^O. 03%,余量為狗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高強度鑄鋼，其特征在于，所述稀土元素Re是以稀土硅鐵合金的形式加入的，其中，Re為包含鈰、鑭和釔的混合物。
3.一種超高強度鑄鋼的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟步驟10 按權(quán)利要求1或2所述的超高強度鑄鋼的化學(xué)成分中除稀土元素和鋁元素外的各化學(xué)成分配比投料，進行熔煉和除渣處理；步驟20 鋼水出爐前在澆包底部加入終脫氧劑Al和混合稀土元素，攪拌均勻，然后鋼水出爐，在澆包內(nèi)再次靜置撈渣，最后澆注形成工件；步驟30 采用依次退火、正火和調(diào)質(zhì)的工藝過程對工件進行熱處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高強度鑄鋼的制備方法，其特征在于，所述步驟10包括 首先，用廢鋼和廢鐵進行配料后并進行熔煉，熔煉溫度為1550°C 1580°C ；接著，待廢鋼和廢鐵完全熔化后，再加入鉻鐵合金、鉬鐵合金和電解鎳板，并在出爐前7min lOmin，進行排渣處理；接著，再加入硅鐵合金和錳鐵合金，并在出爐前anin 3min，加入鈦鐵合金，而后出爐。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高強度鑄鋼的制備方法，其特征在于，所述步驟10中混合稀土元素為稀土硅鐵合金，其中，Re為包含鈰、鑭和釔的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高強度鑄鋼的制備方法，其特征在于，所述步驟20中出爐后的鋼水的溫度為1630°C 1660°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高強度鑄鋼的制備方法，其特征在于，所述步驟20中終脫氧劑Al的加入量占鋼水重量的0. 08 0. 12%，所述混合稀土元素的加入量占鋼水重量的0.15% 0. 2%ο
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高強度鑄鋼的制備方法，其特征在于，所述步驟20包括 首先，在澆包底部放入終脫氧劑Al和稀土硅鐵合金，攪拌均勻，然后鋼水出爐，所述稀土硅鐵合金塊狀尺寸要小于5mm，所述稀土硅鐵合金在加入前進行Ih 池的烘烤；接著，將出爐后的鋼水轉(zhuǎn)移至澆包內(nèi)，待鋼水在澆包中靜置1分鐘 3分鐘后撈渣，再在1570°C 1600°C進行澆注形成工件。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高強度鑄鋼的制備方法，其特征在于，所述步驟30包括 退火處理的過程是在890°C 910°C下保溫200min，當(dāng)爐內(nèi)溫度降到500°C時拉出自然冷卻；正火處理的過程是在890°C 910°C下保溫一段時間tl后在空氣中冷卻；調(diào)質(zhì)處理過程是在870°C 890°C下保溫一段時間tl后水淬；所述保溫的時間tl=akD，其中，α為保溫時間系數(shù)，在箱式爐或井式爐中加熱時取.1.2min/mm 1. 5min/mm ；k為工件裝爐系數(shù)，取1. 8 2. 0，D為工件的有效厚度；然后再在530°C 550°C下保溫一段時間t2后水淬，所述保溫時間t2= Bn+AnKnD,其中，Bn為附加時間，取IOmin 20min ；An為加熱系數(shù)，在井式爐中加熱時取1. O min/mm 1. 5 min/mm，在箱式爐中加熱時取2. Omin/mm 2. 5min/mm ；Kn裝爐修正系數(shù)，取1. O ·1.5。
10.一種如權(quán)利要求1或2所述的超高強度鑄鋼的焊接工藝，其特征在于，所述焊接工藝包含在熱處理爐中進行焊前預(yù)熱以及采用氣體保護焊和高強低氫焊絲進行焊接焊縫，其中，焊接時層間溫度控制在150°C 200 V，焊接電流230A ^OA,焊接電壓26V ^V，焊接速度；350 mm/min 450mm/min，手工線能量 15 KJ/cm 18KJ/cm。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的超高強度鑄鋼的焊接工藝，其特征在于，所述焊接焊縫的步驟后面還包括在熱處理爐中進行焊后處理的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的超高強度鑄鋼的焊接工藝，其特征在于，所述焊前預(yù)熱是在熱處理爐中于對01 ^KTC下，根據(jù)焊接件有效厚度的不同，保溫一段時間t3 ；所述焊接焊縫的焊接工藝參數(shù)為采用82%Ar+18%0)2富氬氣體保護焊，采用90公斤級的高強低氫焊絲焊接；焊接完全后，將焊接件放入熱處理爐中進行焊后熱處理，具體為在250°C 350°C之間進行焊后消氫處理，根據(jù)焊接件有效厚度的不同，保溫一段時間t4，且焊接件出爐后的溫度< 200°C。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的超高強度鑄鋼的焊接工藝，其特征在于，當(dāng)焊接件有效厚度彡20mm時，保溫時間t3為0. 5小時，保溫時間t4為2小時；當(dāng)20mm <焊接件有效厚度彡60mm時，保溫時間t3為1小時，保溫時間t4為3小時；當(dāng)60mm <焊接件有效厚度彡IOOmm時，保溫時間t3為2小時，保溫時間t4為4小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超高強度鑄鋼及其制備方法和焊接工藝。所述超高強度鑄鋼的化學(xué)成分重量百分比為C0.20%～0.25%，Si0.6%～0.9%，Mn0.3%～0.6%，Cr0.9%～1.2%，Mo0.15%～0.25%，Ni0.9%～1.2%，Ti0.02%～0.04%，Re殘留0.01%～0.02%，Al殘留0.03～0.05%，S≤0.03%，P≤0.03%，余量為Fe。本發(fā)明的超高強度鑄鋼提高了C、Si、Cr和Ni的含量，降低了Mn的含量，并添加了合金元素Ti和RE，而且比常規(guī)的工業(yè)化熱處理工藝多了一步正火處理，綜合機械性能有了顯著提高，而且焊接性能優(yōu)良，綜合成本不高，完全能夠滿足大采高液壓支架用鑄鋼材料的使用要求。
文檔編號C21D1/28GK102352467SQ20111022143
公開日2012年2月15日 申請日期2011年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者盧云杰, 孫玉福, 張俊峰, 賈祥才, 趙靖宇, 郭海周 申請人:鄭州四維機電設(shè)備制造有限公司