專利名稱：一種載貨列車連接件用鋼及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于合金結構鋼技術領域，具體地講，本發(fā)明涉及一種載貨列車連接件用鋼及其制備方法。
背景技術：
載貨列車連接件是鐵路車輛裝置的重要組成部分，在車輛牽引、連掛和發(fā)生緩沖作用時，直接完成車輛間縱向力的傳遞。列車連接件使用條件惡劣，受沖擊力大，特別是在冬季時還容易出現斷裂，從目前運行的貨車檢修情況來看，約百分之七十的問題出現在貨車連接件上，因此對載貨列車中的連接件用鋼的綜合機械性能、低溫沖擊性能及疲勞壽命要求更高。目前，有的廠家對25MnCrNiMoA進行了試制研究，在該鋼中，包含少量的Cr、Ni、 Mo和Cu等元素，此鋼種經熱處理后的力學性能要求為屈服強度(Rel)彡690MPa，抗拉強度(Rm)彡850MPa，延伸率(A)彡14%，斷面收縮率(Z)彡30%, -40°C低溫沖擊功 (Akv) >27J。然而，隨著鐵道車輛向高速重載方向的發(fā)展，此鋼種的強度及低溫沖擊性能不能很好地滿足鐵道車輛的要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的主要是針對當前載貨列車連接件的綜合機械性能及低溫沖擊性能不能很好地滿足鐵道車輛高速重載的要求，對此，本發(fā)明提供了一種載貨列車連接件用鋼及其制備方法，提高連接件的強度、低溫沖擊性能、疲勞壽命等機械性能，以滿足鐵道車輛高速重載方向的發(fā)展，減少或避免因連接件問題出現的鐵道事故。根據本發(fā)明的一方面，提供了一種載貨列車連接件用鋼的制備方法，所述制備方法包括如下步驟采用電爐或轉爐冶煉，控制鋼包的烘烤溫度> 800°C，控制冶煉的鋼水終點[C]彡0. 10%和[P]彡0.015%，并且使殘余元素的含量符合設計要求，將鋼水的出鋼溫度控制在1650°C -1670°C;采用LF爐精煉，出鋼前將酸熔鋁的含量控制在0. 03% -0. 045% 的范圍內，然后在VD爐內進行真空處理，控制VD爐內的真空度小于67 且保持時間》15 分鐘，破空后軟吹時間> 10分鐘，VD爐后的上鋼溫度1570°C -1585°C ；采用全保護澆注進行連鑄，控制結晶器的液面波動700士2mm，中間包液面波動800士25mm，將鋼水的過熱度控制在15°C -25°C，控制中間包的溫度為1532 士 5°C，拉鋼速度為0. 65 士0. 05mm/min，入坑緩冷時間>36小時；進行軋制，加熱爐的加熱溫度為11301-12001，加熱時間為2.5小時-3 小時，開軋溫度為1080°C -1120°C，終軋溫度為850°C -1000°C，軋后緩冷彡12小時，控制軋制的壓縮比> 3. 8，最終制得用于載貨列車連接件用鋼的熱軋圓鋼。根據本發(fā)明的一方面，在電爐冶煉時，不允許使用新鋼包冶煉。根據本發(fā)明的一方面，冶煉原料為鐵水+廢鋼，其中，鐵水的質量占冶煉原料的總質量的55%以上。根據本發(fā)明的一方面，在鋼水進入LF爐精煉后進入VD爐前，進行扒渣操作，扒渣量為 1/3-3/5。根據本發(fā)明的另一方面，提供了一種載貨列車連接件用鋼，所述載貨列車連接件用鋼的化學成分的質量百分數為0. 24% -0.的C、0. 20 % -0. 40%的Si、 1. 20% -1.50%&Μη、0. 50% -0. 65%的0、0. 45% -0. 65% 的 Ni、0. 20% -0. 30% 的 Mo、 0. 03% -0. 05%的 Ti、0. 025% -0. 040%的 Al、S 彡 0. 020%, P 彡 0. 020%, Cu 彡 0. 15%, O^ 15ppm和H彡1.5ppm，余量為!^e和不可避免的雜質。根據本發(fā)明的另一方面，所述載貨列車連接件用鋼的化學成分的質量百分數為 0. 25% -0. 27% 的 C、0. 25% -0. 29 % 的 Si、1.25% -1.35%&Μη、0. 55% -0. 59% 的 Cr、 0. 55% -0. 59% 的 Ni、0. 23% -0. 27% 的 Mo、0. 035% -0. 044% 的 Ti、0. 030% -0. 035% 的 A1、S 彡 0. 015%,P 彡 0. 015%,Cu 彡 0. 15%,0 彡 15ppm 和 H 彡 1. 5ppm，余量為 Fe 和不可
避免的雜質。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種具有提高的強度、優(yōu)異的低溫沖擊性能和延長的疲勞壽命等機械性能的載貨列車連接件用鋼，以滿足鐵道車輛高速重載方向的發(fā)展，減少或避免因連接件問題出現的鐵道事故。對于根據本發(fā)明的載貨列車連接件用鋼的化學成分的設計，根據微合金化原理， 加入適量的合金元素Ti、Al來進一步細化組織，以提高材料的強度和疲勞壽命；同時，提高鋼中的M含量，以細化鐵素體晶粒，從而在強度相同的條件下，提高鋼的塑性和韌性，特別是低溫韌性；而且，適量提高鋼中的Cr含量，以提高本發(fā)明的鋼種的強度、高溫性能和淬透性。具體地講，根據本發(fā)明，將載貨列車連接件用鋼中的Ti含量限制在 0. 03wt% -0.05wt%。如果Ti含量過高(超過0.05wt% )，則容易形成TiN夾雜物，影響鋼的疲勞壽命；如果Ti含量太低(低于0.03wt%)，則起不到細化晶粒的效果。將載貨列車連接件用鋼中的Al含量限制在0. 025wt% -0. 040wt%。如果鋼中的Al含量過高，則也容易造成二次氧化，形成Al2O3夾雜，影響鋼材性能；如果Al含量太低，則起不到預期的細化晶料的效果。另外，根據本發(fā)明，出于對載貨列車連接件用鋼的綜合性能的考慮，將鋼中的M 含量限制在0. 45wt % -0. 65wt %，Cr含量限制在0. 5wt % -0. 65wt %。如果鋼中的Ni和Cr 含量太高，則會使成本升高；如果鋼中的M和Cr含量低低，則起不到預期的效果。根據本發(fā)明的示例性實施例，提供了一種載貨列車連接件用鋼，所述鋼的化學成分的質量百分比為c :0. 24 % -0. 28 Si :0. 20 % -0. 40 Mn 1. 20 % -1. 50 %、 Cr 0. 50 % -0. 65%, Ni :0. 45 % -0. 65 %, Mo :0. 20 % -0. 30%, Ti :0. 03 % -0. 05%, Al 0. 025% -0. 040%, S,P ^ 0. 020%,Cu ^ 0. 15%,0 ^ 15ppm、H 彡 1. 5ppm,余量為 Fe 和不可避免的雜質。根據本發(fā)明的優(yōu)選示例性實施例，載貨列車連接件用鋼的化學成分質量百分比為C :0. 25% -0. 27%, Si :0. 25% -0. 29%, Mn 1. 25% -1. 35%, Cr 0. 55% -0. 59%, Ni 0. 55 % -0. 59 %, Mo 0. 23 % -0. 27%, Ti :0. 035 % -0. 044 %、Al :0. 030 % -0. 035 %、S、 P^O. 015%, Cu ^ 0. 15%, 0 ^ 15ppm、H 彡 1.5ppm，余量為！^e 和不可避免的雜質。下面將詳細地描述制造根據本發(fā)明的載貨列車連接件用鋼的制備方法。根據本發(fā)明，載貨列車連接件用鋼的制備方法包括初煉、精煉、連鑄和軋制等工藝步驟，具體步驟如下(1)初煉采用電爐或轉爐冶煉，控制鋼包的烘烤溫度> 800°C，控制冶煉的鋼水終點 [C]彡0. 10%和[P] ^ 0. 015%，并且使鋼水的殘余元素含量符合設計要求，將鋼水的出鋼溫度控制在1650°C -1670°C，完成鋼液的脫碳脫磷，同時氧化脫碳均勻沸騰，去除鋼中的部分H禾口 N。在采用電爐冶煉的情況下，不允許使用新鋼包，而且新鋼包在使用三次后方可用來冶煉根據本發(fā)明的載貨列車連接件用鋼。這是因為新鋼包相對于舊鋼包較潮濕，容易使鋼液中增加氫，另外一個原因是因為新鋼包在使用過程中，溫降較大，溫度不易控制。根據本發(fā)明，冶煉原料為鐵水+廢鋼，且鐵水的質量比例占冶煉原料總質量的 55%以上。采用高鐵水比的冶煉原料，可以起到如下作用第一，有利于減少有害殘余元素； 第二，提高配碳比，增大脫碳量。另外，根據本發(fā)明，殘余元素主要指銅(Cu)、錫(Sn)、砷(As)、銻(Sb)等有害殘留元素。(2)精煉爐冶煉精煉爐采用LF爐，在精煉爐送電化渣、調渣、喂線、攪拌等，進行鋼液的脫氧脫硫、 去除夾雜、調整成分、控制溫度等處理。出鋼前將酸熔鋁的含量控制在0. 03wt%-0. 045wt% 的范圍內。LF爐精煉后進行VD真空處理，將VD爐(真空脫氣爐)內的真空度控制為小于 67Pa并保持15分鐘以上的時間，以利于真空處理，保證脫氣效果，若保持時間過短，則會造成脫氣不足。破空后控制軟吹氬的時間> 10分鐘，從而保證足夠的時間使夾雜物上浮，使成分和溫度均勻。VD真空處理后上鋼溫度為1570°C-1585°C。根據本發(fā)明，真空脫氣時間大于15分鐘，軟吹時間大于10分鐘，是從效率和效果進行的雙重考慮。根據本發(fā)明，在將鋼液送入VD爐前需要進行扒渣操作，扒渣量為1/3-3/5。(3)連鑄采用電磁攪拌、“三恒”(恒溫、恒速、恒液面)、輕壓下、中間包升降、全保護澆注、動態(tài)弱冷配水模型等技術，確保鑄坯質量符合要求。具體地講，采用全保護澆注進行連鑄，將結晶器的液面波動控制在700士2mm，如果結晶器的液面波動過大，則易造成卷渣，從而影響連鑄坯的表面質量；將中間包的液面波動控制在800士25mm，如果中間包的液面波動過大，則不利于夾雜物的上浮，也容易出現卷渣， 從而對鋼坯質量造成影響；將過熱度控制在15°C _25°C，如果連鑄鋼水的過熱度太小，則鋼水易被夾雜物污染，同時易使水口發(fā)生堵塞甚至凍結，而如果連鑄鋼水的過熱度太大，則使鑄坯中心偏析加重，甚至誘發(fā)拉漏事故，或者因形成的坯殼較薄而出現裂紋，并使柱狀晶得到發(fā)展；將中間包的溫度控制在1532士5°C，因為中間包的溫度會影響過熱度，所以根據過熱度的要求來對中間包的溫度進行上述控制；拉鋼速度控制在0. 65士0. 05mm/min，如果拉速穩(wěn)定度低低，最直接的后果就是造成表面裂紋發(fā)生率上升；入坑緩冷時間> 36小時。這里，拉鋼速度可以簡稱為“拉速”，指的是拉矯機帶動連鑄坯前進的速度；入坑緩冷指的是將熱的連鑄坯放在緩冷坑中，進行緩冷的操作。
(4)車L制為保證鋼的內部質量，加熱爐的加熱溫度控制在1130°C -1200°C，均熱時間為2. 5 小時-3小時，開軋溫度控制在1080°C _1120°C，終軋溫度控制在850°C -1000°C，軋后緩冷 ^ 12小時，在熱軋過程中控制軋制的壓縮比> 3. 8，最終制得用于載貨列車連接件用鋼的熱軋圓鋼。通過如上所述控制加熱爐的加熱溫度和加熱時間，合理地制定了加熱制度，而且通過如上所述控制終軋溫度和軋后緩冷時間，合理地制定了軋后冷卻制度，可以解決軋材的中心疏松、表面質量及軋后組織的均勻性問題。因此，根據本發(fā)明，通過優(yōu)化鋼的成分和選擇合理的生產工藝，提高鋼的純凈度， 降低氧和氫的含量，減少非金屬夾雜物，從而提高鋼的沖擊性能和冷脆性能，延長使用壽命。下面將結合具體的實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例制備載貨列車連接件用鋼。采用UHP超過功率電爐、LF爐外精煉、VD真空脫氣處理、連鑄澆注鑄坯、軋制成材工藝生產鋼材。各實施例生產Φ 150mm規(guī)格的鋼材。具體生產工藝如下(1)冶煉采用電爐冶煉，控制鋼水的終點[C] =0. 10% -0. 15%, [P]彡0. 015%, 殘余元素含量符合設計要求，鋼水的出鋼溫度為1660°C -1670°C ；LF精煉的冶煉時間為35 分鐘；精煉后真空處理，控制VD爐的真空度小于67 ，保溫時間為15分鐘。(2)澆注連鑄全保護澆注，控制結晶器的液面波動700士2mm，中間包液面波動 800士25謹，過熱度控制在15°C _25°C，中間包溫度1532士5°C，拉速溫度0. 65士0. 05謹/ min，入坑緩冷時間彡36小時。(3)軋制軋制壓縮比彡3. 8，加熱爐的加熱溫度為1130°C -1200°C，加熱時間為 2. 5小時-3小時，開軋溫度為10800C _1120°C，終軋溫度為850°C -1000°C，軋后緩冷彡12 小時。載貨列車連接件用鋼的化學成分和具體工藝參數見表1和表2。表1是實施例1 至實施例5的載貨列車連接件用鋼的化學成分，表2是實施例1至實施例5的連鑄軋制的工藝參數，表3是實施例1至實施例5的低倍和現有技術制得的同類連接件用鋼的低倍，表 4示出了實施例1至實施例5的熱軋圓鋼的機械性能和現有技術制得的同類連接件用鋼的機械性能。表1各實施例的鋼的化學成分(質量，％ )
實‘
施CSiMnPSCrNiMoAlTi, , !!“、Fe
(χΙ0') (χ IO
例
10.25~1Γ281.26~().0I 1 ^().008~ 0.550.550.2390.030—0.03512“ 1.1j 余 1
20.250.271.250.0140.0070.560.560.2450.033—0.0381 1.0余量
30.260.251.28"().0140.008~ 0.570.5512480.0350.03613“ 1.1余T
40.270.271.260.0150.0080.570.570.2320.0320.03713__1.0余
50.26~0.26I 1.25| 0.01 I |0.0080.570.56| 0.234| 0.031| 0.03813| 1.2| 余量表2各實施例的連鑄軋制工藝參數
權利要求
1.一種載貨列車連接件用鋼，其特征在于所述載貨列車連接件用鋼的化學成分的質量百分數為0. 24% -0.沘％的(、0. 20% -0. 40% 的 Si、l. 20% -1. 50% 的Μη、0. 50% -0. 65% 的 Cr、0. 45% -0. 65% 的 Ni、0. 20% -0. 30% 的 Μο、0· 03% -0. 05% 的 Ti、0. 025% -0. 040% 的 A1、S ≤ 0. 020%,P ≤ 0. 020%,Cu ≤ 0. 15%,0≤15ppmiPH< 1.5ppm，余量為Fe 和不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的載貨列車連接件用鋼，其特征在于所述載貨列車連接件用鋼的化學成分的質量百分數為0. 25% -0. 27%的C 、0. 25% -0.四％的Si、l. 25% -1. 35% 的 Μη、0. 55% -0. 59% 的 Cr、0. 55% -0. 59% 的 Ni、0. 23% -0. 27% 的 Μο、0· 035% -0. 044% 的 Ti、0. 030% -0. 035% 的 Al、S ≤ 0. 015 %、P ≤ 0. 015 %、Cu ≤ 0. 15 %、0 ≤15ppm 禾口 H≤1. 5ppm，余量為Fe和不可避免的雜質。
3.一種載貨列車連接件用鋼的制備方法，其特征在于所述制備方法包括如下步驟 采用電爐或轉爐冶煉，控制鋼包的烘烤溫度≥800°C，控制冶煉的鋼水終點[C]≥0. 10%和[P]≤0.015%，并且使殘余元素的含量符合設計要求，將鋼水的出鋼溫度控制在 16500C -1670°C ；采用LF爐精煉，出鋼前將酸熔鋁的含量控制在0. 03% -0. 045%的范圍內，然后在VD 爐內進行真空處理，控制VD爐內的真空度小于67 且保持時間≥15分鐘，破空后軟吹時間≥10分鐘，VD爐后的上鋼溫度1570°C -1585°C ；采用全保護澆注進行連鑄，將結晶器的液面波動控制在700士2mm，將中間包的液面波動控制在800士25mm，將鋼水的過熱度控制在15°C _25°C，控制中間包的溫度為1532士5°C， 拉鋼速度為0. 65士0. 05mm/min，入坑緩冷時間彡36小時；進行軋制，加熱爐的加熱溫度為1130°C -1200°C，加熱時間為2. 5小時-3小時，開軋溫度為1080°C-1120°C，終軋溫度為850°C-1000°C，控制軋制的壓縮比彡3. 8，軋后緩冷彡12 小時，最終制得用于載貨列車連接件用鋼的熱軋圓鋼。
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于在電爐冶煉時，不使用新鋼包冶煉。
5.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于冶煉原料為鐵水+廢鋼，其中，鐵水的質量占冶煉原料的總質量的55%以上。
6.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于在鋼水進入LF爐精煉后進入VD爐前， 進行扒渣操作，扒渣量1/3-3/5。
7.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于所述載貨列車連接件用鋼的化學成分的質量百分數為0. 24% -0.沘％的(、0. 20% -0. 40% 的 Si、1.20% -1.50% 的 Mn、 0. 50% -0. 65%的&、0. 45% -0. 65%的慰、0.20% -0. 30%的] 0、0. 03% -0. 05% 的 Ti、 0. 025% -0. 040% 的 A1、S ≤ 0. 020%,P≤O. 020%,Cu≤O. 15%,O≤15ppm和 H ≤ 1. 5ppm, 余量為Fe和不可避免的雜質。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種載貨列車連接件用鋼及其制備方法。所述載貨列車連接件用鋼的化學成分的質量百分數為0.24％-0.28％的C、0.20％-0.40％的Si、1.20％-1.50％的Mn、0.50％-0.65％的Cr、0.45％-0.65％的Ni、0.20％-0.30％的Mo、0.03％-0.05％的Ti、0.025％-0.040％的Al、S≤0.020％、P≤0.020％、Cu≤0.15％、O≤15ppm和H≤1.5ppm，余量為Fe和不可避免的雜質。根據本發(fā)明的載貨列車連接件用鋼，能夠提高連接件的強度、低溫沖擊性能、疲勞壽命等機械性能，從而能夠滿足鐵道車輛高速重載方向的發(fā)展，減少或避免因連接件問題出現的鐵道事故。
文檔編號C22C38/50GK102534416SQ20121000166
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月5日 優(yōu)先權日2012年1月5日
發(fā)明者劉永昌, 盧乃雙, 張偉, 徐錫坤, 戈文英, 李法興, 杜國強, 翟正龍, 范黎明, 裴建華 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司