专利名称：一种微合金可焊接铸钢齿座及其制备方法
技术领域：
本发明涉及金属材料领域，特别是铸钢领域，具体说是涉及一种微合金可焊接铸钢齿座及其制备方法。
背景技术：
齿座，又称齿根，是挖掘机挖斗的重要部件之一，既是结构件，又是耐磨件。工作时通过电焊方式焊接于挖斗前端的刃口板上，与可折卸式斗齿通过销连接构成挖掘总成。根据齿座的功能分析，齿座材料应具有下列性能(1)良好的焊接性能。齿座与刃口板的焊接多发生在工地，要求能适应变化的焊接工艺条件和环境温度，焊缝不能产生裂纹。
(2)高的冲击韧性。在挖掘总成中，齿座材料的可靠性要高于斗齿，斗齿的寿命一般为几十小时到几百小时，而齿座的寿命要求数月，因此齿座材料的冲击韧性要高于斗齿材料，一般要求Akv≥30J。
(3)一定的耐磨性。表面硬度要求大于35HRC。
(4)适宜的强度性能。一般要求σb≥800MPa.
现有的齿座材料有两种。一种是普通的35#铸钢，热处理工艺为正火加齿座头局部淬火，35#铸钢齿座的焊接性和耐磨性差，冲击韧性和抗拉强度也较低，服役过程中经常发生焊接裂纹和齿座头断裂现象，即使不发生断裂或裂纹，由于齿座头的表面硬度小于30HRC而过快磨损，这种齿座的寿命通常只有1～2个月，因此，35#铸钢不能满足齿座的材料要求，但35#铸钢齿座的制造成本低廉，售价便宜，还有一定的市场份额。另一种齿座材料是低碳中低铬钼合金铸钢，热处理工艺为900～950℃淬火，500～650℃回火，其化学成份为(w％)C≤0.28，Si0.3～0.9，Mn0.6～1.0，Cr0.9～1.2，Mo0.2～0.3，P，S≤0.03，还可以根据需要加(w％)Ni1.0，碳当量CE0.51～0.81，焊接性能略显不足，但与A3钢或同为低碳合金钢的刃口板焊接没有困难，其它性能均能较好的满足齿座材料的要求，不足之处是材料成本高，齿座售价高，降低了市场竞争力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种既能满足齿座材料的性能要求，且材料和制造成本低廉的可焊接铸钢齿座材料。
本发明所要解决的另一个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种制造上述可焊接铸钢齿座材料的方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为本发明微合金可焊接铸钢齿座，其特征在于它的化学成份为C0.15～0.25wt％，Si0.3～1.0wt％，Mn0.6～1.4wt％，Cr0.4～1.0wt％，B0.0005～0.007wt％，Al0.01～0.1wt％，Ce0～0.045wt％，La0～0.035wt％，Ti0～0.1wt％，P≤0.03wt％，S≤0.03wt％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
其中Ce、La的含量优选为Ce0.001～0.045wt％，La0.001～0.035wt％。
其中Ti的含量优选为Ti0.01～0.1wt％。
本发明微合金可焊接铸钢齿座的优选技术方案为其中C、Si、Mn、Cr、B、Ce、La、Ti的含量为C0.15～0.23wt％，Si0.3～0.6wt％，Mn0.9～1.2wt％，Cr0.4～0.7wt％，B0.002～0.004wt％、Ce0.005～0.02wt％，La0.005～0.02wt％、Ti0.015～0.35wt％。
本发明制备所述微合金可焊接铸钢齿座的方法，包括钢水熔炼及热处理步骤，其特征在于所述钢水熔炼步骤中，B，Ti，Ce，La分别以BFe合金、TiFe合金和ReSiFe合金的形式加入，加入方法为正常炼钢工艺完成后把钢水温度升至1600～1610℃后加入TiFe合金，熔清、扒渣，接着向定量浇包内倾出钢水，同时向浇包内投入BFe合金和ReSiFe合金；所述热处理步骤的工艺为淬火加回火，且淬火和回火工艺参数为(1)B＜0.004wt％时，淬火温度为900～950℃；B≥0.004wt％时，淬火温度为950～1020℃；(2)要求表面硬度≥35HRC时，选择200～230℃回火2～3小时；要求表面硬度＜35HRC时，选择450～500℃回火1～3小时。
钢水熔炼中，BFe合金用铁质容器包装，ReSiFe合金用塑封袋封装。
对应于优选的微合金可焊接铸钢齿座技术方案，所述热处理步骤中淬火和回火工艺参数为920～950℃保温2～3小时淬火，200～230℃回火2～3小时。
按本发明的技术方案获得的铸钢齿座材料的的表层及亚表层相组织为马氏体或马氏体的高、中、低温回火组织，心部组织为马氏体加少量铁素体或马氏体的高、中、低温回火组织加少量铁素体。
各元素的作用如下C是影响铸钢焊接性能最大的元素，C含量越高，焊接性能越差。本发明的C0.15～0.25wt％，属于低碳钢范围，优化后的C0.15～0.23wt％，保证了材料良好的焊接性能，同时低含碳量能够确保材料的冲击韧性。
Si、Mn、Cr是合金钢中常用的元素，本发明中添加这三种合金元素是弥补低碳含量带来的强度不足和淬透性不够的问题，使材料有足够的强度和硬度，含量控制在优化范围内可以减少对焊接性能的不利影响。
B属于微合金元素，大大细化马氏体的亚结构，极大地增加钢的淬透性，提高钢的冲击韧性和断裂韧性。
Ti也属于微合金元素，其主要作用是细化晶粒和固氮，在焊接组织，Ti的碳氮化物能有效地阻碍焊接热影响区的晶粒长大，提高热影响区的强度，防止焊接裂纹的产生。
Ce、La为稀土(RE)微合金元素，主要作用为细化铸态组织，净化晶界，改善碳化物和夹杂物的形态，还有细化马氏体晶的作用。有利于提高材料韧性。
Al是炼钢用铝丝脱氧的残留含量，保持适当的铝残量，可以防止钢水的二次氧化。
由于微合金元素含量很低，对材料的焊接性能的影响很小，因此本发明铸钢材料的焊接性能仍可以用碳当量来表征碳当量CE(％)＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Si+Ni)/15依此计算优化成份的碳当量CE(％)为0.40～0.63，小于业界标准0.68，确保了材料的焊接性能。
按本发明优化的成份和热处理工艺制备的标准试棒的力学性能如表1表1本发明铸钢的标准试棒的力学性能
表1的数据表明，本发明的材料完全能够满足齿座材料的性能要求。而且，其材料成本低，不到低碳中低铬钼合金铸钢价格的70％。
本发明的材料同35#铸钢及低碳中低铬钼合金铸钢的的区别是明显的，同本申请人的在先申请ZL200410067527.2“一种微合金马氏体耐磨铸钢”相比，微合金化的原理和作用基本相同，但由于基本合金元素C、Si、Mn、Cr的配方原理和含量不同，使得材料的性能不同，用途也不一样。在先申请ZL200410067527.2“一种微合金马氏体耐磨铸钢”的碳含量为C0.25～0.34wt％，热处理后材料具有高强度高硬度特点，其抗拉强度σb≥1600MPa，HRC48以上，不能焊接，适合于制造高强高耐磨性要求的斗齿等耐磨件，而本发明材料的碳含量仅为C0.15～0.25wt％，热处理后强度和硬度适中，而冲击韧性优于前者，焊接性能良好，适合于制造齿座或齿根。
具体实施例方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例以下各实施例中微合金可焊接铸钢齿座的制备，包括钢水熔炼及热处理步骤其中钢水熔炼步骤中，B，Ti，Ce，La分别以BFe合金、TiFe合金和ReSiFe合金的形式加入，加入方法为正常炼钢工艺完成后把钢水温度升至1600～1610℃后加入TiFe合金，熔清、扒渣，接着向定量浇包内倾出钢水，同时向浇包内投入BFe合金和ReSiFe合金；热处理步骤的工艺为淬火加回火，且淬火和回火工艺参数为(1)B＜0.004wt％时，淬火温度为900～950℃；B≥0.004wt％时，淬火温度为950～1020℃；(2)要求表面硬度≥35HRC时，选择200～230℃回火2～3小时；要求表面硬度＜35HRC时，选择450～500℃回火1～3小时。
钢水熔炼中，BFe合金用铁质容器包装，ReSiFe合金用塑封袋封装。
对应于优选的微合金可焊接铸钢齿座技术方案，热处理步骤中淬火和回火工艺参数为920～950℃保温2～3小时淬火，200～230℃回火2～3小时。
用本发明实施例的铸钢制造的齿座的性能如表1(见第5页)和表2(见第6页)，其中表1为本发明不同化学成份的实施例铸钢在同一型号齿座7120上的对比试验数据，表2为本发明优化成份的齿座的日常检测数据。
由表1和表2可见，用本发明实施例铸钢制造的齿座的力学性能完全能满足齿座材料的要求。并且经过工地试用，证明其完全能达到齿座材料的焊接性能和力学性能要求，使用寿命完全能达到低碳中低铬钼合金铸钢的水平。
表1本发明不同成份的7120齿座的检测数据
表2本发明优选成份的齿座日常检测项性能
权利要求
1.一种微合金可焊接铸钢齿座，其特征在于它的化学成份为C 0.15～0.25wt％，Si 0.3～1.0wt％，Mn 0.6～1.4wt％，Cr 0.4～1.0wt％，B 0.0005～0.007wt％，Al 0.01～0.1wt％，Ce 0～0.045wt％，La 0～0.035wt％，Ti 0～0.1wt％，P≤0.03wt％，S≤0.03wt％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的铸钢齿座，其特征在于其中Ce、La的含量为Ce0.001～0.045wt％，La 0.001～0.035wt％。
3.根据权利要求1或2所述的铸钢齿座，其特征在于其中Ti的含量为Ti 0.01～0.1wt％。
4.根据权利要求3所述的铸钢齿座，其特征在于其中C、Si、Mn、Cr、B、Ce、La、Ti的含量为C 0.15～0.23wt％，Si 0.3～0.6wt％，Mn 0.9～1.2wt％，Cr 0.4～0.7wt％，B 0.002～0.004wt％、Ce 0.005～0.02wt％，La 0.005～0.02wt％、Ti 0.015～0.35wt％。
5.一种制备如权利要求1所述的微合金可焊接铸钢齿座的方法，包括钢水熔炼及热处理步骤，其特征在于所述钢水熔炼步骤中，B，Ti，Ce，La分别以BFe合金、TiFe合金和ReSiFe合金的形式加入，加入方法为正常炼钢工艺完成后把钢水温度升至1600～1610℃后加入TiFe合金，熔清、扒渣，接着向定量浇包内倾出钢水，同时向浇包内投入BFe合金和ReSiFe合金；所述热处理步骤的工艺为淬火加回火，且淬火和回火工艺参数为(1)B＜0.004wt％时，淬火温度为900～950℃；B≥0.004wt％时，淬火温度为950～1020℃；(2)要求表面硬度≥35HRC时，选择200～230℃回火2～3小时；要求表面硬度＜35HRC时，选择450～500℃回火1～3小时。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述热处理步骤中淬火和回火工艺参数为920～950℃保温2～3小时淬火，200～230℃回火2～3小时。
全文摘要
本发明公开了一种微合金可焊接铸钢齿座，其特征在于它的化学成份为C 0.15～0.25wt％，Si 0.3～1.0wt％，Mn 0.6～1.4wt％，Cr 0.4～1.0wt％，B 0.0005～0.007wt％，Al 0.01～0.1wt％，Ce 0～0.045wt％，La 0～0.035wt％，Ti 0～0.1wt％，P≤0.03wt％，S≤0.03wt％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。其经淬火加回火处理后，强度和硬度适中，冲击韧性高，焊接性能良好，特别适合于制造挖掘机挖斗的齿座或齿根。
文档编号C22C33/00GK1876879SQ20061005216
公开日2006年12月13日 申请日期2006年6月28日 优先权日2006年6月28日
发明者胡开华 申请人:宁波浙东精密铸造有限公司