CN100408712C

CN100408712C - 准贝氏体钢

Info

Publication number: CN100408712C
Application number: CNB2005100175238A
Authority: CN
Inventors: 康沫狂; 翟明彦; 袁桂林
Original assignee: HENAN QIANGLI MACHINERY CO Ltd
Current assignee: HENAN QIANGLI MACHINERY CO Ltd
Priority date: 2005-04-18
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2025-04-18
Also published as: CN1693520A

Abstract

本发明涉及一种铁路用钢，特别是涉及一种高强高韧可焊耐磨的准贝氏体钢。本发明的准贝氏体钢以重量百分比为单位，含有碳C 0.10～0.25，硅Si0.80～2.60，锰Mn 1.0～3.50，还含有钼Mo 0.20～0.80，铬Cr 0.30～2.0，镍Ni 0.50～1.50，铌Nb 0.01～0.07，钒V 0.10～0.70，余量为铁Fe，按一般钢的冶炼方法，采用电炉或转炉进行精炼，在精炼过程中控制钢液的气体含量为：氮气N2≤80PPm，氢气H2≤4PPm，氧气O2≤25PPm。本发明的准贝氏体钢综合力学性能优异，具有高的塑性和韧性、良好的耐磨性、低的缺口敏感性，特别是缺口疲劳寿命能稳定地提高30～100%。其加工工艺简单，成本较低，用途广泛，推广后具有良好的社会和经济效益。

Description

准贝氏体钢

一.技术领域：

本发明涉及一种铁路用钢，特别是涉及一种高强、高韧、可焊、耐磨的准贝氏体钢。

二.背景技术：

铁路是国民经济的大动脉，对于促进工农业生产的发展，具有重大的意义，目前在全国7万多公里的铁路营业线路中约有5万公里的铁路为短轨线路，每公里线路有40对钢轨接头，即使在无缝线路区段中，在道岔前后、长轨缓冲区、无碴桥线路等处仍有钢轨接头。当火车通过这些接头时，就会在接头处产生强大的复杂的冲击力，使钢轨接头产生塑性变形，导致钢轨接头处产生扣嘴、低塌线路翻浆、昌泥等缺陷，由于这些缺陷的存在又加大了车轮对钢轨接头的冲击和破坏，从而形成线路钢轨接头损害的恶性循环，造成线路更加不平，使列车行驶更加不平稳。针对这种情况，各国相继在钢轨接头处固定鱼尾板，由鱼尾板承受钢轨接头处的车轮压力，从而使线路平顺，有利于列车快速平稳运行。

由于鱼尾板在车辆运行中承接拉、压、弯曲等多种复杂的应力负荷，容易损坏，因此是铁路构件的薄弱环节之一，它对材料的要求较高，如果鱼尾板踏面材料较软时，无法承受车轮的碾压力，将会产生压溃现象；如果鱼尾板踏面材料较硬时，就会产生剥落现象，同时制造加工都很困难。目前世界主要工业国家如英、美、日、法等国生产的鱼尾板大都采用含锰量较高的中碳钢，在热轧或热处理状态下使用，其使用寿命低于钢轨。我国一般采用55Nb、55Ti、B7和YW52钢生产鱼尾板，由于该普通碳素钢在二次加热中容易引起晶粒粗化和淬火回火对工艺的敏感性，致使在实际生产中废品率较高，并且性能较低，同时造成生产成本偏高，与低合金钢钢轨不匹配，其时用寿命是碳素钢轨的二分之一，是低合金钢钢轨的三分之一，而且在国内长期的实践中证明，B7、YW52钢仅适用于常温～-20℃得到情况下使用，在低温下容易断裂，由于我国地域辽阔，北部冬季温度较低，经常发生鱼尾板断裂事故，影响交通的正常运行，上述原因造成每年需要大量更换鱼尾板，造成人力和物力的极大浪费。

目前国外主要的工业国家和我国的一些生产厂家生产的鱼尾板的化学成分和机械性能分别列入下面表1和表2中。

表1 目前国外主要的工业国家和我国的一些生产厂家的鱼尾板的化学成分：

表2 目前国外主要的工业国家和我国的一些生产厂家的鱼尾板的力学性能：

当前世界各国的铁道运输业都向着高速、重载、大运货量的方向发展，鱼尾板的研究应当与铁路钢轨的研究同步进行，以求与铁路钢轨的发展相匹配。然而，从以上表1和表2中的数据来看，不管国内的还是国外的鱼尾板的性能使用水平仍然很低，与现有的铁路钢轨不匹配，因此选用新的高强、高韧、可焊、耐磨的鱼尾板的材料势在必行。针对这种情况，人们不断研制出新的钢种，如中国专利(公开号为CN1014080B，申请号为88101251)公开了一种“含铌高强度鱼尾板钢”，其化学成分(％)为：C 0.50～0.57，Si 0.20～0.40，Mn 0.50～0.80，P≤0.040，S≤0.045，Nb 0.015～0.050，其余为铁。该发明通过将铌加入到钢液中，改变钢的机械性能，其合金含量低，生产工艺简单，产品的机械性能已经达到世界先进水平，但是它的含碳量高，不适合低温地区使用；又如：中国专利(公开号为CN1375573A，申请号为01138962.1)公开了一种“YW35钢及其应用”，其化学成分为：C 0.32～0.40，Si 0.30～0.50，Mn 1.1～1.3，P≤0.035，S≤0.035，Cu≤0.2，Nb 0.04～0.07，V 0.06～0.2，Mo 0.15～0.25。它以高锰钢为基础，在降低碳含量的情况下，加入适量的钼、钒、铌，用以改善钢的低温性能，但是该发明加工工艺复杂，成本较高；中国专利(申请号为86103008)，公开了一种“中碳空冷锰硼贝氏体钢”，中国专利(申请号为86103009)，公开了一种“中高碳空冷锰硼贝氏体钢”，这两个发明专利都是采用锰、硼作为合金元素，但因它们的硬度高，其抗拉强度、塑性和韧性相对较差，并且其使用寿命不及铁路钢轨；中国专利(公开号为CN1172171B，申请号为95113726.3)公开了一种“准贝氏体钢”，其特征在于：它的成分由主加合金元素和至少一种附加合金元素组成，所述主加合金元素的重量百分比组成为：碳C 0.04～1.3，锰Mn 1.0～3.5，阻碍碳化物析出元素0.8～2.8，所述附加合金元素的重量百分比组成为：钼Mo 0～0.6，硼B 0～0.005，铬Cr 0～2.0，硅Si 0～2.8，铝Al 0～2.8等元素，在其从属权利要求的技术特征中又指出所述的阻碍碳化物析出元素为硅或铝，该发明的主加合金元素和附加合金元素组成都有硅或铝，并且含量范围混乱，让人不知道所述的硅或铝是主加合金元素还是附加合金元素，既然用“或”表示，但后面的从属权利要求又都同时包含硅和铝，该发明所公开的这些技术特征让本领域的技术人员无法实施其技术方案。并且，其必要技术特征既然是“至少一种附加合金元素组成”，但所述的附加合金元素的重量百分比组成却都从“0”开始，如果都取最小值“0”，那就意味着可以没有附加合金元素，造成前后矛盾，这也是该技术方案无法实施的原因之一。

三.发明的内容：

本发明的目的：通过合金种类和含量的改变，克服现有技术的缺陷，从而提供一种加工工艺简单、综合性能好的高强高韧可焊耐磨的准贝氏体钢。

本发明的技术方案：

一种准贝氏体钢，其特征是：以重量百分比为单位，含有碳C 0.10≤碳含量＜0.15，硅Si 2.20＜硅含量≤2.60，锰Mn 1.0～3.50，余量为铁Fe。

一种准贝氏体钢，其特征是：以重量百分比为单位，含有碳C 0.10≤碳含量＜0.15，硅2.20＜硅含量≤2.60，锰Mn 1.0～3.50，钼Mo 0.20～0.80，铬Cr 0.30～2.0，镍Ni 0.50～1.50，余量为铁Fe。

所述的准贝氏体钢还含有铌Nb 0.01～0.07，钒V 0.10～0.70，余量为铁Fe。

一种准贝氏体钢，以重量百分比为单位，含有碳C 0.10～0.25，硅Si 0.80～2.6，锰Mn 2.50～3.50，硼B 0.002～0.005，铬Cr 0.30～2.0，镍Ni 0.50～1.50，余量为铁Fe。

所述的准贝氏体钢的冶炼方法，按一般钢的冶炼方法，采用电炉或转炉进行精炼，其特征是：在精炼过程中控制钢液的气体含量为：氮气N₂≤80PPm，氢气H₂≤4PPm，氧气O₂≤25PPm。

所述高强高韧可焊耐磨准贝氏体钢在铁路桥形冻结鱼尾板上的应用。

所述高强高韧可焊耐磨准贝氏体钢在铁路桥梁、建筑、起重机械、大型结构架用高强度板材上的应用。

所述高强高韧可焊耐磨准贝氏体钢在铁路道岔、高强度螺栓、高速列车车轮及轮毂上的应用。

所述高强高韧可焊耐磨准贝氏体钢在高速重载铁路路枕、涵洞用高强度钢筋上的应用。

本发明的有益效果：

1.本发明的准贝氏体钢综合力学性能优异。与一般结构钢相比，本发明的准贝氏体钢具有极好的强韧性配合，其抗拉强度可达到500～900MPa工程机构件用的高强度钢，并且具有高的塑性和韧性配合，良好的耐磨性，低的缺口敏感性，特别是缺口疲劳寿命能稳定地提高30～100％。低温冲击韧性良好，在-40℃～-50℃时AKU可达到70J。耐磨性高，它与U70MNSI和MN13道岔钢滚滑磨损试验比较，其磨损值远低与其他钢种，参见下表：

钢种	本发明钢种	U70MnSi	Mn13
钢种	本发明钢种	U70MnSi	Mn13	滚滑磨损率mg/m(载荷150Kg)	7.6	282	20

2.本发明的准贝氏体钢的产品机械性能已经达到并超过目前世界上的先进水平(参见表3)。

表3 为当地机械工业部机械研究所对本发明的综合机械性能作的检验报告：

试样编号	屈服强度б0.2N/mm<sup>2</sup>	抗拉强度бbN/mm<sup>2</sup>	延伸率δ5％	断面收缩率ψ％	常温冲击功AKUJ	备注
试样编号	屈服强度б0.2N/mm<sup>2</sup>	抗拉强度бbN/mm<sup>2</sup>	延伸率δ5％	断面收缩率ψ％	常温冲击功AKUJ	备注	A1	1120	1340	6	33	80	BZ-20Y
A2	1090	1320	12	58	50	BZ-20Y	A1	1120	1340	6	33	80	BZ-20Y
A2	1090	1320	12	58	50	BZ-20Y	A3	1100	1340	11	42	73	BZ-20Y
B1	1070	1300	9.5	34	60	BZ-20Y	A3	1100	1340	11	42	73	BZ-20Y
B1	1070	1300	9.5	34	60	BZ-20Y	B2	1080	1310	12	45	71	BZ-20Y
B3	1130	1330	8.5	39	83	BZ-20Y	B2	1080	1310	12	45	71	BZ-20Y

从中可以看出：本发明的准贝氏体钢的产品机械性能已经达到并超过目前世界上的先进水平。

3.本发明的准贝氏体钢加工工艺简单，制造容易，不热处理或少热处理并可用多种处理方法便可达到所要求的性能。本发明的准贝氏体钢在轧、锻或奥氏体状态下空冷即可得到准贝氏体组织，根据需要经过适当温度回火或不回火即可达到所需要的力学性能，因此零件在制造中变形小，无淬火裂纹，从而既保证产品质量又提高其合格率，且减少热处理工序。经过测定，直径10～1000mm的零件空冷后均获得组织，所以淬透性好，必要时可以淬火或油冷亦能获得良好的力学性能。

4.本发明的准贝氏体钢焊接性良好。由于准贝氏体钢焊接后空冷仍然为准贝氏体组织，焊接前后比容变化极小，故而其组织内应力小，焊接裂纹倾向小。经过研究测定，比同强度的合金结构钢焊接性好，同时准贝氏体组织抗回火能力高，所以热影响区的力学性能损失较小。

5.本发明的准贝氏体钢节能效果好、生产效率高。准贝氏体钢在轧、锻或奥氏体状态下空冷即可得到准贝氏体组织，故而不再进行单独的淬火处理，简化工艺流程，节约大量能源，改善产品质量和降低生产成本。

6.本发明的准贝氏体钢成本低廉、生产开发方便。其主加元素为普通的硅Si、锰Mn等，故其成本不高，考虑特殊要求如耐腐蚀、抗疲劳、高淬透性等，可以适当加入一些铬Cr、镍Ni、钼Mo或少量硼B、铌Nb、钒V等，一般钢厂在不增加设备的前提下即可组织生产，基本上不存在冶炼、浇注、轧制等方面的困难，经过测定高温变形抗力并无明显增高现象，在生产过程中只需要注意生产场合的冷却条件即可，若轧、锻后控制冷却，力学性能可大幅度提高，不必回火或在范围较宽的低温状态下回火，这样在不增加投资或投资很少的条件下即可进行生产。

7.本发明的准贝氏体钢应用广泛。就铁道部用钢材而言，除了主要应用于鱼尾板材料上之外，还广泛适用于铁路桥梁、建筑、起重机械、大型结构架各类高强板材及钢筋、铁路道岔、高强度螺栓等用材；适用于高精度高速铁路列车用车轮及轮毂上；适用于重载铁路路枕、涵洞等用高强度钢筋上等。

五.具体实施方式：

实施例一：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C 0.10，硅Si 0.80，锰Mn 1.0，钼Mo 0.20，铬Cr 0.30，镍Ni 0.50，其余重量份为铁Fe。

其冶炼方法按一般钢的冶炼方法，采用电炉或转炉进行熔炼，再进行精炼，在熔炼或精炼过程中控制钢液的气体含量为：氮气N2≤80PPm，氢气H2≤4PPm，氧气O2≤25PPm。

其热处理方法采用910℃～950℃淬火+空冷或水冷或油冷+200℃～450℃低温回火+水冷即可。

上面所述的准贝氏体钢可以应用在铁路桥形冻结鱼尾板上。

上面所述的准贝氏体钢可以应用在铁路桥梁、建筑、起重机械、大型结构架用高强度板材上。

上面所述的准贝氏体钢可以应用在铁路道岔、高强度螺栓、高速列车车轮及轮毂上。

上面所述的准贝氏体钢可以应用在高速重载铁路路枕、涵洞用高强度钢筋上。

实施例二：本实施例与实施例一的冶炼方法和热处理方法及应用基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C0.25，硅Si 2.60，锰Mn 3.50，钼Mo 0.80，铬Cr 2.0，镍Ni 1.50，其余重量份为铁Fe。

实施例三：本实施例与实施例一的冶炼方法和热处理方法及应用基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C0.15，硅Si 1.60，锰Mn 2.50，Mo 0.50，铬Cr 1.0，镍Ni 1.0，其余重量份为铁Fe。

实施例四：本实施例与实施例一的冶炼方法和热处理方法及应用基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C0.10，硅Si 2.60，锰Mn 1.0，钼Mo 0.80，铬Cr 0.30，镍Ni 1.50，其余重量份为铁Fe。

实施例五：本实施例与实施例一的冶炼方法和热处理方法及应用基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C0.25，硅Si 0.80，锰Mn 3.50，钼Mo 0.20，铬Cr 2.0，镍Ni 0.50，其余重量份为铁Fe。

实施例六：本实施例与实施例一的冶炼方法和热处理方法及应用基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C0.10，硅Si 0.80，锰Mn 1.0，钼Mo 0.20，铬Cr 0.30，镍Ni 0.50，铌Nb 0.01，钒V 0.10，其余重量份为铁Fe。

实施例七：本实施例与实施例一的冶炼方法和热处理方法及应用基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C0.25，硅Si 2.60，锰Mn 3.50，钼Mo 0.80，铬Cr 2.0，镍Ni 1.50，铌Nb 0.07，钒V 0.70，其余重量份为铁Fe。

实施例八：本实施例与实施例一的冶炼方法和热处理方法及应用基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C0.15，硅Si 1.60，锰Mn 2.50，钼Mo 0.50，铬Cr 1.0，镍Ni 1.0，铌Nb 0.04，钒V 0.40，其余重量份为铁Fe。

实施例九：本实施例与实施例一的冶炼方法和热处理方法及应用基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C0.10，硅Si 2.30，锰Mn 3.20，钼Mo 0.40，铬Cr 1.9，镍Ni 0.6，铌Nb 0.03，钒V 0.50，其余重量份为铁Fe。

实施例十：本实施例与实施例一的冶炼方法和热处理方法及应用基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C0.22，硅Si 1.35，锰Mn 2.50，钼Mo 0.30，铬Cr 1.5，镍Ni 1.16，铌Nb 0.06，钒V 0.60，其余重量份为铁Fe。

实施例十一：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C 0.10，硅Si0.80，锰Mn 1.0，硼B 0.002，铬Cr 0.30，镍Ni 0.50，其余重量份为铁Fe。

上面所述的准贝氏体钢可以应用在铁路桥形冻结鱼尾板上。

实施例十二：本实施例与实施例十一的冶炼方法和热处理方法及应用基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C 0.25，硅Si 2.60，锰Mn 3.50，硼B 0.005，铬Cr 2.0，镍Ni 1.50，其余重量份为铁Fe。

实施例十三：本实施例与实施例十一的冶炼方法和热处理方法及应用基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C 0.15，硅Si 1.60，锰Mn 2.50，硼B 0.004，铬Cr 1.0，镍Ni 1.0，其余重量份为铁Fe。

实施例十四：本实施例与实施例十一的冶炼方法和热处理方法及应用基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C 0.10，硅Si 2.60，锰Mn 1.0，硼B 0.003，铬Cr 0.30，镍Ni 1.50，其余重量份为铁Fe。

实施例十五：本实施例与实施例十一的冶炼方法和热处理方法及应用基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C 0.25，硅Si 0.80，锰Mn 3.50，硼B 0.0046，铬Cr 2.0，镍Ni 0.50，其余重量份为铁Fe。

实施例十六：本实施例与实施例十一的冶炼方法和热处理方法及应用基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C 0.10，硅Si 0.80，锰Mn 1.0，硼B 0.002，铬Cr 0.30，镍Ni 0.50，铌Nb 0.01，钒V 0.10，其余重量份为铁Fe。

实施例十七：本实施例与实施例十一的冶炼方法和热处理方法及应用基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C 0.25，硅Si 2.60，锰Mn 3.50，硼B 0.005，铬Cr 2.0，镍Ni 1.50，铌Nb 0.07，钒V 0.70，其余重量份为铁Fe。

实施例十八：本实施例与实施例十一的冶炼方法和热处理方法及应用基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C 0.15，硅Si 1.60，锰Mn 2.50，硼B 0.004，铬Cr 1.0，镍Ni 1.0，铌Nb 0.04，钒V 0.40，其余重量份为铁Fe。

实施例十九：本实施例与实施例十一的冶炼方法和热处理方法及应用基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C 0.10，硅Si 2.30，锰Mn 3.20，硼B 0.003，铬Cr 1.9，镍Ni 0.6，铌Nb 0.03，钒V 0.50，其余重量份为铁Fe。

实施例二十：本实施例与实施例十一的冶炼方法和热处理方法及应用基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C 0.22，硅Si 1.35，锰Mn 2.50，硼B 0.0035，铬Cr 1.5，镍Ni 1.16，铌Nb 0.06，钒V 0.60，其余重量份为铁Fe。

实施例二十一：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C 0.10，硅Si0.80，锰Mn 1.0，其余重量份为铁Fe。

上面所述的准贝氏体钢可以应用在铁路桥形冻结鱼尾板上。

实施例二十二：本实施例与实施例二十一的冶炼方法和热处理方法及应用基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C 0.25，硅Si 2.60，锰Mn 3.50，其余重量份为铁Fe。

实施例二十三：本实施例与实施例二十一的冶炼方法和热处理方法及应用基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C 0.20，硅Si 1.60，锰Mn 1.50，其余重量份为铁Fe。

实施例二十四：本实施例与实施例二十一的冶炼方法和热处理方法及应用基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C 0.15，硅Si 2.0，锰Mn 2.50，其余重量份为铁Fe。

实施例二十五：本实施例与实施例二十一的冶炼方法和热处理方法及应用基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：以100重量份为单位，准贝氏体钢含有碳C 0.11，硅Si 2.20，锰Mn 3.45，其余重量份为铁Fe。

Claims

1. 一种准贝氏体钢，其特征是：以重量百分比为单位，含有碳C 0.10≤碳含量＜0.15，硅Si 2.20＜硅含量≤2.60，锰Mn 1.0～3.50，余量为铁Fe。

2. 一种准贝氏体钢，其特征是：以重量百分比为单位，含有碳C 0.10≤碳含量＜0.15，硅Si 2.20＜硅含量≤2.60，锰Mn 1.0～3.50，钼Mo 0.20～0.80，铬Cr 0.30～2.0，镍Ni 0.50～1.50，余量为铁Fe。

3. 根据权利要求2所述的准贝氏体钢，其特征是：还含有铌Nb 0.01～0.07，钒V 0.10～0.70，余量为铁Fe。

4. 一种权利要求1～3中任一权利要求所述的准贝氏体钢的冶炼方法，按一般钢的冶炼方法，采用电炉或转炉进行精炼，其特征是：在精炼过程中控制钢液的气体含量为：氮气N₂≤80ppm，氢气H₂≤4ppm，氧气O₂≤25ppm。