一種高韌性適焊微合金化鑄鋼及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高韌性適焊微合金化鑄鋼及其制備方法；屬于鑄鋼材料冶煉制備
技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于船舶、石油、電力等設(shè)備中的大型鑄件用高韌性適焊微合金 化鑄鋼材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)現(xiàn)有大型鑄鋼企業(yè)一般采用中頻爐、電弧爐對(duì)廢鋼、廢鐵進(jìn)行冶煉生產(chǎn)鑄鋼 材料。其中，中頻爐具有融化速率快、生產(chǎn)效率高，氧化燒損小、合金收得率高，爐溫便于調(diào) 控等特點(diǎn)，因而在大型鑄鋼企業(yè)有著較為廣泛的應(yīng)用。但是中頻爐煉鋼過(guò)程一般不能對(duì)鋼 水脫磷、脫硫，致使鋼水質(zhì)量較差，從而導(dǎo)致鑄鋼件力學(xué)性能和使用壽命較低。同時(shí)，大型鑄 鋼件常用的材料為合金鑄鋼材料，其冶煉過(guò)程中要加入較多的合金。由于合金中磷、硫元素 含量較高，合金的加入會(huì)導(dǎo)致鋼水中磷、硫元素的進(jìn)一步增加，從而使鋼水質(zhì)量惡化、鑄件 的力學(xué)性能變差、使用壽命更低。
[0003] 此外，大型鑄鋼件在生產(chǎn)過(guò)程中一般需要進(jìn)行焊補(bǔ)，其優(yōu)良的焊補(bǔ)性能可以在降 低制造加工難度的同時(shí)，提高鑄件質(zhì)量和性能。對(duì)于大型船用鑄鋼件和海上石油機(jī)械鑄鋼 件，良好的沖擊韌性也是其必須具備的性能之一。
[0004] 中國(guó)專利文獻(xiàn)CN1033845A提出了一種微合金鑄鋼材料及其制備方法，該微合金 鑄鋼以Nb、Ti為微合金元素，采用電弧爐或中頻爐熔煉。其具體成分為碳0. 06-0. 18%、錳 1. 4-1. 8%、鈮0. 02-0. 12%、鈦0. 01-0. 10%，磷硫含量各小于0. 035%，殘余鋁小于或等于 0. 06%。該微合金鑄鋼具有較好的綜合力學(xué)性能，但是該鑄鋼用中頻爐熔煉時(shí)所采用的原 材料、冶煉工藝方法及脫磷脫硫方法沒(méi)有具體說(shuō)明，且鑄鋼中S元素含量和碳當(dāng)量相對(duì)較 高。其中，S元素含量的上限接近0. 015%，碳當(dāng)量值接近或超過(guò)0. 4%，不利于鑄鋼材料焊 接性能的提高。除此之外，該專利所得產(chǎn)品的延伸率最高僅為28%。更為關(guān)鍵的是，微合金 鑄鋼的成分設(shè)計(jì)以及制備并沒(méi)有涉及如何提高其可焊性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明設(shè)計(jì)了 一種以Cr、Ni、Nb、V為微合金元素，具有較高 的韌性和良好的焊接性能的微合金化鑄鋼以及該合金的冶煉制備、熱處理方法。該鑄鋼可 用于石油、電力、船舶等工程領(lǐng)域中的大型鑄鋼件，也可應(yīng)用于其他工程領(lǐng)域。
[0006] 本發(fā)明一種高韌性適焊微合金化鑄鋼；以質(zhì)量百分比計(jì)包括下述組分：C 0? 10%~0? 25%、優(yōu)選為 0? 12%~0? 20%、進(jìn)一步優(yōu)選為 0? 14%~0? 16%;Si0? 30%~ 0? 70%、優(yōu)選為 0? 35%~0? 60%、進(jìn)一步優(yōu)選為 0? 40%~0? 50%;Mn0? 65%~L00%、 優(yōu)選為〇? 70 %~0? 90 %、進(jìn)一步優(yōu)選為0? 70 %~0? 80 %;Cr0? 01 %~0? 15 %、優(yōu)選為 0.01%~0.08%、進(jìn)一步優(yōu)選為 0.01%~0.06%;Ni0.01%~0.04%、優(yōu)選為 0.01%~ 0? 03%、進(jìn)一步優(yōu)選為 0? 01%~0? 02%;Nb0? 01%~0? 15%、優(yōu)選為 0? 01%~0? 09%、進(jìn) 一步優(yōu)選為 〇? 03%~0? 08%;V0? 005%~0? 015%、優(yōu)選為 0? 007%~0? 013%、進(jìn)一步優(yōu) 選為 0? 085%~0? 012% ;A1 0? 025%~0? 075%、優(yōu)選為 0? 030%~0? 060%、進(jìn)一步優(yōu)選 為 0? 035%~0? 050%;P彡 0? 02%，S彡 0? 005%，
[0007] 其余為Fe以及不可避免的微量雜質(zhì)元素。
[0008] 本發(fā)明一種高韌性適焊微合金化鑄鋼；所述鑄鋼中P的質(zhì)量百分含量?jī)?yōu)選為小于 0. 0185%。
[0009] 本發(fā)明一種高韌性適焊微合金化鑄鋼；所述鑄鋼中S的質(zhì)量百分含量?jī)?yōu)選為小于 等于 0. 0018%。
[0010] 本發(fā)明一種高韌性適焊微合金化鑄鋼的制備方法是：以廢鋼、廢鐵為原料，按設(shè)計(jì) 鑄鋼的組分配取廢鋼、合金元素補(bǔ)充源、Nb元素補(bǔ)充源；所述合金元素補(bǔ)充源為C、Si、Mn、 Cr、Ni、V、Al中的一種或多種元素與鐵形成的合金；所述Nb元素補(bǔ)充源為Nb-Fe合金；然 后先熔化廢鋼，在往廢鋼熔液中加入合金元素補(bǔ)充源；繼續(xù)熔煉至合金元素補(bǔ)充源完全熔 化后，再加入Nb元素補(bǔ)充源，攪拌均勻后，澆鑄，得到鑄件。
[0011] 本發(fā)明一種高韌性適焊微合金化鑄鋼的制備方法；包括下述步驟：
[0012] 步驟一
[0013] 以廢鋼、廢鐵為原料，按設(shè)計(jì)鑄鋼的組分配取廢鋼、合金元素補(bǔ)充源、Nb元素補(bǔ)充 源；所述合金元素補(bǔ)充源為c、Si、Mn、Cr、Ni、V、Al中的一種或多種元素與鐵形成的合金； 所述Nb元素補(bǔ)充源為Nb-Fe合金；
[0014]步驟二
[0015] 先將廢鋼加入中頻爐進(jìn)行熔融，待廢鋼熔化得到鋼液后，將爐溫控制在1540°C~ 1590°C，再往鋼液中加入部分合金元素補(bǔ)充源；待所加合金元素補(bǔ)充源完全熔化后，將爐溫 升至1580°C~1620°C，取樣檢測(cè)爐前鋼水化學(xué)成分；
[0016] 步驟三
[0017] 根據(jù)步驟二所檢測(cè)出的爐前鋼水化學(xué)成分，計(jì)算最終所需合金元素的量，并依據(jù) 計(jì)算結(jié)果調(diào)整剩余部分合金元素補(bǔ)充源的成分和用量；再將調(diào)整后的剩余部分合金元素補(bǔ) 充源，加入鋼水中，攪拌直至其完全熔化后，靜置、扒渣，得到待微合金化的鋼液；
[0018] 步驟四
[0019] 往步驟三所得待微合金化的鋼液中加入步驟一所配取的Nb元素補(bǔ)充源，攪拌至 Nb元素補(bǔ)充源完全溶化后，移至盛有純鋁和碳粉的鋼包中，并于1650°C~1680°C出鋼澆 鑄，得到鑄件。
[0020] 本發(fā)明，步驟四中Nb元素補(bǔ)充源加入后，與待微合金化的鋼液反應(yīng)，得到微合金 化的鋼液。
[0021] 為了實(shí)現(xiàn)快速生產(chǎn)，本發(fā)明冶煉前將鋼包、爐體、鑄型、廢鋼、廢鐵、以及合金烘烤 干燥以減少其中水汽的含量，并去除廢鋼表面的泥污和鐵銹。烘烤溫度為l〇〇°C~350°C， 烘烤時(shí)間為20min~30min。
[0022] 本發(fā)明一種高韌性適焊微合金化鑄鋼的制備方法；步驟二中所加入的部分合金元 素補(bǔ)充源的質(zhì)量，占步驟一所配取合金元素補(bǔ)充源總質(zhì)量的50%~70%。
[0023] 本發(fā)明一種高韌性適焊微合金化鑄鋼的制備方法；所述合金元素補(bǔ)充源包括錳鐵 和硅鐵。
[0024] 為了進(jìn)一步及提升最終產(chǎn)品的品質(zhì)，步驟二以及步驟三中添加合金元素補(bǔ)充源 時(shí)，按先加錳鐵、再加硅鐵、再加其它合金元素補(bǔ)充源的順序加入中頻爐中進(jìn)行冶煉。
[0025] 為了控制所得鑄件的質(zhì)量，本發(fā)明根據(jù)鑄鋼的化學(xué)成分要求及合金燒損率計(jì)算配 料。同時(shí)經(jīng)步驟三的細(xì)微調(diào)整，可進(jìn)一步保證所得鑄件的質(zhì)量。
[0026] 本發(fā)明一種高韌性適焊微合金化鑄鋼的制備方法；步驟四中所用純鋁的質(zhì)量為鋼 水總質(zhì)量的〇. 05%~0. 1%。
[0027] 本發(fā)明一種高韌性適焊微合金化鑄鋼的制備方法；步驟四中所用碳粉的質(zhì)量根據(jù) 爐前鋼水中碳含量計(jì)算。
[0028] 本發(fā)明一種高韌性適焊微合金化鑄鋼的制備方法；所制備的高韌性適焊微合金化 鑄鋼的碳當(dāng)量（CEV)值小于0. 35。
[0029] 本發(fā)明一種高韌性適焊微合金化鑄鋼的制備方法；所得鑄件經(jīng)正火處理和回火處 理后，得到非焊接成品。
[0030] 本發(fā)明一種高韌性適焊微合金化鑄鋼的制備方法；所述正火處理的條件為：
[0031] 在箱式電阻爐中以80°C/h~120°C/h的速度升溫至850°C~950°C，保溫 I. 5-2. 5h，然風(fēng)冷至室溫。所述風(fēng)冷的冷卻速度為5°C/s~15°C/s。
[0032] 本發(fā)明一種高韌性適焊微合金化鑄鋼的制備方法；所述回火熱處理的條件為：在 箱式電阻爐中以80°C/h~120°C/h的速度升溫至500°C~650°C，保溫2. 5-3. 5h，然后在 空氣中冷卻至室溫。
[0033] 本發(fā)明一種高韌性適焊微合金化鑄鋼的制備方法；正火處理和回火處理的時(shí)間間 隔依據(jù)鑄件的大小進(jìn)行選擇。最優(yōu)的間隔時(shí)間不超過(guò)6h。
[0034] 本發(fā)明一種高韌性適焊微合金化鑄鋼的制備方法；所述非焊接成品的伸長(zhǎng)率大 于等于32%、斷面收縮率大于等于40%、屈服強(qiáng)度大于等于325MPa、抗拉強(qiáng)度大于等于 490MPa、室溫時(shí)沖擊吸收功大于等于120J。
[0035] 本發(fā)明一種高韌性適焊微合金化鑄鋼的制備方法；所得鑄件經(jīng)焊接后，依次經(jīng) 淬火處理和回火處理（調(diào)質(zhì)處理）后，所得焊接成品的伸長(zhǎng)率大于等于30% (最優(yōu)可達(dá) 35% )、斷面收縮率大于等于60% (最優(yōu)可達(dá)68% )、屈服強(qiáng)度大于等于340M