集装箱角件力学性能控制
化学成分对集装箱角铸钢件力学性能有决定性的影响[ 2 ],化学成分应该保证含碳量在0.12%~0.14%之间,含硅量在0.15%~0.40%之间,含磷量≤0.02%,含硫量≤0.02%,含锰量1.1%~1.3%之间。使用碱性电弧炉氧化法熔炼,降低钢液的硫、磷含量,减少钢液中的夹杂物,保证铸件具有良好的力学性能,特别是具有良好的低温冲击韧性。此外采用合理的热处理工艺也是保证角件力学性能的关键。 1
.2.1 化学成分的影响
①含碳量
集装箱角件材料类似于ZG16Mn 钢，是一种低碳低合金高强度结构钢。室温下正常的组织形态为先共析铁素体+珠光体组织,这两种组织在铸件中所占比例的不同决定了铸件的力学性能。珠光体含量的增加,有利于提高铸件的屈服强度和硬度,同时降低铸件的塑性和韧性。因此通过降低材料的含碳量从而降低组织中珠光体的含量对提高铸件的韧性和塑性有利。此外,铸钢的冲击韧性对组织非常敏感,当渗碳体的质量分数增加时,脆性的渗碳体增多,材料的冲击韧性下降,组织中少量的渗碳体增加会导致冲击韧性显著降低。因此对集装箱角件来说,在满足强度的情况下,降低材料的含碳量可以提高铸件的冲击韧性。由表1.1可知GL、LR标准中的含碳量比BV、CCS标准低,其铸件的-20℃“V”型缺口冲击功增加。因此集装箱角铸件的碳含量控制在0.12%~0.14%比较好。
②含硅量
硅对铁素体起到固溶强化的作用,它溶解在铁素体基体中,提高了铁素体的强度和硬度,但是降低了塑性和韧性,尤其是提高了铸钢的韧脆性转变温度,降低了铸钢的低温冲击韧性,因此必须控制铸钢中的含硅量,集装箱角铸件的硅含量控制在0.15%~0.40%。
③含锰量
锰可以稳定奥氏体,降低钢的共析转变温度,使铸钢组织中的珠光体分散度增大,改善了铸钢的力学性能。锰在钢中形成的多元碳化物可以细化铁素体的晶体颗粒,在相同条件下,颗粒度小的铸件的力学性能要好于颗粒度大的铸件。锰还可以使铁素体韧化,改善钢的低温冲击韧性。锰可以和铸钢中的硫反应,生成呈弥散状分布的MnS组织,消除了硫对铸钢的有害作用。锰系铸造低合金钢中含有适量的硅,可以使锰钢具有比较好的耐海水腐蚀的能力。锰含量控制在1.1%~1.3%。
④硫、磷含量
通常情况下，P对钢的低温冲击韧性影响最大，但有人研究在C、Si、Mn、P、S五大元素中,硫对铸钢低温冲击韧性的影响最大。如奥地利MFL公司生产的集装箱角铸件的低温冲击韧度是韩国DONGIL公司生产的集装箱角铸件的低温冲击韧度的3~4倍,与其含硫量很低有重要的关系,MFL公司铸件中的含硫量(平均0.006%)是DONGIL公司(平均0.012%)的1/2。S％≤0.02%,P％≤0.02%。 1.2.2 熔炼工艺的影响
碱性电弧炉氧化法炼钢,由于在冶炼过程中造成碱性炉渣,能够有效地去除钢液中的磷和硫,同时,在炼钢的氧化期中通过碳的氧化造成钢液沸腾,能有效地清除钢液中的气体和杂质。因此,用碱性电弧炉氧化法炼钢,炉料的化学成分范围比较广泛,炉料的适应性好,而且熔炼的钢液比较纯净,铸件的力学性能比较好。目前,多数的集装箱角铸件用铸钢使用碱性电弧炉氧化法熔炼。酸性感应电炉不氧化法炼钢,由于炉渣的温度较低,化学反应能力较弱,在炼钢过程中一般不进行脱磷、脱硫。因此,使用酸性感应电炉不氧化法炼钢对炉料化学成分要求很高,对炉料的含硫量、含磷量要求比较严格,必须使用低磷和低硫的炉料。酸性感应电炉熔炼的钢液中的含硫量和含磷量比使用碱性电弧炉氧化法要高,所以采用酸性感应电炉生产的集装箱角铸件的低温冲击韧度一般是碱性电弧炉氧化法生产的集装箱角铸件的1/2~1/4。但是酸性感应电炉的熔炼工艺相对简单,经济性好,因此,也有相当范围的应用。 1.2.3 热处理工艺的影响
热处理工艺对工件的性能影响极大，集装箱角件的铸态组织为粗大铁素体+细珠光体,正火态组织为细铁素体+珠光体,调质态组织为保留板条马氏体形态的回火索氏体+铁素体。就ZG16Mn而言,采用正火处理可以得到与淬火+高温回火差别不大的力学性能,正火时较快的冷却速度抑制了粗大多角状铁素体的形成而细化了组织,提高了钢的强度和韧性，且正火处理提高了设备的利用率正火处理对ZG16Mn来说是有效且廉价的。