CN102242315B - 一种细化车轮钢组织的氧化物冶金方法 - Google Patents
一种细化车轮钢组织的氧化物冶金方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102242315B CN102242315B CN201110187992.XA CN201110187992A CN102242315B CN 102242315 B CN102242315 B CN 102242315B CN 201110187992 A CN201110187992 A CN 201110187992A CN 102242315 B CN102242315 B CN 102242315B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- steel
- wheel steel
- wheel
- improved
- oxide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 49
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000007670 refining Methods 0.000 title abstract description 6
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims abstract description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 10
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 claims description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 claims description 3
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 abstract 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 abstract 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 abstract 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000006392 deoxygenation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010020880 Hypertrophy Diseases 0.000 description 1
- 206010021143 Hypoxia Diseases 0.000 description 1
- 229910000954 Medium-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010039897 Sedation Diseases 0.000 description 1
- 241001062472 Stokellia anisodon Species 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- -1 by applying voltage Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000007954 hypoxia Effects 0.000 description 1
- 239000010416 ion conductor Substances 0.000 description 1
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 description 1
- 239000010451 perlite Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000002271 resection Methods 0.000 description 1
- 230000036280 sedation Effects 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003245 working effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
一种细化车轮钢组织的方法，特别涉及采用氧化物冶金技术手段细化车轮钢组织，改善其综合性能，属于新材料冶金技术领域。本发明主要通过选择、添加合适的微量合金元素，形成弥散的氧化物质点，使氧化物颗粒作为促进形核的质点，改善铸坯和产品组织的均匀性和致密性，细化其组织，进而获得优异的综合性能。在O、N含量分别控制25ppm和45ppm以下的基础上，提出将Ti提高到0.025~0.030wt%，酸溶铝Als提高到0.030~0.055wt%，及合金元素Cr提高到0.030~0.040wt%，浇铸过程中形成第二相颗粒，促进结晶。随后控制轧制及热处理，使析出物质点弥散分布，阻止晶粒长大，强化车轮钢。本发明使车轮钢的组织细化均匀，从而提高车轮钢综合性能。该方法控制简单、成本低廉、并且易于在工业生产中实现。
Description
技术领域
本发明涉及高速车轮钢组织的细化，特别涉及采用氧化物冶金技术手段细化车轮钢组织，改善其综合性能，属于新材料冶金技术领域。
背景技术
随着铁路运输向着高速、重载方向的迅速发展，对车轮和轮箍的质量与性能提出了更高的要求。以客运专线运营200-250km/h时速、货车轴重由21T提高到25T为标志，我国铁路对车轮的质量与性能提出了更高的要求。需要优良的冶金质量确保安全性，以高的强度来适应大载重量，以高韧性来保证车轮运行的可靠性，以高的耐磨性来延长其使用寿命。采用氧化物冶金这一低成本的方法来改善铸坯和产品组织的均匀性和致密性，消除大颗粒夹杂和元素偏析，从而降低氢致开裂敏感性，提高车轮综合性能。
氧化物冶金技术核心是通过在钢中形成弥散分布的第二相（氧化物、硫化物及金属碳氮化物等）来细化晶粒尺寸而提高综合机械性能。
JP2001-288509文献中，将钢水中的氧控制在20～80ppm后，依次添加Ti、Al和Ca进行脱氧，这是按照脱氧能力从弱到强的顺序添加的，可以细化并增加氧化物含量。这种方法既可以减少钢水中氧的过饱和度，还可以反复进行脱氧反应，起到了抑制氧化物过度生长和粗化的作用。但是，在专利文献中，夹杂物的成分由反复添加的脱氧元素决定，而且氧化物弥散量由初期溶解于钢水中的氧决定，而且也不能促进氧化物的细化和弥散。并且这种方法只是应用于低碳钢，未提及中碳钢。
专利JP8-246026中，在添加脱氧剂后，向镇静状态的钢水中吹氧来控制钢中夹杂物的形态。专利JP10-193046中，提到了氧气的供给方法（用固体氧离子导体，通过施加电压，将氧气加到钢水中）、细小氧化物生成和弥散方法以及向钢水中吹入氧化性气体，使细小氧化物弥散的方法。这些方法都是在低氧状态下供氧的，在脱氧反应中饱和度不高，可以抑制粗大脱氧生成物的生成。
发明内容
本发明目的是通过选择、添加合适的微量合金元素，形成弥散的氧化物质点，促进铸坯组织晶粒细化，在随后的轧制和热处理过程中使合金元素作为第二相析出，阻止奥氏体晶粒长大，使车轮钢弥散强化，从而达到提高力学性能的目的。
氧化物冶金技术中，氧化物（包括由氧化反应生成的碳氮化物等第二相）的种类和大小以及分布是其关键因素。弥散分布的氧化物质点有利于细化钢组织，强化钢性能。车轮钢炼钢生产工艺为转炉炼钢—炉外精炼—VD除气—连铸浇铸，氧化物的最终产物不仅与钢液中C、N和O等含量有关，而且与脱氧元素、合金元素及添加顺序有关。对于合金元素，Cr是强碳化物形成元素，能提高Ac1、Ac3的临界点，同时可使钢具有适度的淬透性，加入Cr可以减少碳在奥氏体中的扩散系数，从而细化奥氏体晶粒尺寸，减小珠光体片间距，使车轮钢强度、硬度、耐磨性升高，但会降低钢的塑性。Al和Ti在钢中形成AlN、钛化物等析出物钉扎晶界，使奥氏体细化。
一种细化车轮钢组织的氧化物冶金方法，浇注前钢中元素含量为：C：0.49wt%，Si：1.08wt%，Mn：0.89wt%，P：0.008wt%，S：<0.002wt%，Ti：0.026wt%，Als：0.032wt%，Cr：0.035wt%，O：≤25ppm，N：≤45ppm，其余为Fe；在VD除气后、连铸浇铸前加入的Ti首先在1650-1550℃浇铸过程中形成氮化钛第二相，促进结晶，细化初晶尺寸，同时阻止N与添加Ti以后再加入的Al在较高温度下反应生产大尺寸夹杂物，在连铸后钢坯在1180-1250℃控制轧制时，Al与N通过扩散反应产生纳米级AlN析出，阻止轧制过程中奥氏体晶粒的粗化；随后在810-890℃热处理，使纳米级CrC析出，进一步强化车轮钢。即弥散强化和细晶强化相结合，提高车轮钢的综合性能。
与现有的技术相比，本发明特点在于，通过选择、添加合适的微量合金元素，形成弥散的氧化物质点，使氮化物颗粒作为促进形核的质点，在不改变先后车轮生产工艺的情况下改善铸坯和产品组织的均匀性和致密性。使车轮钢强度（抗拉强度≥850MPa）和韧性（常温冲击韧性≥15J，断裂韧性≥85MPa·m1/2）匹配良好，获得优异的综合性能；由于添加合金后临界点Ac1和Ms较高，还具有良好的抗热损伤、抗机械疲劳损伤能力；对氮化物弥散强化和合金元素固溶强化配合，一方面，合金元素少而廉价，加入量容易控制，同时钢中氮化物在钢中不影响钢的性能，不增加生产成本。
附图说明
图1为实施例1的金相图
图2为实施例2的金相图
图3为实施例3的金相图
图4为实施例4的金相图
图5为实施例1、2、3、4钢的有效晶粒度级别图
图6为实施例2中纳米级AlN析出的透射电镜（TEM）图像
表1为实施例1、2、3、4钢的化学成分
表2为实施例1、2、3、4钢的性能。
具体实施方式
实施例1：采用通用的冶炼设备，按表1标号1的组分及含量，采用通常的冶炼工艺进行冶炼，连铸成圆坯；然后将圆坯模切块、加热、锻压、轧制、热处理。其金相如图，性能检测见表2。
实施例2：分别按照表1标号2的组分及含量重复实施例1的方法，对其进行加工处理，性能检测见表2。
实施例3：分别按照表1标号3的组分及含量重复实施例1的方法，对其进行加工处理，性能检测见表2。
实施例4：分别按照表1标号4的组分及含量重复实施例1的方法，对其进行加工处理，性能检测见表2。
实施例1、2、3、4试样的金相微观组织如图1至图4。对比实施例1、2、3、4试样的金相图1、图2、图3及图4，提高脱氧元素Al以及合金元素Cr和Ti的含量，有利于车轮钢组织细化。按照GB/T6394-2002采用三圆截点法对实施例1、2、3、4试样的晶粒度进行统计，不同实施例的车轮钢的晶粒度级别如图5所示。可见，将Als提高到0.032wt%，Ti提高到0.025wt%，Cr提高到0.035wt%，车轮钢组织明显细化。
按照GB/T4161-2007、GB7314-1987、GB/T231.1-2002和GB/T229-1994进行测试获得的断裂韧性、常温抗拉强度、布氏硬度和常温冲击功如表2所示。由表可见，与实施例1相比，实施例2、3、4试样强度（抗拉强度≥850MPa）和韧性（常温冲击韧性≥15J，断裂韧性≥85MPa·m1/2）明显提高，并且匹配良好。
综上所述，本发明可以使车轮钢的晶粒细化和组织均匀化，并且明显提高车轮钢的综合性能。
表1
| 编号 | C | Als | Cr | Mn | P | S | Si | Ti | Fe |
| 1# | 0.48 | 0.025 | 0.012 | 0.63 | 0.007 | <0.002 | 1.12 | 0.006 | Bal. |
| 2# | 0.49 | 0.052 | 0.013 | 0.88 | 0.007 | <0.002 | 1.07 | 0.025 | Bal. |
| 3# | 0.49 | 0.023 | 0.033 | 0.87 | 0.008 | <0.002 | 1.1 | 0.023 | Bal. |
| 4# | 0.49 | 0.032 | 0.035 | 0.89 | 0.008 | <0.002 | 1.08 | 0.026 | Bal. |
表2
Claims (1)
1.一种细化车轮钢组织的氧化物冶金方法：其特征在于：钢中基本元素含量为：C：0.49wt%，Si：1.08wt%，Mn：0.89wt%，P：0.008wt%，S：<0.002wt%，Ti：0.026wt%，Als：0.032wt%，Cr：0.035wt%，O：≤25ppm，N：≤45ppm，其余为Fe；实施方法为：VD从除气后、连铸浇铸前首先将钢中Ti提高到0.026wt%；搅拌后再通过添加合金元素将酸溶铝Als提高到0.032wt%、合金元素Cr提高到0.035wt%；加入的Ti首先在1650-1550℃浇铸过程中形成氮化钛第二相，促进结晶，细化初晶尺寸，同时阻止N与Al的进一步反应生产大尺寸夹杂物；在1180-1250℃控制轧制，可使Al与N进一步反应生产纳米级AlN析出，阻止轧制过程中奥氏体晶粒的粗化；随后在810-890℃热处理，使纳米级CrC析出，进一步强化车轮钢；即弥散强化和细晶强化相结合，提高车轮钢的综合性能。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110187992.XA CN102242315B (zh) | 2011-07-06 | 2011-07-06 | 一种细化车轮钢组织的氧化物冶金方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110187992.XA CN102242315B (zh) | 2011-07-06 | 2011-07-06 | 一种细化车轮钢组织的氧化物冶金方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102242315A CN102242315A (zh) | 2011-11-16 |
| CN102242315B true CN102242315B (zh) | 2014-03-26 |
Family
ID=44960552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110187992.XA Expired - Fee Related CN102242315B (zh) | 2011-07-06 | 2011-07-06 | 一种细化车轮钢组织的氧化物冶金方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102242315B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116121657A (zh) * | 2022-11-25 | 2023-05-16 | 重庆钢铁股份有限公司 | 一种优良组织均匀性50优碳钢带及其生产方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101376948A (zh) * | 2007-08-27 | 2009-03-04 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种低成本高纯净度汽车轮毂用中碳轴承钢及其制造方法 |
| CN101410544A (zh) * | 2006-03-28 | 2009-04-15 | 杰富意钢铁株式会社 | 极软高碳热轧钢板及其制造方法 |
| CN101736194A (zh) * | 2008-11-19 | 2010-06-16 | 攀钢集团研究院有限公司 | 一种车轮钢及其制备方法和车轮 |
-
2011
- 2011-07-06 CN CN201110187992.XA patent/CN102242315B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101410544A (zh) * | 2006-03-28 | 2009-04-15 | 杰富意钢铁株式会社 | 极软高碳热轧钢板及其制造方法 |
| CN101376948A (zh) * | 2007-08-27 | 2009-03-04 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种低成本高纯净度汽车轮毂用中碳轴承钢及其制造方法 |
| CN101736194A (zh) * | 2008-11-19 | 2010-06-16 | 攀钢集团研究院有限公司 | 一种车轮钢及其制备方法和车轮 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王超等.《氧化物冶金技术及应用》.《河北理工大学学报（自然科学版）》.2011,第33卷(第2期),第18-23页. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102242315A (zh) | 2011-11-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106661705B (zh) | 渗碳合金钢及其制备方法和应用 | |
| CN110527911B (zh) | 一种低密度高强高耐蚀齿轮轴承钢及其制备方法 | |
| CN108642403A (zh) | 一种780MPa级超高强度Fe-Mn-Al-C系轻质铸钢及其制备方法 | |
| CN109988971B (zh) | 一种生产特超级纯净高速工具钢的方法 | |
| CN108342640A (zh) | 一种高淬透性齿轮钢及其制造方法 | |
| WO2014139453A1 (zh) | 富Cu纳米团簇强化的超高强度铁素体钢及其制造方法 | |
| CN111074148B (zh) | 一种800MPa级热冲压桥壳钢及其制造方法 | |
| CN111172466B (zh) | 一种塑性增强的抗拉强度590MPa级冷轧双相钢及其生产方法 | |
| CN102071368A (zh) | 低成本锻造用中碳非调质钢 | |
| CN114411043B (zh) | 一种大型热锻热作模具钢的制备方法 | |
| WO2022228216A1 (zh) | 一种高温渗碳齿轴用钢及其制造方法 | |
| CN114717488A (zh) | 一种1800MPa级高塑韧性高耐蚀马氏体时效不锈钢及其制备方法 | |
| CN111485167A (zh) | 一种稀土微合金化25MnCrNiMoA钩尾框用热轧圆钢及其生产方法 | |
| CN113774281A (zh) | 一种2000MPa级高塑韧性高耐蚀马氏体时效不锈钢及其制备方法 | |
| CN102876982A (zh) | 一种车轴用钢及其制造方法 | |
| CN114807772A (zh) | 一种时效强化的高强韧轻质钢及其制造方法 | |
| CN115261737B (zh) | 一种空冷高强韧轻质奥氏体钢及其制备方法 | |
| CN112981266A (zh) | 一种乘用车转向器齿条用钢及其制造方法 | |
| CN106086630B (zh) | 一种含有纳米析出相的低成本高强韧铁素体钢板及其制造方法 | |
| CN109695001A (zh) | 一种新型稀土热作模具钢及其制备方法 | |
| CN115029631A (zh) | 一种高强度、高韧性风电变速箱齿轮用钢及其制造方法 | |
| CN114517276A (zh) | 一种超低碳高性能马氏体时效不锈钢及其制备方法 | |
| CN102242315B (zh) | 一种细化车轮钢组织的氧化物冶金方法 | |
| CN115181901B (zh) | 一种高强韧硬低温贝氏体热作模具钢及其制备方法 | |
| CN113832404B (zh) | 一种含硼高性能齿轮锻件及其生产方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140326 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |