鑄造狀態使用的合金鋼，又稱鑄造合金鋼。按其用途合金鑄鋼劃分為鑄造合金結構鋼和特殊用途合金鑄鋼。前者是低、中合金鑄鋼，主要用來製作一般機械結構件。後者多為高合金鑄鋼，如耐磨鑄鋼、不銹耐酸鑄鋼、耐熱鑄鋼、鑄造合金工具鋼等。
基本介紹
- 中文名：合金鑄鋼
- 外文名：casting alloy steel
- 別稱：鑄造合金鋼
- 材料標準：JB/T 6402-2006
合金鑄鋼,鋼材分類,
合金鑄鋼
鑄造狀態使用的合金鋼，又稱鑄造合金鋼。按其用途合金鑄鋼劃分為鑄造合金結構鋼和特殊用途合金鑄鋼。前者是低、中合金鑄鋼，主要用來製作一般機械結構件。後者多為高合金鑄鋼，如耐磨鑄鋼、不銹耐酸鑄鋼、耐熱鑄鋼、鑄造合金工具鋼等。
鑄造合金結構鋼和特殊用途低合金鑄鋼的鑄造性能和碳素鑄鋼相近。鋼中鉻、鉬等降低鋼液流動性。銅、錳、鎳等提高流動性。鋼的體積收縮率主要和碳含量有關。碳含量高則收縮率大，合金元素對它的影響較小。錳和細化結晶組織的元素如釩、鈦、鋯可減少熱裂傾向，鉻、鉬使熱裂傾向增加。合金元素由於降低導熱性，鑄造應力增加，使鑄鋼件的冷裂傾向增大，尤其是含錳、鉻、鉬等元素的鋼更明顯。
鋼材分類
鑄造合金結構鋼
按合金元素劃分有錳系合金鑄鋼、鉻系合金鑄鋼和含鎳鑄造合金鋼。
錳系合金鑄鋼 這類鋼以錳為主要合金元素，以矽、鉬等為輔助合金元素。常用的中國牌號有ZG30Mn、ZG40Mn、ZG40Mn2、ZG45Mn、ZG50Mn、zG50Mn2、ZG65Mn等。常用來作齒輪、起重機和礦山機械輪子、耐嗜件等，其中錳含量1.05%～1.80%。錳可明顯提高淬透性，細化珠光體組織，提高硬度和耐磨性、降低鋼的塑性脆性轉變溫度，在不降低塑性的條件下提高強度。這類鋼在碳含量不高時有很好的焊接性。但錳的固溶強化作用小，常使晶粒粗大並有回火脆性。為提高強度，常在鋼中加入矽(0.60%～1.40%)，以提高淬透性，增強固溶強化作用。中國常用錳矽鋼牌號有ZG30Mnsi、ZG35MnSi、ZG35SiMn、ZG50SiMn、ZG20MnSi等，可作火車側架、搖枕、齒輪、車輪等。為降低錳鋼回火脆性，常加入0.15%～0.30%的鉬。中國常用的有ZG20MnMo、ZG50MnMo。多元的錳合金鑄鋼中國有ZG35SiMnMo、ZG35SiMnMoV、ZG42MnMoV等，這些鋼可以作挖掘機零、部件，大齒輪，吊車的套筒等。在錳矽鋼中加入少量鉻(0.50%～0.80%)可以提高淬透性、強度和耐磨性，可製作受衝擊和磨損的鑄件，如齒輪、襯板等。中國常用牌號有ZG30CrMnSi、ZG35CrMnSi。但此種鋼鑄造和熱處理時容易變形和開裂。
鉻系合金鑄鋼 這類鋼以鉻為主要合金化元素，以錳、鉬、鎳等為輔助元素。鉻可固溶強化並明顯提高淬透性，提高強度和耐磨性。中國常用的單元鉻合金鑄鋼有ZG40Cr和ZG70Cr。前者可作高強度鑄件如齒輪和輪緣，後者主要作耐磨鋼鑄件。鉻鋼有回火脆性，常加入鉬，鉬可進一步提高強度和防止回火脆性。中碳鉻鉬鑄鋼有好的強度和耐磨性，如ZG35CrMo可以製作鏈輪、挖掘機支撐輪、軸套等。鉻錳鉬鋼主要作耐磨鋼鑄件，如ZG30CrMnMo可以承受大的載荷並且耐磨。高碳鉻錳鋼由於形成穩定的碳化物，硬度和耐磨性均高，可作為鑄造模具鋼用，如ZG5CrMnMo即屬此類。
含鎳鑄造合金鋼 低合金鑄鋼中以鎳作為主要合金元素的鑄鋼很少，鎳常與鉻、鉬配合，大幅度提高淬透性，用以製作高強度的大型鑄鋼件。
特殊用途低合金鑄鋼
指除鑄造合金結構鋼以外有特殊使用性能的低合金鑄鋼。
耐熱低合金鑄鋼 中國常用的耐熱低合金鑄鋼有ZG20CrMo、ZG15Cr1M01V。它們可在過熱蒸汽中工作，有較高的高溫持久強度和蠕變極限。鋼中鉻和鉬起固溶強化和提高淬透性的作用，釩可細化組織並防止晶粒長大。鉬和釩提高鋼的高溫強度。上述兩種鋼可以製作在570℃以下工作的蒸汽室、閥門、隔板套等。
低溫低合金鑄鋼 此類鋼中碳含量低並適量加入錳，中國常用的牌號有ZG06MnNb、ZG06AlNbCuN，二者的使用溫度可達到—90℃和—120℃。國外主要用含鎳2.0%～3.0%或3.0%～4.0%的含鎳鑄鋼，可分別用於—70℃和—100℃。但含鎳低溫鋼易產生氫脆和熱裂，生產工藝複雜。
析出強化型銅鋼 銅可提高鋼的耐腐蝕性能。銅在鐵素體中固溶度隨溫降而減小，經時效處理可提高強度和硬度。這類鋼有銅—鎳型、銅—錳型和銅—錳—矽型，鋼中含銅0.85%～1.80%。常用於伐木業，也可用於水輪機葉片等壁厚形狀複雜且要求不變形的大型鑄鋼件。
抗磨低合金鑄鋼 在磨料磨損條件下，鋼應有高的硬度和韌性。此類鋼有馬氏體型和貝氏體型。另外還有90年代開發的奧氏體一貝氏體鋼(簡稱奧貝鋼)是一種高碳(0.60%～0.90%)高矽(2.30%～2.40%)經等溫淬火的鋼種，由於貝氏體型轉變的不完整性，組織中尚殘存有分散的奧氏體，在外力作用下可以發生形變強化，有很好的抗磨性能。
高強度低合金鑄鋼 高強度低合金鑄鋼是指抗拉強度在1205～2070MPa範圍的鑄鋼，常用於軍工產品鑄鋼件，如炮栓環、離心鑄造炮管、坦克車架和礦山鏟運機、推土機上要求高強韌性和耐磨性的鑄鋼件。典型的牌號如4330鋼(美國牌號)。
特殊用途高合金鑄鋼
高合金鑄鋼是指合金元素總含量在10%以上的合金鑄鋼。按其用途區分為：鑄造不鏽鋼，耐熱鑄鋼和耐磨耐蝕合金鑄鋼。
鑄造不鏽鋼 (1)鐵素體型不銹鑄鋼。這類鋼以鉻為主要合金元素，中國常用的牌號有ZG1Cr17、ZGlCr19M02、ZGCr28，用於硝酸、氮肥、化纖等工業。(2)馬氏體型不銹鑄鋼。中國牌號有ZGlCr13、ZG2Cr13、用於製造要求承受衝擊負荷和韌性高但介質濃度不高條件下工作的鑄件。可作泵殼、葉輪、閥門等。(3)奧氏體型不鏽鋼。這類鋼含有較高的鉻和鎳，中國常用的牌號有ZGOCr18Ni9、ZGlCr18Ni9、ZG0Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG0Cr18Ni12Mo2Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti、ZG1Cr24Ni20Mo2Cu3、ZG1Cr18Mn8NiN等，其用途廣泛，典型鋼號是ZG0Cr18Ni9和zG1Cr18Ni9。(4)奧氏體一鐵素體型不鏽鋼。這類鋼中含錳和氮以節約鎳，中國常用牌號有ZG1Cr17Mn9Ni4Mo3Cu2N、ZG1Cr18Mn13Mo2CuN。對耐蝕性要求不高，但要求高的力學性能時，可以使用中、高強度馬氏體不鏽鋼。適於作壁厚100mm以下鑄件的中國牌號有ZG10Cr13、ZG20Cr13、ZG10Cr13Ni1、ZG10Cr13Ni1Mo。適於作壁厚l00～200mm鑄件的有ZG06Cr13Ni4Mo、ZG06Cr13Ni6Mo、ZG06Cr16Ni5Mo。(5)沉澱硬化型不鏽鋼。中國牌號為ZG0Cr17Ni4Cu4Nb，這類鋼具有高的強度、韌性和耐磨性。可用於化工、造船、航空等部門，作高強度耐磨耐蝕鑄件。
不鏽鋼的鑄造性差，鋼水流動性低，易產生冷隔或夾渣，為此要提高澆注溫度，一般不低於1530℃。澆注系統截面積應較碳素鋼鑄件大30%～50%。不鏽鋼體積收縮值大，易產生縮孔和疏鬆，鑄件冒口較碳鋼件應大20%～30%。鑄件熱裂傾向大，澆溫高易粘砂，鑄造工藝均應採取相應措施。奧氏體一鐵素體型不鏽鋼的鑄造性能較好，但對氣孔敏感性較大。
耐熱鑄鋼 耐熱鑄鋼按用途分為耐熱不起皮鑄鋼(抗氧化鋼)和熱強鑄鋼。常用的抗氧化鋼有耐熱鉻鋼，以鉻為主要合金元素。鉻含量低者為13%～14%，高者達25%～35%，有時還加入少量矽或鎳，如ZG40Cr9Si2，其最高抗氧化溫度為800℃，長期受載時低於700℃，可製作坩堝、爐門、底板等。
熱強鋼通常為馬氏體型或奧氏體型，後者熱強性能好，可用在600℃以上。鉻鎳含量高的如zG35(：r26Ni，可用到1100℃，廣泛用於各種爐子構件。
耐熱鋼的鑄造性能差，其特點與不鏽鋼類似。鐵鋁錳型耐熱鋼的鋼液極易氧化，易產生表面皺皮、體積收縮大，易出裂紋。冶煉和鑄造工藝上均應注意。
(1)鉻鎳耐熱鋼。這類鋼是奧氏體型抗氧化鋼。奧氏體型不鏽鋼也有抗氧化性能，但前者的碳含量高些並常含有矽，如ZG35Ni24Crl8Si2。其最高使用溫度1100℃，可作加熱爐傳送帶，螺桿、緊固件等承載件。
(2)鉻錳氮型抗氧化鋼。其中有11%～13%的錳，並加入少量氮以代鎳，有時還加入少量矽以提高抗氧化性能，如ZG30Cr18Mn12Si2N。其最高使用溫度950℃，強度和熱疲勞性好，可作爐罐、爐底板、支承架、吊架等。這類鋼有奧氏體+鐵素體的雙相組織，力學性能優於鉻鎳鋼。
(3)鐵鋁錳型抗氧化鋼。其中錳、鋁含量低者如ZG5Mn16Al3Si2(Mnl5.50%～16.50%，Al2.70%～3.00%)，高者如zG7Mn29A19Si(Mn28.0%～30.0%，A19.0%～10.0%)。
鑄造工具鋼 鑄造工具鋼分為刀具鑄鋼和模具鑄鋼。刀具鑄鋼是以鎢、鉻為主要合金元素的高合金鑄鋼，如中國的ZGW18Cr4V、ZGW12Cr4V4Mo、ZGW9Cr4V2、ZGW9Cr4V等。為消除巨觀偏析和細化組織，澆注時溫度應低。鋼的收縮量大，，導熱性差，易產生裂紋。模具鑄鋼以鉻、鉬為主要合金元素，中國常用的牌號是ZG5crMnMo，為提高鋼液的流動性，鋼中矽含量應適當提高。
耐磨耐蝕合金鑄鋼 為製造水輪機上鑄件(轉子和葉片等)，研製的抗磨耐蝕合金鑄鋼，以鉻、鎳、鉬、銅為主要合金元素。鋼的淬透性高，硬度高，在水流沖蝕磨損條件下有好的耐蝕抗磨性能。中國常用的牌號是ZG0Cr13Ni6MoR、ZG0Cr13Ni4MoR、ZG15MnMoV—Cu。
