铸造低合金钢的制造方法与工艺

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：铸造低合金钢的综合力学性能明显优于铸造碳钢，大多用于承受较重载荷、冲击和摩擦的零部件。锰在铸造低合金钢中的主要作用是提高淬透性，使正火组织中的珠光体数量增加，分散度变大；使淬火钢易获得马氏体组织，经高温回火后，获得良好的力学性能。低温用铸造低合金钢（低温钢）一般把在将－10℃下使用的钢都看作是低温钢。

铸造低合金钢是在铸造碳钢的基础上，适当提高Mn、Si含量，以发挥其合金化的作用，另外还可添加Cr、Mo等合金元素，其合金元素的总含量一般不超过5%（质量分数）。铸造低合金钢的综合力学性能明显优于铸造碳钢，大多用于承受较重载荷、冲击和摩擦的零部件。

铸造低合金钢的钢种和牌号繁多，其中主要可分为普通铸造低合金钢、超高强度铸造低合金钢、高温用铸造低合金钢、低温用铸造低合金钢及抗磨用铸造低合金钢等。

1.普通铸造低合金钢

（1）铸造低锰钢（2G25Mn、2G30Mn等）普通碳钢中含有0.5%～0.8%（质量分数）的Mn，其作用是脱氧及消除硫的有害作用。当钢中锰含量大于0.8%（质量分数）时就成为低锰钢。常用低锰钢的锰含量＞0.8%～1.5%（质量分数），因为在这个范围内锰可使钢的强度和硬度升高，而不降低塑性，锰含量大于1.5%（质量分数）以后就会损害钢的塑性。

锰在铸造低合金钢中的主要作用是提高淬透性，使正火组织中的珠光体数量增加，分散度变大；使淬火钢易获得马氏体组织，经高温回火后，获得良好的力学性能。

（2）铸造硅锰钢（2G20MnSi、2G30MnSi等）铸造硅锰钢是将锰钢中的硅含量提高至0.6%～1.0%（质量分数）而成的，以获得更好的性能，当硅含量小于1%（质量分数）时能使锰钢产生明显的强化作用，而塑性几乎不降，同时锰和硅的共同作用使钢的淬透性进一步提高。硅还提高了锰钢的耐磨性和耐蚀性。硅锰系铸钢主要缺点是易发生回火脆性，回火后应速冷。

（3）铸造铬钢（2G40Cr1）铸造铬钢的牌号主要是2G40Cr1。铬使该钢淬透性及耐回火性提高，它还能使钢在回火中碳化物的析出和聚集缓慢，因而这种铸钢是调质状态下使用的钢种，调质处理后具有较高的力学性能。铬钢的导热性差，并且在一次结晶中易得到粗大树枝晶，故增大铸钢件的热裂倾向，同时具有回火脆性。

（4）铬钼系铸钢（2G35Cr1Mo、2G42Cr1Mo等）铬钼系铸钢是以铬为主要元素，加少量钼，可减弱铬钢的回火脆性，进一步提高其淬透性及耐回火性，并能提高钢的高温强度，改善钢的抗蠕变性能。经调质或正火和回火热处理后，可以获得优良的力学性能。

在铬钼钢中加入少量钒，能显著细化晶粒，使钢的强度、韧性都得到提高。但由于钒在钢中所形成的碳化物难溶于奥氏体，故降低了钢的淬透性。

2.铸造低合金高强度钢（2G34CrNiMo、2G30CrMnMo等）

这类钢的屈服强度达600MPa以上，钢中的碳含量较高，并加入合金元素（如Mn、Si、Cr、Ni、Mo等）以保证钢的淬透性，消除回火脆性，再通过调质处理以获得综合性能良好的高强钢。

（1）高温用铸造低合金钢（2G15Cr2Mo1、2G15Cr1Mo1V等）这类钢具有较强的抗高温软化能力，广泛用于制作在600℃以下工作的阀类铸钢件和汽轮机铸钢件。其主要合金元素为Mn、W、V和Mo，这些元素能提高铸钢的蠕变抗力及应力断裂抗力。其中锰的作用最差，钼的作用最强。而铬的加入是为了提高钢的抗氧化能力，并提高钢中碳化物的稳定性，防止它们在长期工作中发生石墨化，损害钢的性能。

大多数高温用铸造低合金钢中Mo的质量分数为0.5%～1.0%，Cr的质量分数为3%以下。这些钢中的碳含量一般控制在0.20%（质量分数）以下，因为低碳可以获得较高的塑性及焊接性能，若碳含量过高，既损害了上述两方面的性能，又不能提高钢的蠕变强度，因而是不利的。如果在Cr-Mo钢中，再加入0.5%～0.25%（质量分数）的V，就是铬钼钒铸钢，钒提高晶粒开始急剧粗化的温度，可进一步提高钢的耐热性能，因此铬钼钒铸钢具有较高的持久强度和热强性能。

（2）低温用铸造低合金钢（低温钢）一般把在将－10℃下使用的钢都看作是低温钢。

1）低温钢按照其成分、材料厚度和最低使用温度的不同，大体上可分为调质和非调质的两种。

①非调质低温钢母材的组织是铁素体-珠光体，镍含量则限定在3.5%（质量分数）以下，它只限于铝脱氧钢。因此它能在≥－45℃的温度下使用。

②调质低温钢则是指铝脱氧钢、低温高强钢、3.5%（质量分数）Ni钢、5%（质量分数）Ni钢和9%（质量分数）Ni钢等。施加淬火＋回火处理，可改善非调质型铝脱氧钢的强度与低温韧性，这是由于显微组织中出现了铁素体与贝氏体两相组织。这样就可使它在－60℃的温度下使用。

在低温下使用的钢，往往出现脆性，这种低温脆性是由于零件的工作温度低于钢的韧-脆性转变温度，而处于脆性状态的缘故。要改善钢的低温性能，就必须设法降低钢的韧-脆性转变温度。

2）低温钢的主要特点如下：

①碳含量低，主要是为了防止在晶界上形成碳化物膜、减少碳的偏析及限制珠光体数量（因为珠光体会提高钢的低温脆性），低温钢的碳含量一般都小于0.20%（质量分数）。

②S和P要求低，S和P在钢中可形成晶界夹杂物，加大钢的脆性。

③加Ni或Mn、V、Nb等元素来细化晶粒。

④采用调质热处理细化晶粒，使其获得较好的低温性能。