CN102560271A - 一种适用于制造aarm101-2009f级车轴的钢坯 - Google Patents

一种适用于制造aarm101-2009f级车轴的钢坯 Download PDF

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李辉
邹本仁
王皓
翁海辉
刘娟娟
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Abstract

本发明提供一种适用于制造AARM101-2009F级车轴的钢坯。其特征在于，包括以下含量(wt％)的元素：C为0.47～0.57，Si为0.17～0.40，Mn为0.60～0.90，P为≤0.03，S为≤0.03，Cr为0.01～0.30，Cu为0.01～0.25，Ni为0.01～0.30，V为0.01～0.15，Mo为0.01～0.15，Ti为0.01～0.05，Al为0.020～0.050余量为铁和不可避免的杂质，以总组分的重量百分比计，所述杂质包括氢≤2ppm，氧≤25ppm。本发明提供的钢坯适用于制造符合AARM101-2009的检验标准的车轴。

Description

一种适用于制造AARM101-2009F级车轴的钢坯
技术领域
本发明涉及一种车轴用钢坯，尤其涉及一种适用于制造AARM101-2009F级车轴的钢坯。
背景技术
车轴作为影响铁道车辆行车安全的重要部件，在国内外均受到高度的重视，并都制定了相应的专用标准。对于铁道车辆货车类F级车轴加工，国内应用的是TB/T2945-1999《铁道车辆用LZ50钢车轴及钢坯技术条件》标准，该标准规定了F级车轴及其加工所用钢坯的生产标准和检验标准；而在世界大部分地区尤其是北美及澳大利亚等地区应用的是北美铁道行业协会制定的AARM101-2009《经热处理后碳素钢车轴规范》标准，该标准规定了F级车轴的检验标准和生产标准，但对其加工所用的钢坯的检验标准和生产标准没有作出详细规定。
钢坯的质量是决定后续能否生产出符合车轴检验标准的车轴的关键，在AARM101-2009《经热处理后碳素钢车轴规范》标准没有对钢坯检验标准进行规定的情况下，国内大部分车轴制造厂仍沿用了TB/T2945-1999《铁道车辆用LZ50钢车轴及钢坯技术条件》规定的钢坯检验标准。
国内使用的TB/T2945-1999《铁道车辆用LZ50钢车轴及钢坯技术条件》标准在1999年制定时，在关于F级车轴及钢坯的生产和检验标准上等同于AARM101-1999《经热处理后碳素钢车轴规范》标准所规定的F级车轴及钢坯的生产和检验标准，但随AARM101-1999《经热处理后碳素钢车轴规范》标准在2004、2005、2007、2009年的不断修订，在其车轴检验标准中所规定的车轴的机械性能检测指标上都超越了TB/T2945-1999《铁道车辆用LZ50钢车轴及钢坯技术条件》标准对车轴的机械性能检测指标的要求，在车轴检验标准升高的基础上，仍沿用旧的钢坯检验标准来生产和选择钢坯，势必会影响按照AARM101-2009《经热处理后碳素钢车轴规范》标准所规定的车轴生产方法制造F级车轴的质量。实践证明，目前生产出的车轴大量不符合AARM101-2009《经热处理后碳素钢车轴规范》标准所规定的F级车轴检验标准，不能满足国际客户对F级车轴的质量要求。因此，确定作为F级车轴加工原料的钢坯的性能指标，并生产符合F级车轴加工要求的钢坯，是制约AARM101-2009F级车轴生产的关键技术。
发明内容
本发明提供一种适用于制造AARM101-2009F级车轴的钢坯，使用本发明提供的钢坯制成的车轴符合AARM101-2009F级车轴的检验标准。
本发明提供的适用于制造AARM101-2009F级车轴的钢坯，包括以下含量(wt％)的元素：C为0.47～0.57，Si为0.17～0.40，Mn为0.60～0.90，P为≤0.03，S为≤0.03，Cr为0.01～0.30，Cu为0.01～0.25，Ni为0.01～0.30，V为0.01～0.15，Mo为0.01～0.15，Ti为0.01～0.05，Al为0.020～0.050；余量为铁和不可避免的杂质；以总组分的重量百分比计，所述杂质包括氢≤2ppm，氧≤25ppm。
本发明提供的钢坯中所有组分的测定均按照现有的行业标准和技术规范操作，即，各元素含量的测定可参照GB223《钢铁及合金化学分析方法》的规定进行；氧和氢的含量测定可分别参照GB/T11261《钢铁氧含量的测定脉冲加热惰气熔融-红外线吸收法》和GB/T223.82《钢铁氢含量的测定惰气脉冲熔融热导法》的规定进行。
在本发明的一个实施例中，本发明所提供的钢坯还应满足相关非金属夹杂物级别的要求，具体地，在钢坯的一个断面上，取该断面中心处至断面边缘直线距离的一半处的试样，测定非金属夹杂物级别，所述非金属夹杂物包括硫化物、氧化铝、硅酸盐或球状氧化物中的一类或两类以上的组合，其中任一类非金属夹杂物级别≤2.0级；同时含有硫化物和硅酸盐时其合并级别≤2.5级。本发明所述的钢坯断面从经轧制处理的钢坯获得，一般为四边相等的正方形，有关非金属夹杂物级别的测定可参照GB10561《钢中非金属夹杂物显微评定方法》的规定进行。
本发明所提供的钢坯，低倍组织的一般疏松、中心疏松和锭型偏析均≤2.0级，点状偏析≤1.5级。关于钢坯低倍组织的测定评级为常规方法，例如可参照GB1979《结构钢低倍组织缺陷评级图》的规定进行，即，以酸浸方法处理钢坯并进行测定。
本发明所提供的钢坯还应满足相关的力学性能要求，对所述钢坯截取的200mm×200mm×200mm的试样，在经两次正火和回火处理后，在该试样的一个截面上，距两侧边直线距离均为60mm处测得的抗拉强度≥645MPa，下屈服强度≥365MPa，断后伸长率
Figure BDA0000042591970000031
断面收缩率≥39％，晶粒度≥6；
所述两次正火和回火处理中，第一次正火为820℃～900℃，保温3-5小时；第二次正火为770℃～850℃，保温3-5小时；所述回火为：500℃～680℃，保温3-5小时；且第一次正火温度高于第二次正火温度。
本发明中所述钢坯的抗拉强度、下屈服强度、断后伸长率
Figure BDA0000042591970000032
和断面收缩率等性能的测定可参照GB228《金属拉伸试验方法》的规定进行。本发明中所述钢坯的晶粒度可参照YB/T5148《金属平均晶粒度测定法》的规定进行测定。
进一步的，本发明提供的钢坯为经过电炉冶炼、LF吹氩、VD真空、钢锭浇注、钢锭热轧以及冷却处理获得的钢坯。
使用本发明提供的钢坯制成的F级车轴符合AARM101-2009《经热处理后碳素钢车轴规范》F级车轴的检验标准，有效地解决了现有钢坯不能满足国际客户对车轴的质量要求的问题。
附图说明
图1为测定非金属杂物级别时的试样部位。
图2为测定抗拉强度、下屈服强度、断后伸长率
Figure BDA0000042591970000041
和断面收缩率，以及晶粒度的试样部位(图中长度单位为毫米)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明实施例的技术方案。
实施例1、通过以下工艺步骤制备本发明的适用于制造AARM101-2009F级车轴的钢坯。
步骤1、电炉冶炼：在冶炼炉内配入38％的铁水，其余配入废钢，在1500-1600℃冶炼30-50分钟。
步骤2、LF吹氩：LF炉(钢包精炼炉)中，使用GB223《钢铁及合金化学分析方法》测定步骤1冶炼钢水中C、Si、Mn、P、S、Cr、Cu、Ni、V、Mo、Ti和Al各元素的含量，根据测得的含量，将钢水中各元素调整到以下的含量(wt％)范围：C为0.47～0.57，Si为0.17～0.40，Mn为0.60～0.90，P为≤0.03，S为≤0.03，Cr为0.01～0.30，Cu为0.01～0.25，Ni为0.01～0.30，V为0.01～0.15，Mo为0.01～0.15，Ti为0.01～0.05，Al为0.020～0.050；对于含量小于上述要求的元素可以通过直接加入相应的单质进行调节，当某些元素含量过高时，可通过过滤去除含有相应元素的化合物进行调节。
优选的，本发明提供的钢坯制造方法，还包括在LF吹氩步骤调整各元素含量后和VD真空步骤前倒渣去除钢水中的非金属夹杂物，所述非金属夹杂物为硫化物、氧化铝、硅酸盐或球状氧化物中的一类或两类以上，使最终获得的钢坯中任一类非金属夹杂物级别≤2.0级；同时含有硫化物和硅酸盐时其合并级别≤2.5级。
步骤3、VD真空：在67Pa保持真空，15分钟后，分别通过GB/T11261《钢铁氧含量的测定脉冲加热惰气熔融-红外线吸收法》和GB/T223.82《钢铁氢含量的测定惰气脉冲熔融热导法》测定钢水中氧和氢的含量，根据测得的含量，计算需要进一步VD真空的时间，使最终得到的钢坯中氢≤2ppm，氧≤25ppm。
步骤4、钢锭浇注：在钢包下水口安装氩气罩，在氩气保护下，进行钢锭浇注。
步骤5、钢锭热轧：将钢锭在1280℃下保温6小时后，用825型号的扎机，按照压缩比不小于6∶1轧制；
步骤6、冷却处理：采用具有顶盖的冷却坑，使钢坯在自然条件下冷却至200℃以下出坑(缓冷处理)，用电动砂轮进行钢坯表面清理。
以下为对步骤6制成的钢坯中各元素、氢和氢的含量以及非金属夹杂物级别的测定。
1)根据GB223《钢铁及合金化学分析方法》的步骤对钢坯中各元素的含量进行测定，重复两次，钢坯中各元素的含量如表1所示：
表1
Figure BDA0000042591970000051
2)根据GB/T11261《钢铁氧含量的测定脉冲加热惰气熔融-红外线吸收法》和GB/T223.82《钢铁氢含量的测定惰气脉冲熔融热导法》对钢坯中氧和氢的含量进行测定，重复两次，结果如表2所示：
表2
Figure BDA0000042591970000052
3)根据GB10561《钢中非金属夹杂物显微评定方法》的步骤对钢坯中非金属夹杂物级别进行测定，所述用于测定非金属夹杂物级别的试样为在钢坯的一个断面上，取该断面中心处至断面边缘直线距离的一半处的试样，如图1中A所示部位。重复两次，测定结果如表3所示：
表3
4)根据GB1979《结构钢低倍组织缺陷评级图》对经酸浸处理后的钢坯的低倍组织进行评级，重复两次，结果如表4所示：
表4
Figure BDA0000042591970000062
5)从本发明的钢坯截取的200mm×200mm×200mm的试样，经两次正火和回火处理后，根据GB228《金属拉伸试验方法》，在该试样的一个截面上，距两侧边直线距离均为60mm处，如图2所示的部位A处，测定抗拉强度、下屈服强度、断后伸长率
Figure BDA0000042591970000063
和断面收缩率等机械性能；以及根据YB/T5148《金属平均晶粒度测定法》测定如图2所示的部位A处的晶粒度，图2中B代表切割线。所述第一次正火为820℃，保温3-5小时；第二次正火为770℃，保温3-5小时；所述回火为：500℃，保温3-5小时。按上述方法，重复两次，测定结果如表5所示。
表5
Figure BDA0000042591970000071
使用本实施例提供的钢坯根据AARM101-2009《经热处理后碳素钢车轴规范》F级车轴生产标准生产的F级车轴，其各项性能指标如表6所示，均符合AARM101-2009《经热处理后碳素钢车轴规范》F级车轴检验标准。
表6
实施例2、使用实施例1方法制造钢坯，其中，加入铁水的比例为39％，钢坯的其他加工步骤同实施例1。
对本实施例的钢坯按照实施例1的检测步骤进行检测，其中，对钢坯中各元素的含量进行测定，重复两次，结果如表7所示：
表7
Figure BDA0000042591970000081
对本实施例的钢坯中氧和氢的含量进行测定，重复两次，结果如表8所示：
表8
Figure BDA0000042591970000082
对本实施例的钢坯中非金属夹杂物级别进行测定，用于测定非金属夹杂物级别的试样部位同实施例1。重复两次，测定结果如表9所示：
表9
Figure BDA0000042591970000083
本实施例的钢坯，经酸浸处理后，对其低倍组织进行评级，重复两次，结果如表10所示：
表10
Figure BDA0000042591970000084
对本实施例的钢坯按照实施例1的方式获取试样，对该试样进行两次正火和回火处理后，在与实施例1相同的部位对试样进行抗拉强度、下屈服强度、断后伸长率
Figure BDA0000042591970000091
和断面收缩率以及晶粒度的测定，所述第一次正火为850℃，保温3-5小时；第二次正火为800℃，保温3-5小时；所述回火为：600℃，测定结果如表11所示：
表11
Figure BDA0000042591970000092
使用本实施例的钢坯根据AARM101-2009《经热处理后碳素钢车轴规范》F级车轴生产标准生产的F级车轴，其各项性能指标如表12所示，均符合AARM101-2009《经热处理后碳素钢车轴规范》F级车轴检验标准。
表12
Figure BDA0000042591970000093
实施例3、使用实施例1方法制造钢坯，其中，加入铁水的比例为36％，钢坯的其他加工步骤同实施例1。
对本实施例的钢坯按照实施例1的检测步骤进行检测，其中，对钢坯中各元素的含量进行测定，重复两次，结果如表13所示：
表13
对本实施例的钢坯按照实施例1的检测步骤进行检测，其中，对钢坯中各元素的含量进行测定，重复两次，结果与钢水中含量一致。
对本实施的钢坯中氧和氢的含量进行测定，重复两次，结果如表14所示：
表14
Figure BDA0000042591970000102
对本实施获得的钢坯中非金属夹杂物级别进行测定，用于测定非金属夹杂物级别的试样部位同实施例1。重复两次，测定结果如表15所示：
表15
Figure BDA0000042591970000103
对本实施的钢坯，经酸浸处理后，对其低倍组织进行评级，重复两次，结果如表16所示：
表16
Figure BDA0000042591970000111
对本实施例的钢坯按照实施例1的方式获取试样，对该试样进行两次正火和回火处理后，在与实施例1相同的部位对试样进行抗拉强度、下屈服强度、断后伸长率
Figure BDA0000042591970000112
和断面收缩率以及晶粒度的测定，所述第一次正火为900℃，保温3-5小时；第二次正火为850℃，保温3-5小时；所述回火为：680℃，保温3-5小时。按上述方法，重复测定两次，结果如表17所示：
表17
Figure BDA0000042591970000113
使用本实施例的钢坯根据AARM101-2009《经热处理后碳素钢车轴规范》F级车轴生产标准生产的F级车轴，其各项性能指标如表18所示，均符合AARM101-2009《经热处理后碳素钢车轴规范》F级车轴检验标准。
表18
Figure BDA0000042591970000121
虽然本发明以实施例揭示如上，但其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作任意改动或等同替换，故本发明的保护范围应当以本申请权利要求书所界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种适用于制造AARM101-2009F级车轴的钢坯，其特征在于，包括以下含量(wt％)的元素：C为0.47～0.57，Si为0.17～0.40，Mn为0.60～0.90，P为≤0.03，S为≤0.03，Cr为0.01～0.30，Cu为0.01～0.25，Ni为0.01～0.30，V为0.01～0.15，Mo为0.01～0.15，Ti为0.01～0.05，Al为0.020～0.050，余量为铁和不可避免的杂质；以总组分的重量百分比计，所述杂质包括氢≤2ppm，氧≤25ppm。
2.根据权利要求1所述的钢坯，其特征在于，在所述钢坯的一个断面上，取该断面中心处至断面边缘直线距离的一半处的试样，测定非金属夹杂物级别，所述非金属夹杂物包括硫化物、氧化铝、硅酸盐或球状氧化物中的一类或两类以上的组合，其中任一类非金属夹杂物级别≤2.0级；同时含有硫化物和硅酸盐时其合并级别≤2.5级。
3.根据权利要求1所述的钢坯，其特征在于，所述钢坯的低倍组织的一般疏松、中心疏松和锭型偏析均≤2.0级，点状偏析≤1.5级。
4.根据权利要求1所述的钢坯，其特征在于，对所述钢坯截取的200mm×200mm×200mm的试样，经两次正火和回火处理后，在该试样的一个截面上，距两侧边直线距离均为60mm处测得的抗拉强度≥645MPa，下屈服强度≥365MPa，断后伸长率
Figure FDA0000042591960000011
断面收缩率≥39％，晶粒度≥6；
所述两次正火和回火处理中，第一次正火为820℃～900℃，保温3-5小时；第二次正火为770℃～850℃，保温3-5小时；所述回火为：500℃～680℃，保温3-5小时；且第一次正火温度高于第二次正火温度。
5.根据权利要求1-4任一项所述的钢坯，其特征在于，所述钢坯为经过电炉冶炼、LF吹氩、VD真空、钢锭浇注、钢锭热轧以及冷却处理获得的钢坯。
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