一种G10MnMoV6-3材质铸钢件的生产工艺 |
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| 申请号 | CN202410071535.1 | 申请日 | 2024-01-18 | 公开(公告)号 | CN117966003A | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 四川省金镭重工有限公司; | 发明人 | 程亚军; 范俣林彤; 李琦; 官礼仁; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种G10MnMoV6‑3材质铸 钢 件的生产工艺，首先将原材料加入中频电炉内进行 熔化 ；待 炉料 熔化70％以上后，加入 铝 丝和 硅 钙 丝进行初脱 氧 ，并加造渣剂造渣；炉料完全熔化后，进行成分分析调整成分，待钢液 温度 达到1600℃以上后，取样检测氧活性，到达标准后出钢，将钢液转入钢包内，钢包转入 真空 精炼炉进行VD精炼处理；后进行浇注作业，当铸件≤350℃后，进行落砂并切割冒口和补贴，然后进行性能 热处理 ，具体热处理工艺为淬火加高温回火；通过对G10MnMoV6‑3钢化学成分、熔炼工艺以及热处理工艺进行综合控制，以提高铸件各厚度范围的强度和冲击韧性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种G10MnMoV6‑3材质铸钢件的生产工艺，用于生产厚大壁厚铸钢件，最大壁厚＞ |
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| 说明书全文 | 一种G10MnMoV6‑3材质铸钢件的生产工艺技术领域背景技术[0002] G10MnMoV6‑3材质是一种耐冲击、高屈服强度且户外焊接性良好的低合金钢。广泛应用于工程结构，如大型体育场钢结构节点，机场航站楼、旅检大楼钢结构节点及海洋石油工程等领域。实际生产时，由于该材料淬透性较差，当铸钢件轮廓尺寸较大，铸件不同位置的壁厚厚薄差异较大，尤其是最大壁厚超过150mm时，如果化学成分控制、熔炼工艺及淬火温度和回火温度选择不当，极易造成铸件心部及与铸件最大壁厚相同厚度的附铸试块心部强度及冲击韧性不合格。 [0003] 现有工艺制备方法是：控制元素化学成分质量百分数为：C：≤0.12％、Si:≤0.60％、Mn:1.20～1.80％、P：≤0.020％、S≤0.015％、Mo:0.20～0.40％、V：0.05～0.10％，其余为Fe。熔炼完成后，热处理状态为960℃淬火+660℃回火。 [0004] 下表1为现用工艺生产的G10MnMoV6‑3材质铸钢件的机械性能检测结果。 [0005] [0006] 产品浇注时要求附铸与铸件最大厚度相同厚度的试块，淬火+回火热处理后，按照铸件的实际壁厚，按照壁厚(用“t”代替)t≤50mm，50＜t≤100mm，100＜t≤150mm，150＜t≤250mm共4种范围对试块的不同厚度取样检测性能，进行机械性能检测用的试样厚度要与铸件的厚度最厚处一致且厚度不能＜150mm。 发明内容[0007] 本申请为了解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种G10MnMoV6‑3材质铸钢件的生产工艺，通过对G10MnMoV6‑3钢化学成分、熔炼工艺以及热处理工艺进行综合控制，以提高铸件各厚度范围的强度和冲击韧性。 [0008] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种G10MnMoV6‑3材质铸钢件的生产工艺，用于生产厚大壁厚铸钢件，最大壁厚＞150mm，包括： [0009] 步骤一、化学成分设计： [0010] 将G10MnMoV6‑3材质铸钢件的化学成分设计为C：0.08～0.12％、Si:0.30～0.50％、Mn:1.25～1.45％、P：≤0.015％、S≤0.015％、Mo:0.25～0.35％、V：0.07～0.10％，其余为Fe； [0011] 步骤二、熔炼工艺： [0012] S1、选择低碳、低磷和低硫含量的废钢作为原材，将原材料加入中频电炉内进行熔化；待中频电炉内的炉料熔化70％以上后，向钢液内加入铝丝和硅钙丝进行初脱氧，并加造渣剂造渣；待中频电炉内炉料完全熔化后，取样进行成分分析，根据分析结果调整成分至目标要求范围； [0013] S2、待钢液温度达到1600℃以上后，取样检测氧活性，如果氧活性≥30ppm，则加入铝丝和硅钙丝继续脱氧，待氧活性＜30ppm后，继续升温至≥1630℃并准备出钢；出钢前，在钢包底部预先加入预先烘烤好的石灰和精炼剂，出钢过程全程通氩气，进行渣洗和软吹，对钢液进行精炼，脱硫和脱氧，并加快气体和夹渣物上浮； [0014] S3、将钢包转入真空精炼炉进行VD精炼处理；精炼处理完成后进行浇注作业，将精炼处理后的钢液浇铸至模具中得到铸件，当铸件≤350℃后，进行落砂并切割冒口和补贴； [0015] 步骤三、热处理工艺：采用淬火加高温回火方式进行热处理。 [0016] 进一步地，所述步骤S1中向中频电炉中加原料时，先加小块料铺到炉底，确保装料紧实，大块废钢和返回料装到上部，随着炉中、下部炉料熔化，并陆续添加废钢和返回料。 [0017] 进一步地，所述步骤S1中，铝丝和硅钙丝的加入量为：每吨钢液中加入0.5～1kg铝丝和硅钙丝。 [0018] 进一步地，所述步骤S2中，按照每吨钢液加入0.5～1kg铝丝和硅钙丝继续脱氧。 [0019] 进一步地，所述步骤S2中，出钢前，盛装钢液的钢包应提前进行烘烤，使钢包内壁温度在1000℃以上。 [0021] 进一步地，所述步骤S3中，对钢液进行VD精炼处理时，需全程通氩气，将炉内真空度抽至70pa以下，并保压10min以上；抽真空后，测温并取包样检测化学成分，如果温度较高则可以继续软吹氩气，镇静处理，确保钢水中的气体和夹渣物上浮。 [0022] 进一步地，所述步骤三中，铸件热处理工艺淬火加高温回火的具体工艺为：先将铸件加热至630‑670℃，保温2h；再加热至930‑960℃，保温不少于8h；然后进行淬火，淬火介质为类盐水溶性淬火液，浓度为4.0％，淬火液使用温度控制到50℃以下，淬火过程采用泵循环或者机械搅拌，待铸件表面温度低于100℃后出水进行高温回火，铸件升温至650‑675℃，保温不少于8h，然后缓慢冷却至300℃以下后，出炉空冷至室温。 [0023] 进一步地，热处理中铸件的每次升温的速度按照1‑1.5℃/min的速度进行升温，高温回火的冷却速度按照1‑1.5℃/min的速度缓慢冷却。 [0024] 进一步地，淬火保温温度选择为AC3+30～50℃，避免较高保温温度导致晶粒粗大，降低材料韧性。 [0025] 本发明突出的技术效果为： [0026] 1.本申请首先控制铸件元素含量，C含量按照0.08‑0.12％的上限进行控制；其次，提高Mn含量，但是为了避免Mn含量过高后出现回火脆性问题，按照1.25‑1.45％进行控制；按照0.25‑0.35％控制Mo含量，防止材料的回火脆性问题，同时通过添加0.07‑0.10％的V元素，进一步细化晶粒，整体提高材料的强度和韧性。 [0027] 2.在热处理工艺过程中，即按照1‑1.5℃/min的速度进行升温，铸件温度达630‑670℃时保温2h，确保铸件各部位温度均匀，然后以1‑1.5℃/min的速度继续升温至930‑960℃，保温不少于8小时，然后进行淬火，淬火介质为类盐水溶性淬火液，浓度为4.0％，淬火液使用温度控制到50℃以下，淬火过程采用泵循环或者机械搅拌，可以降低低温阶段的冷却速度，降低铸件开裂的风险。为保证铸件的塑韧性，淬火保温温度选择为AC3+30～50℃，避免较高保温温度导致晶粒粗大，降低材料韧性。 附图说明 [0028] 图1为采用该工艺生产的G10MnMoV6‑3材质铸钢件的金相组织。 具体实施方式[0029] 下面结合实施例对本发明作详细说明。 [0030] 本发明的目的在于提供一种G10MnMoV6‑3材质铸钢件的生产工艺，通过对G10MnMoV6‑3钢化学成分、熔炼工艺以及热处理工艺进行综合控制，以提高铸件各厚度范围的强度和冲击韧性。 [0031] 熔炼工艺：采用中频电炉－渣洗精炼‑VD真空精炼冶炼工艺。冶炼合格的钢液进行浇注，然后缓冷至350℃以下后落砂并切割冒口，然后进行性能热处理。 [0032] 具体熔炼工艺如下：中频电炉冶炼时，选择低碳、低磷和低硫含量的废钢材料作为原料，先加小块料铺到中频电炉炉底，确保装料紧实，大块废钢和返回料装到上部，随着炉中、下部炉料熔化，并陆续添加废钢和返回料，炉料熔化70％以上后，按照0.5～1kg/t钢液加入铝丝和硅钙丝进行初脱氧，并加造渣剂造渣。炉料完全熔化后取样进行成分分析，根据分析结果调整成分。为了提高淬透性，首先，C含量按照0.08％‑0.12％的上限进行控制；其次，提高Mn含量，但是为了避免Mn含量过高后出现回火脆性问题，按照1.25％‑1.45％进行控制；按照0.25％‑0.35％控制Mo含量，防止材料的回火脆性问题，同时通过添加0.07％‑0.10％的V元素，进一步细化晶粒，整体提高材料的强度和韧性。按照以上方案，确定内部成分设计标准为：C：0.08％～0.12％、Si:0.30％～0.50％、Mn:1.25％～1.45％、P：≤ 0.015％、S≤0.015％、Mo:0.25％～0.35％、V：0.07％～0.10％。 [0033] 待中频电炉内钢液温度达到1600℃以上后，取样检测氧活性，如果氧活性≥30ppm，则按照每吨钢液加入0.5～1kg铝丝和硅钙丝继续脱氧，当氧活性＜30ppm后，继续升温待出钢，出钢温度≥1630℃。同时，钢包提前进行烘烤，钢包内壁温度在1000℃以上。出钢前，在钢包底部预先按照每吨钢水加入6kg预先烘烤好的石灰和精炼剂，出钢过程全程通氩气，进行渣洗和软吹，对钢液进行精炼，脱硫和脱氧，并加快气体和夹渣物上浮。然后，再将钢水转入真空精炼炉进行VD精炼处理，VD精炼时，全程通氩气，将炉内真空度抽至70pa以下，并保压10min以上。破真空后，测温并取包样检测化学成分，如果温度较高则可以继续软吹氩气，镇静处理，确保钢水中的气体好夹渣物上浮。化学成分和温度达到设计值后进行浇注作业。 [0034] 待铸件≤350℃后，进行落砂并切割冒口和补贴，然后进行性能热处理。具体热处理工艺淬火加高温回火：按照1‑1.5℃/min的速度进行升温，铸件温度达630‑670℃时保温2h，确保铸件各部位温度均匀，然后以1‑1.5℃/min的速度继续升温至930‑960℃，保温不少于8小时，然后进行淬火，淬火介质为类盐水溶性淬火液，浓度为4.0％，淬火液使用温度控制到50℃以下，淬火过程采用泵循环或者机械搅拌，可以降低低温阶段的冷却速度，降低铸件开裂的风险。为保证铸件的塑韧性，淬火保温温度选择为AC3+30～50℃，避免较高保温温度导致晶粒粗大，降低材料韧性。铸件表面温度低于100℃后出水，然后进行高温回火，按照 1‑1.5℃/min的速度升温至650‑675℃，保温不少于8小时，然后以1‑1.5℃/min的速度缓慢冷却至300℃以下后出炉空冷至室温。 [0035] 为了进一步理解本发明，下面结合具体的实施例对本发明提供的G10MnMoV6‑3材质铸钢件的生产工艺进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。 [0036] 实施例 [0037] 一种G10MnMoV6‑3材质铸钢件的生产工艺，用于生产厚大壁厚铸钢件，最大壁厚＞150mm，包括： [0038] 步骤一、化学成分设计： [0039] 将G10MnMoV6‑3材质铸钢件的化学成分设计为C：0.08～0.12％、Si:0.30～0.50％、Mn:1.25～1.45％、P：≤0.015％、S≤0.015％、Mo:0.25～0.35％、V：0.07～0.10％，其余为Fe； [0040] 步骤二、熔炼工艺： [0041] S1、选择低碳、低磷和低硫含量的废钢作为原材，将原材料加入中频电炉内进行熔化；待中频电炉内的炉料熔化70％以上后，向钢液内加入铝丝和硅钙丝进行初脱氧，并加造渣剂造渣；待中频电炉内炉料完全熔化后，取样进行成分分析，根据分析结果调整成分至目标要求范围； [0042] S2、待钢液温度达到1600℃以上后，取样检测氧活性，如果氧活性≥30ppm，则加入铝丝和硅钙丝继续脱氧，待氧活性＜30ppm后，继续升温至≥1630℃并准备出钢；出钢前，在钢包底部预先加入预先烘烤好的石灰和精炼剂，出钢过程全程通氩气，进行渣洗和软吹，对钢液进行精炼，脱硫和脱氧，并加快气体和夹渣物上浮； [0043] S3、将钢包转入真空精炼炉进行VD精炼处理；精炼处理完成后进行浇注作业，将精炼处理后的钢液浇铸至模具中得到铸件，当铸件≤350℃后，进行落砂并切割冒口和补贴。 [0044] 表2为各实施例、对比例成分设计后经过熔炼工艺得到元素成分表。 [0045] 步骤三、热处理工艺：采用淬火加高温回火方式进行热处理，具体为： [0046] 即按照1‑1.5℃/min的速度进行升温，铸件温度达630‑670℃时保温2h，确保铸件各部位温度均匀，然后以1‑1.5℃/min的速度继续升温至930‑960℃，保温不少于8小时，然后进行淬火，淬火保温温度选择为AC3+30～50℃； [0047] 铸件表面温度低于100℃后出水，然后进行高温回火，按照1‑1.5℃/min的速度升温至650‑675℃，保温不少于8小时，然后以1‑1.5℃/min的速度缓慢冷却至300℃以下后出炉空冷至室温；表3为各实施例热处理工艺参数控制表。 [0048] 出炉空冷至室温后，从试样表面至少1/3以下位置取样检测机械性能。 [0049] 采用上述实施例和对比例生产的G10MnMoV6‑3材质铸钢件，从试样表面至少1/3以下位置取样检测机械性能，经检测，机械性能如表4和表5所示，表4是取样位置距离表面50—75mm的样品，表5是取样位置距离表面75—100mm的样品。 [0050] 表2各实施例、对比例成分设计后经过熔炼工艺得到元素成分表 [0051] [0052] [0053] 表3各实施例热处理工艺参数控制表 [0054] [0055] 表4机械性能检测结果(取样位置距离表面50—75mm) [0056] [0057] 表5机械性能检测结果(取样位置距离表面75—100mm) [0058] [0059] 相比背景技术中表1现用工艺生产的G10MnMoV6‑3材质铸钢件的机械性能的检测结果，实施例1的G10MnMoV6‑3材质铸件的拉升强度和塑韧性更优异。且经检测，试块中心部位的显微组织为回火贝氏体加少量铁素体，具体见附图1所示。 [0060] 通过上述实施例和对比例可以看到，为了提高淬透性，在上述实施例1‑3中，首先，C含量按照0.08‑0.12％的上限进行控制；其次，提高Mn含量，但是为了避免Mn含量过高后出现回火脆性问题，按照1.25‑1.45％进行控制；按照0.25‑0.35％控制Mo含量，防止材料的回火脆性问题，同时通过添加0.07‑0.10％的V元素，进一步细化晶粒，整体提高材料的强度和韧性。 [0061] 通过上述实施例和对比例可以看到，为保证铸件的塑韧性，淬火保温温度选择为AC3+30～50℃，避免较高保温温度导致晶粒粗大，降低材料韧性。 [0062] 通过实施例1和对比例1可以看到，对比例1热处理工艺与实施例1相同，但元素成分中，C含量相比实施例1要低，Mn含量相比实施例1要高，Mo含量相比实施例1高、V含量相比实施例1低，最终得到的G10MnMoV6‑3材质铸钢件样品机械性能分析中，各项机械性能指标都比实施例1得到的铸钢件差。 [0063] 通过实施例1和对比例2可以看到，对比例2热处理工艺与实施例1相同，但元素成分中，C含量相比实施例1要低，Mn含量相比实施例1要低，Mo含量相比实施例1低、V含量相比实施例1低，最终得到的G10MnMoV6‑3材质铸钢件样品机械性能分析中，各项机械性能指标都比实施例1得到的铸钢件差。 [0064] 通过实施例1和对比例1、对比例2可以推测，为了提高铸件各厚度范围的强度和击韧性，本申请实施例通过成分设计，首先通过成分设计实现了上述目的，为了提高淬透性，将C含量按照0.08‑0.12％的上限进行控制；其次，提高Mn含量，但是为了避免Mn含量过高后出现回火脆性问题，按照1.25‑1.45％进行控制；按照0.25‑0.35％控制Mo含量，防止材料的回火脆性问题，同时通过添加0.07‑0.10％的V元素，进一步细化晶粒，整体提高材料的强度和韧性。 [0065] 对比例3～对比例8分别为C偏低、Mn含量偏高、Mn含量偏低、Mo含量高、Mo偏低、V含量偏低。当任一元素的成分偏离本申请设计范围后，都对材料性能产生了较大的不利影响。 [0066] 通过实施例1和对比例9对比，对比例9淬火前，铸件温度第一次保温温度偏低，导致得到的产品机械性能较差。通过实施例1和对比例10对比，对比例10回火时，保温温度偏高，导致得到的产品机械性能较差。 [0067] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。 |
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