无碳化物贝氏体低温铸钢的制造方法 技术领域 本发明涉及低温用钢的制造方法， 更具体的说， 本发明涉及具有无碳化物贝氏体 的低温铸钢的制造方法。
背景技术 国内外对低温钢研究较多的是轧材， 对铸材研究得较少。 就轧材和铸材相比， 在同 样的化学成分和热处理的条件下， 铸材的性能低于轧材。 铸态钢的晶粒比较粗大， 并且其铸 态组织经常出现如缩孔、 缩松、 微裂纹等铸造缺陷， 这些因素都会使钢的机械性能降低。这 种现象不仅在常温下存在， 在低温条件下同样存在。应用于石油、 化工、 冶金等工业部门的 许多低温机械设备， 如泵、 阀、 管路和容器等具有特殊形状的部件， 只能通过铸造生产才能 制备。国内外所用的铸造低温钢， 普遍采用铬镍奥氏体不锈钢。该类钢种具有良好的低温 韧度， 但屈服强度低。以硬相马氏体强化韧而软的铁素体基体的贝氏体具有优异的综合性 能， 成为奥氏体低温铸钢的潜在替代钢种。 然而， 贝氏体钢中的碳化物和残余奥氏体在低温 工作条件下会大大降低低温钢的低温性能。
黄 岩，黑 祖 昆 在 第 29 卷 第 2 期 大 连 海 事 大 学 学 报 ( 文 章 编 号 ： 1006-7736(2003)02-0075-03) 上发表了名为 《无碳化物贝氏体钢低温韧性》 的论文， 其中公 开了一种没有残余奥氏体和碳化物、 强韧性综合指标较好的贝氏体组织。然而其制造方法 却作为技术秘密迄今未被公开。
发明内容
本发明旨在提供无碳化物和残余奥氏体的具有良好的综合低温机械性能的贝氏 体低温铸钢的制造方法。
本发明的技术方案如下 ：
发明人提供的无碳化物贝氏体低温铸钢的制造方法， 是将具有下述成分的材料， 采用中温淬火 + 高温回火的方式进行铸钢制造，
碳 0.03％～ 0.05％
硅 0.1％～ 0.5％
锰 0.4％～ 0.6％
硫 少于 0.03％
磷 少于 0.03％
镍 5.0％～ 6.0％
钼 0.1％～ 0.2％
铁 其余
以上所述百分比均为重量百分比 ；
其关键技术在于 ：
①所述的中温淬火温度是 850℃， 介质为水， 水温 25℃～ 65℃ ；②所述的高温回火温度为 700℃。 采用上述方法所得的低温铸钢在常温及低温冲击试验的数据见表 1， 表 1 常温及低温冲击韧度温度 /℃ 冲击韧度 /J 室温 10.60 -12 10.48 -25 10.15 -35 9.36 -50 7.35 -80 5.66由表 1 中的试验结果可以得出， 在低温工作条件下， 无碳化物贝氏体低温铸钢的 冲击韧度大于国际上通用的 charpyV 型缺口冲击试样的冲击韧度 2.07J 的指标。在 -80℃ 时， 无碳化物贝氏体低温铸钢的冲击韧度大于最低要求冲击韧度的 2 倍。用于低温机械的 钢材， 最重要的机械性能指标是冲击韧度。无碳化物贝氏体低温铸钢的冲击韧度适合应用 在 -80℃以上低温范围的用钢的韧性指标。
表 2 是采用上述方法所得的低温铸钢的拉伸试验数据，
表 2 拉伸性能
拉伸强度 бb/MPa 750
伸长率 δ/％ 17.4断面收缩率 ψ/％ 63.8由表 2 中的试验结果可知， 这种无碳化物贝氏体低温铸钢在常温下， 其强度指标 (бb) 达到了强度最高的铸造碳钢 ZG55 的指标 (бb ≥ 650MPa)， 而其塑性指标 (δ， ψ) 则 达到或接近塑性最好的铸造碳钢 ZG15 的指标 (δ5 ≥ 25％， ψ ≥ 40％ )。
铸件中， 虽然少量稳定残余奥氏体的存在有助于提高低温铸钢的冲击韧度， 可一 旦这部分残余奥氏体在低温工况条件下转化成马氏体， 在其附近就会产生微裂纹， 这些微 裂纹将会大大降低钢的冲击韧度。对采用上述方法所得的低温铸钢 X 射线衍射分析可以得 出， 无碳化物贝氏体低温铸钢中没有残余奥氏体存在。本发明无碳化物贝氏体低温铸钢的 热处理工艺采用 850℃中温淬火， 介质为水， 水温 25℃～ 65℃ ； 700℃高温回火， 并且在合金 设计时， 把碳的含量控制在 0.03％～ 0.05％范围， 得到了经过热处理后无残余奥氏体的理 想组织。从根本上确定了该钢种在低温下使用的可靠性。 附图说明 图 1 是本发明所述方法制得的无碳化物贝氏体低温铸钢的显微组织。
其中黑条块是马氏体， 白条块是铁素体， 这是典型的贝氏体组织， 没有发现碳化物 的存在。贝氏体是一种较特殊的显微组织。在热处理过程中无碳化物贝氏体低温铸钢过冷 至中温区域， 这个过程可以是以等温形式发生， 也可以采用连续冷却的方式。从无碳化物 贝氏体低温铸钢的显微组织可以看到， 无碳化物贝氏体低温钢的贝氏体是以扩散方式形成 的， 具有非共格界面。高温淬火温度保证了碳原子在扩散系数很大时， 从 α 相中脱溶， 通过 铁素体奥氏体的相界面向奥氏体扩散， 形成了由板条铁素体夹以由富碳奥氏体转变形成的 马氏体。奥氏体已全部转变成马氏体， 从根本上保证了显微组织在低温工作状态时是稳定
的。 具体实施方式
无碳化物贝氏体低温铸钢的制造方法， 是将具有下述成分的材料， 采用中温淬火 + 高温回火的方式进行铸钢制造，
碳 0.03％～ 0.05％
硅 0.1％～ 0.5％
锰 0.4％～ 0.6％
硫 少于 0.03％
磷 少于 0.03％
镍 5.0％～ 6.0％
钼 0.1％～ 0.2％
铁 其余
以上所述百分比均为重量百分比 ； 所述的中温淬火温度是 850℃， 介质为水， 水温 25℃～ 65℃ ； 所述的高温回火温度为 700℃。