本發(fā)明屬于鋼材料領(lǐng)域，具體涉及一種低碳合金鋼及其制備方法。
背景技術(shù)：
：履帶式起重機是基建、風電、石油、化工等領(lǐng)域吊裝作業(yè)不可缺少的工程機械。履帶板是履帶式起重機行走機構(gòu)的重要組成部件，也是履帶式起重機的主要承載部件，其工作時不僅要承擔整機的重量，而且還要承擔起吊物的重量。履帶板工況惡劣，不僅要承受沖擊、擠壓、拉伸、彎曲等多種應(yīng)力作用，還要與砂石、泥土、支重輪、驅(qū)動輪等直接接觸，遭受嚴重的磨損。近年來，隨著風電行業(yè)的興起，履帶式起重機吊裝行走作業(yè)工況越來越多，履帶板磨損、斷裂現(xiàn)象更加嚴重，對履帶板的性能提出了更高的要求。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明第一方面提供一種低碳合金鋼的制備方法，包括以下步驟：(1)獲得原料鑄鋼；(2)對上一步的產(chǎn)品進行正火處理；(3)對上一步的產(chǎn)品進行第一回火處理；可選地，(4)對上一步的產(chǎn)品進行表面硬化處理；所述原料鑄鋼的化學組成包括：c：0.18wt％～0.24wt％(例如0.19wt％、0.20wt％、0.21wt％、0.22wt％或0.23wt％)；si：0.25wt％～0.55wt％(例如0.3wt％、0.35wt％、0.4wt％、0.45wt％、0.5wt％)；mn：0.60wt％～1.10wt％(例如0.65wt％、0.7wt％、0.75wt％、0.8wt％、0.85wt％、0.9wt％、0.95wt％、1.0wt％或1.05wt％)；cr：0.40wt％～0.80wt％(例如0.45wt％、0.5wt％、0.55wt％、0.6wt％、0.65wt％、0.7wt％、0.75wt％或0.80wt％)；ni：0.60wt％～1.0wt％(例如0.65wt％、0.7wt％、0.75wt％、0.80wt％、0.85wt％、0.90wt％或0.95wt％)；mo：0.30wt％～0.60wt％(例如0.35wt％、0.4wt％、0.45wt％、0.5wt％、或0.55wt％)；p≤0.020wt％(例如p≤0.015wt％、p≤0.010wt％)；s≤0.020wt％(例如s≤0.015wt％、s≤0.010wt％)；余量為fe和不可避免的雜質(zhì)；優(yōu)選地，所述原料鑄鋼的化學組成還包括re：0.03wt％～0.05wt％(例如0.035wt％、0.04wt％、0.045wt％)；優(yōu)選地，所述原料鑄鋼的化學組成還包括b：0.002wt％～0.005wt％(例如0.003wt％或0.004wt％)；優(yōu)選地，表面硬化處理后低碳合金鋼的表面硬度為40～45hrc。在一個實施方案中，表面硬化處理是指對低碳合金鋼的全部或部分表面進行表面硬化處理。在一個實施方案中，所述原料鑄鋼的化學組成包括以下一項或多項：c：0.2wt％～0.24wt％；si：0.3wt％～0.55wt％；mn：0.8wt％～1.10wt％；cr：0.60wt％～0.80wt％；ni：0.75wt％～1.0wt％；mo：0.55wt％～0.60wt％；re：0.04wt％～0.05wt％；b：0.003wt％～0.005wt％；p≤0.015％；s≤0.015％。在一個實施方案中，正火處理包括：將上一步的產(chǎn)品加熱至ac3以上30～80℃(例如40～50℃、50～60℃、60～70℃)，保溫，然后冷卻；優(yōu)選地，正火處理包括將上一步的產(chǎn)品加熱至860～940℃(例如860～870℃、870～880℃、880～890℃、890～900℃、900～910℃、910～920℃、920～930℃、930～940℃)；優(yōu)選地，所述冷卻是在氣體冷卻介質(zhì)中冷卻。在一個實施方案中，第一回火處理包括：將上一步的產(chǎn)品加熱至580～650℃(例如580～590℃、590～600℃、600～610℃、610～620℃、620～630℃、630～640℃、640～650℃)，保溫，然后冷卻；優(yōu)選地，所述冷卻是在液體冷卻介質(zhì)中。在一個實施方案中，本發(fā)明低碳合金鋼的制備方法的步驟(2)和(3)之間不包括淬火處理的步驟。在一個實施方案中，本發(fā)明低碳合金鋼的制備方法的步驟(2)和(3)之間還包括：對上一步的產(chǎn)品進行淬火處理；優(yōu)選地，淬火處理包括：將上一步的產(chǎn)品加熱至ac3以上30～50℃(例如40℃)，保溫，然后以大于臨界冷卻速度的冷速將鋼冷卻到ms以下；優(yōu)選地，淬火處理包括將上一步的產(chǎn)品加熱至850～930℃(例如850～860℃、860～870℃、870～880℃、880～890℃、890～900℃、900～910℃、910～920℃、920～930℃)；優(yōu)選地，所述冷卻是在液體冷卻介質(zhì)冷卻。在一個實施方案中，本發(fā)明的制備方法的步驟(4)中，所述表面硬化處理包括，對第一回火處理后的產(chǎn)品進行表面淬火的步驟；優(yōu)選地，表面淬火包括感應(yīng)淬火。在一個實施方案中，感應(yīng)淬火是使用交流電通過感應(yīng)器產(chǎn)生交變磁場，工件穿過并切割交變磁場，在工件內(nèi)部形成交變電流，由于集膚效應(yīng)，交變電流集中在工件表層，電流克服電阻將電能轉(zhuǎn)化為熱能，對表層加熱。感應(yīng)淬火的加熱時間短，瞬時完成加熱，對基體熱影響小。感應(yīng)器的形狀可以根據(jù)工件形狀進行仿形制作。在一個實施方案中，表面淬火包括：將第一回火處理后的產(chǎn)品加熱到890～960℃，加熱后立即冷卻(優(yōu)選在冷卻過程中向產(chǎn)品表面噴液體冷卻介質(zhì))。在一個實施方案中，本發(fā)明的制備方法的步驟(4)中，所述表面硬化處理還包括，對表面淬火后的產(chǎn)品進行第二回火處理的步驟。優(yōu)選地，第二回火處理包括將表面硬化處理的產(chǎn)品加熱到160～200℃，保溫，然后冷卻；優(yōu)選地，所述冷卻是在氣相冷卻介質(zhì)中冷卻。在一個實施方案中，所述低碳合金鋼含有回火索氏體組織。在一個實施方案中，所述低碳合金鋼含有粒狀貝氏體組織。本發(fā)明又一方面提供一種低碳合金鋼，由本發(fā)明的方法制備獲得。在一個實施方案中，本發(fā)明的低碳合金鋼具有以下一項或多項特征：-硬度250～305hbw(例如270～290hbw，再例如260hbw、270hbw、280hbw、290hbw、300hbw)；-屈服強度800～930mpa(例如820～850mpa，再例如810mpa、820mpa、830mpa、840mpa、850mpa、860mpa、870mpa、880mpa、890mpa、900mpa、910mpa、920mpa、930mpa)；-抗拉強度900～1000mpa(例如910～965mpa，再例如910mpa、920mpa、930mpa、940mpa、950mpa、960mpa、970mpa、980mpa、990mpa或1000mpa)；-斷后伸長率12～16％(例如13～16％，再例如13％、14％、15％或16％)；-斷面收縮率35～50％(例如35～50％，再例如48％、40％、42％、44％、46或48％)；-室溫沖擊功70～90j(例如75～90j，再例如75j、80j、85j或90j)；-沖擊功/-40℃45～55j(例如45～50j，再例如46j、48j、50j、52j、54j或55j)。本發(fā)明又一方面提供一種履帶板的制備方法，包括使用本發(fā)明的方法制備低碳合金鋼；優(yōu)選地，步驟(1)中，所述鑄鋼原料符合履帶板的形狀和/或尺寸要求；優(yōu)選地，步驟(4)中，對履帶板的驅(qū)動面和/或支重面進行表面硬化處理；優(yōu)選地，履帶板經(jīng)表面硬化處理后的表面的硬度為40～45hrc。本發(fā)明又一方面提供一種履帶板，由本發(fā)明的方法制備獲得。在一個實施方案中，履帶板為起重機履帶板或挖掘機履帶板。在一個實施方案中，低碳合金鋼硬化處理后表面的硬度為40～45hrc(例如41hrc、42hrc、43hrc、44hrc、45hrc)。在一個實施方案中，液體冷卻介質(zhì)包括水、水溶液、油、油溶液。所述水溶液或油溶液中可以含有有機添加劑或無機添加劑。在一個實施方案中，淬火處理步驟中，冷卻方式可以包括，保溫后，將產(chǎn)品先浸入水中，冷卻一定時間，然后再浸入油中冷卻。在一個實施方案中，第一回火處理步驟中，冷卻方式可以包括，保溫后，將產(chǎn)品在水或油中進行冷卻，以避免回火脆性發(fā)生。在一個實施方案中，感應(yīng)淬火處理步驟中，冷卻方式可以包括，保溫后，在產(chǎn)品表面噴淬火液進行冷卻。在一個實施方案中，液體冷卻介質(zhì)可以是pag淬火液，例如6～10％pag淬火液。pag淬火液可以是以特定的聚醚類非離子型高分子聚合物(pag)加上能獲得其他輔助性能的復合添加劑和適量的水配置而成的水基淬火液。在一個實施方案中，氣體冷卻介質(zhì)包括空氣、還原性氣體或惰性氣體。在一個實施方案中，將鋼在氣體冷卻介質(zhì)中冷卻包括空冷或風冷?？绽涫窃诳諝庵欣鋮s。風冷是在流動的氣體冷卻介質(zhì)中冷卻。在一個實施方案中，將鋼在氣體冷卻介質(zhì)中冷卻時，在鋼的表面噴灑液體冷卻介質(zhì)，例如噴灑水、水溶液、油或油溶液。在一個實施方案，正火處理包括：將鋼加熱至ac3以上(30～80)℃，保溫一段時間后，出爐在氣體冷卻介質(zhì)中冷卻(例如空冷或風冷)。正火處理能夠使鋼的合金成分均勻、晶粒細化。在一個實施方案中，淬火處理包括：將鋼加熱至ac3以上(30～50)℃，保溫一段時間后，出爐以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到ms以下。以獲得馬氏體組織。在一個實施方案中，臨界冷卻速度是指只發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的最小冷卻速度。在一個實施方案中，淬火處理后的鋼含有馬氏體組織。在一個實施方案中，第一回火處理包括：將正火處理(或淬火處理)后的鋼件加熱至580～650℃，保溫一段時間后，出爐在液體冷卻介質(zhì)(例如水、冷卻液等)中快速冷卻。在一個實施方案中，第一回火處理后的鋼具有較優(yōu)的綜合力學性能。在一個實施方案中，第二回火處理是低溫回火處理，優(yōu)選包括將表面硬化處理的產(chǎn)品加熱到160～200℃，保溫，然后冷卻。在一個實施方案中，稀土re包括選自nd、sm、pr、dy、la、ce、gd、tb、ho、er、eu、tm、yb、lu、y、sc、稀土混合物、或者它們的組合。在一個實施方案中，稀土re包括la、ce、y中的一種或多種。在一個實施方案中，稀土re是含la、ce和y的稀土混合物。在一個實施方案中，所述低碳合金鋼是鑄鋼；在一個實施方案中，所述低碳合金鋼是履帶板用低碳合金鋼。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明一個或多個實施例具有以下一項或多項有益效果：1)低碳合金鋼符合履帶板用鋼的力學性能指標；2)低碳合金鋼具的硬度符合履帶板性能要求，例如在250～350hbw之間，再例如在270～320hbw之間；3)低碳合金鋼具有較高的屈服強度；4)低碳合金鋼具有較高的抗拉強度；5)低碳合金鋼具有較高的斷后伸長率；6)低碳合金鋼具有較高的斷面收縮率；7)低碳合金鋼具有較高的沖擊功(室溫)；8)低碳合金鋼具有較高的沖擊功(-40℃)；9)低碳合金鋼表面硬化處理后的硬度適中，不會因淬硬層硬度高，破壞與支重輪、驅(qū)動輪的硬度匹配；10)低碳合金鋼的制備成本更低；11)低碳合金鋼的制備方法在正火和回火的步驟間不包括淬火的步驟，避免了履帶板在淬火急冷過程中產(chǎn)生開裂導致履帶板報廢的現(xiàn)象，提高了成品率；12)低碳合金鋼中c、p、cr、mn或mo含量低，淬裂傾向較?。?3)低碳合金鋼具有以下一項或多項優(yōu)點：較高的剛度、強度、塑性和低溫韌性，耐磨性也顯著提高，且淬裂傾向小。附圖說明此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中：圖1為實施例1的隨爐試棒的金相圖；圖2為實施例6的隨爐試棒的金相圖；圖3為實施例11的隨爐試棒的金相圖；圖4為實施例12的隨爐試棒的金相圖。具體實施方式現(xiàn)在將詳細提及本發(fā)明的具體實施方案。具體實施方案的例子圖示在附圖中。盡管結(jié)合這些具體的實施方案描述本發(fā)明，但應(yīng)認識到不打算限制本發(fā)明到這些具體實施方案。相反，這些實施方案意欲覆蓋可包括在由權(quán)利要求限定的發(fā)明精神和范圍內(nèi)的替代、改變或等價實施方案。在下面的描述中，闡述了大量具體細節(jié)以便提供對本發(fā)明的全面理解。本發(fā)明可在沒有部分或全部這些具體細節(jié)的情況下被實施。在其它情況下，為了不使本發(fā)明不必要地模糊，沒有詳細描述熟知的工藝操作。以下實施例中，稀土re是含鑭(la)、鈰(ce)和釔(y)的稀土混合物。實施例1鑄造：使用表1所示成分澆鑄履帶板及隨爐試棒。表1成分含量(wt％)元素csimnpscrnimoreb含量0.200.300.800.0150.0150.600.750.550.0430.003正火處理：將履帶板及隨爐試棒加熱至正火處理溫度880℃，保溫3h，出爐空冷。淬火處理：將正火后的履帶板及隨爐試棒加熱至淬火處理溫度870℃，保溫2.5h，采用8％pag淬火液進行冷卻。第一回火處理：將淬火后的履帶板及隨爐試棒加熱至第一回火處理溫度610℃，保溫3h，采用8％pag淬火液進行冷卻。圖1為實施例1的履帶板的金相圖。如圖所示，履帶板含有回火索氏體組織。實施例2參照實施例1的方法，調(diào)整了履帶板成分、正火處理溫度、淬火處理溫度、第一回火處理溫度，進行了多個實施例。表2成分含量及熱處理工藝實施例6鑄造：使用表3所示成分澆注履帶板及隨爐試棒。表3成分含量(wt％)正火處理：將履帶板及隨爐試棒加熱至880℃，保溫3h，出爐空冷。第一回火處理：將正火后的履帶板及隨爐試棒加熱至610℃，保溫3h，采用8％pag淬火液進行冷卻。圖2為實施例6的低碳合金鋼隨爐試棒的金相圖。如圖所示，該低碳合金鋼含有粒狀貝氏體組織。實施例7～10參照實施例6的方法，調(diào)整了履帶板成分、正火處理溫度、第一回火處理溫度，進行了多個實施例。表4性能測試：參照《gb/t231.1-2009金屬材料布氏硬度試驗第1部分：試驗方法》測試了隨爐試棒的布氏硬度；參照《gb/t228.1-2010金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》測試了隨爐試棒的屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率和斷面收縮率；參照《gb/t229-2007金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法》測試了隨爐試棒的沖擊功。實施例1～10的隨爐試棒尺寸參數(shù)如下：φ40mm×250mm。表5隨爐試棒力學性能測試結(jié)果實施例1～10采用低碳低合金鑄鋼作為履帶板鑄鋼材質(zhì)，低碳合金鋼材質(zhì)中c、p、cr、mn和/或mo含量較低，淬裂傾向較小。如表5所示，實施例1～5的低碳合金鋼的硬度為288～301hbw；屈服強度為882～922mpa；抗拉強度為950～996mpa；斷后伸長率為12.5～14％；斷面收縮率為35～45％；沖擊功(室溫)為72～89j；沖擊功(-40℃)為40～55j。該低碳合金鋼符合履帶板的性能要求。實施例6～10的低碳合金鋼的硬度為271～285hbw；屈服強度為811～845mpa；抗拉強度為910～961mpa；斷后伸長率為13.5～15％；斷面收縮率為37～50％；沖擊功(室溫)為77～85j；沖擊功(-40℃)為45～50j。該低碳合金鋼符合履帶板的性能要求。實施例1～10的低碳合金鋼的；硬度為271～301hbw；屈服強度為811～922mpa；抗拉強度為910～996mpa；斷后伸長率為12.5～15％；斷面收縮率為35～50％；沖擊功(室溫)為72～89j；沖擊功(-40℃)為40～55j。該低碳合金鋼符合履帶板的性能要求。綜上，實施例1～5采用正火+淬火+第一回火處理工藝，實施例6～10采用正火+第一回火處理工藝，均獲得較高的強度、塑性和良好的低溫韌性的低碳合金鋼，符合履帶板用鋼的力學性能要求。發(fā)明人出人意料地發(fā)現(xiàn)，相比于實施例1～5，實施例6～10雖然減少了淬火工序，但所得產(chǎn)品的力學性能卻與實施例1～5基本相同，產(chǎn)品強度略有降低，塑性有所提高。而且，實施例6～10所得產(chǎn)品的組織是粒狀貝氏體，不同于實施例1～5的回火索氏體。即，實施例6～10首次采用正火+第一回火熱處理工藝制備了新的履帶板用合金鋼，該新的合金鋼的組織不同于傳統(tǒng)履帶板用合金鋼的組織，該新的合金鋼性能符合履帶板用合金鋼的性能要求。此外，實施例6～10的方法減少了淬火工序，避免了履帶板在淬火急冷過程中產(chǎn)生開裂導致履帶板報廢的現(xiàn)象，提高了成品率。實施例11～12對實施例1和6獲得的履帶板及隨爐試棒產(chǎn)品進一步進行了表面感應(yīng)淬火和第二回火(低溫回火)處理，分別獲得實施例11和12的低碳合金鋼。具體地，感應(yīng)淬火處理：使用4.0khz的中頻感應(yīng)設(shè)備分別對履帶板支重面、驅(qū)動面及隨爐試棒進行感應(yīng)加熱，淬火溫度為890～960℃，噴水冷卻，淬硬層深度為3～5mm。第二回火(低溫回火)處理：將履帶板及隨爐試棒加熱至180℃，保溫2h，出爐空冷。圖3和圖4分別示出實施例11和12的履帶板表面淬硬層的組織。如圖3和4所示，上述組織都為第一回火馬氏體。實施例11和12的低碳合金鋼的表面至3～5mm深度處為第一回火馬氏體組織經(jīng)檢測，實施例11～12的隨爐試棒經(jīng)第二回火(低溫回火)后，表面淬硬層的硬度在40～45hrc之間。履帶板—支重輪、履帶板—驅(qū)動輪是兩對摩擦副，摩擦副間的硬度匹配好壞，影響著履帶板、驅(qū)動輪和支重輪的使用壽命。由上述實驗數(shù)據(jù)可知，實施例1和6的低碳合金鋼經(jīng)表面感應(yīng)淬火和第二回火(低溫回火)工藝后，硬度在40～45hrc之間，與支重輪、驅(qū)動輪之間可以實現(xiàn)良好的硬度匹配。相比之下，傳統(tǒng)的中碳合金鋼(例如zg28nicrmo、zg30nicrmo和zg34cr2ni2mo等)經(jīng)同等條件處理后，硬度在50～55hrc，硬度較高，容易破壞與支重輪、驅(qū)動輪間的硬度匹配。當前第1頁12