CN103667955B

CN103667955B - 一种高冲击强度钢及其铸件

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Publication number: CN103667955B
Application number: CN201310711788.2A
Authority: CN
Inventors: 秦晓锋; 肖利民; 李辉; 陶春国; 田长亮; 贾长江; 王皓; 蔡建伟
Original assignee: Qiqihar Railway Rolling Stock Co Ltd
Current assignee: CRRC Qiqihar Rolling Stock Co Ltd
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: CN103667955A

Abstract

本发明提供一种高冲击强度钢及其铸件，其特征在于，包括如下重量百分比的各组分：C：0.26-0.29；Si：0.20-0.40；Mn：1.40-1.60；Cr：0.60-0.70；Ni：0.55-0.75；Mo：0.30-0.35；Al：0.02-0.05；Cu≤0.30；P：≤0.015；S：≤0.015，余量为铁及其他不可避免的元素。本发明还提供了由所述的高冲击强度钢经浇铸、热处理而成的铸件。本发明提供一种高冲击强度钢，该高冲击强度钢能够满足新标准的要求，具有较高的冲击功指标。

Description

一种高冲击强度钢及其铸件

技术领域

本发明涉及一种高冲击强度钢及其铸件，属于冶金技术领域。

背景技术

随着对铁路货车重载要求的不断提高，保证铁路货车运行的安全可靠性，提高关键大部件尤其是车钩的疲劳寿命显得十分重要。由于市场对铸钢要求的不断提升，因此对铸件的力学性能也提出了更高的标准，如表1所示：与AAR标准相比，新标准中铸件的强度指标提高了15%，塑性指标不变，冲击功提高了1倍。

表1铸件的力学性能标准

现有技术1：

利用现有E级钢（化学成分如表2所示）制造车钩的工艺流程：造型-制芯-冶炼-浇注-清理，其热处理工艺为调质。将上述化学成分的铸钢通过热处理得到的车钩力学性能指标的检测数据，如表3所示：

表2E级钢的化学成分（wt%）

C

Si

Mn

P

S

Cr

Mo

Ni

0.22-0.28

0.2-0.4

1.2-1.5

≤0.03

0.4-0.6

0.2-0.3

0.35-0.55

表3力学性能指标的检测数据

从表3的检测数据可知：采用上述化学成分的E级钢，并通过调质热处理工艺得到的车钩，其屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率均符合条件新标准的要求，但-40℃下的冲击功性能指标不符合要求。

现有技术2：

利用现有E级钢（化学成分如表2所示）制造车钩的工艺流程：造型-制芯-冶炼-浇注-清理，其热处理工艺为一次正火+调质。将上述化学成分的铸钢通过热处理得到的车钩力学性能指标的检测数据，如表4所示：

表4力学性能指标的检测数据

从表4的检测数据可知：采用上述化学成分的E级钢，通过一次正火+调质热处理工艺得到的车钩，其屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率均符合条件新标准的要求，-40℃下的冲击功性虽较现有技术1有所提高，但仍不符合要求。

因此，如何研制一种能够满足新标准的高冲击强度钢一直是人们亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种高冲击强度钢，该高冲击强度钢能够满足新标准的要求，具有较高的冲击功。

本发明提供一种高冲击强度钢，包括如下重量百分比的各组分：C：0.26-0.29；Si：0.20-0.40；Mn：1.40-1.60；Cr：0.60-0.70；Ni：0.55-0.75；Mo：0.30-0.35；Al：0.02-0.05；Cu≤0.30；P：≤0.015；S：≤0.015，余量为铁及其他不可避免的元素。

本发明还提供了一种铸件，该铸件是由上述高冲击强度钢经浇铸、热处理而成。

在本发明中，所述铸件包括车钩等。

根据本发明的具体实施方式，所述铸件的热处理步骤包括两次正火和调质，其中，所述调质包括淬火和回火；正火：一次正火温度为940-960℃，保温时间为2-3小时；二次正火温度为860-880℃，保温时间为2-3小时；调质：淬火温度为910-930℃，保温时间为2-3小时；回火温度为560-580℃，保温时间为4-5小时。该热处理步骤，既能满足高冲击强度铸件的成型，同时又有利于铸件的塑韧性和强度的提高。

相比于现有技术，本发明具有以下优势：

1、通过对本发明的高冲击强度钢中各元素含量的调整来满足对新标准的要求。

2、本发明通过对热处理后的铸件进行力学性能测试，不但强度和塑韧性都有大幅度提高，而且在-40℃下的冲击功达到54J以上，满足新标准的要求。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

钢的化学成分是决定钢材料力学性能的主要因素，因此，要提高钢的力学性能，合适化学成分和含量是至关重要的。本发明以碳、锰、硅元素为主，调整合金铬、镍、钼元素的含量，降低硫、磷元素含量，来确定符合力学性能指标的成分范围。

在满足上述成分前提下，采用冶炼工业常规方法可以得到本发明的高冲击强度钢，即冶炼工艺通过提高钢水的纯净度，降低气体及有害元素的含量，为材料的后续热处理提供良好的基础。该冶炼工艺可以采用现有的冶炼工艺，例如可以包括以下步骤：

1）原材料准备：根据冶炼钢种的成分要求，把冶炼过程中需要的铁合金经称重后，送至电弧炉炉前，同时把各种造渣材料、增碳剂、氧化材料、还原材料统一送至炉前；

2）装料：把经过切割、分选，尺寸和重量符合装炉要求的钢材，按“大、中、小”互相搭配装入炉料斗中，同时配加增碳剂和部分铁合金，经电瓶车运送加料跨，称重后，分批次装入电弧炉中；

3）通电熔化：钢材装入电弧炉后，即可通电熔化。采用不同的电流和电压，把电能转为热能，使钢材熔化成钢水。为加快熔化速度，在通电的过程中，还可以采用吹氧助熔的工艺；

4）氧化：钢材熔化成钢水后，加入造渣材料，使钢水表面覆盖一层炉渣，在钢水温度合适的情况下，加入氧化材料，通过碳和氧的反应，保证一定的脱碳量。使钢水发生沸腾，去除钢水中的气体。由于钢水发生了沸腾，使得钢水与炉渣充分接触，钢水中有害元素磷则转移到炉渣中。在氧化期间可分2-3次对钢水成分进行检测。在氧化末期，可对钢水包进行烘烤；

5）扒渣：氧化末期，在成分和温度符合工艺规定的情况下，停电，扒净氧化期的炉渣，以防止有害元素磷再次进入钢水中；

6）还原：扒净氧化期的炉渣后，送电并迅速加入造渣材料，通过扩散脱氧和沉淀脱氧的方式，去除钢水中氧元素，依据铁合金易氧化的程度不同，按次序把铁合金加入到钢水中。在还原过程中，采用惰性气体搅拌，使钢水发生流动，与炉渣充分接触，钢水中有害元素硫则转移到炉渣中。在脱氧、脱硫、调整钢水成分的同时，也不断的提高钢水的温度，为出钢做好准备；

7）出钢：在钢水成分合格、钢水温度和钢水包烘烤符合工艺规定、钢水脱氧试验良好的前提下，可以停电出钢；钢水包内不允许垫潮模砂。操作者在钢水包的包壁或包底出现凹坑时，经常用浇注用型砂进行修补，在钢水进入钢水包时，型砂脱落，形成新的夹杂；出钢槽应干燥流畅，不允许有杂物。主要是防止堵出钢口的砂块进入钢水中形成新的夹杂；

8）钢水精练：在出钢的过程中，向钢水包内吹入惰性气体，并保持一定的时间（例如：4-5分钟的吹氩精炼时间）通过向钢水包内吹入惰性气体，使钢水中的氧、氮随氩气的上浮而脱出，并由于氩气的搅动，促使夹杂物互相碰撞长大，上浮进入炉渣中，进一步提高钢水的纯净度。待出钢结束后，向钢水包内喂入脱氧剂；

通过采用上述工业冶炼的常规方法，降低气体及有害元素的含量和有害元素的P、S含量，提高钢水的纯净度，得到上述成分的高冲击强度钢。

冶炼工艺后经过浇铸、采用连续热处理炉进行热处理得到车钩，热处理步骤包括两次正火和调质，其中，所述调质包括淬火和回火；

具体地，将上述高冲击强度钢依次经940-960℃的一次正火，并保温2-3小时，冷却；经860-880℃的二次正火，保温2-3小时，冷却；经910-930℃的淬火，保温2-3小时，冷却；再经560-580℃的回火，保温4-5小时，冷却至室温，最后得到了高冲击强度钢的铸件。

实施例

本实施例1-10提供的高冲击强度钢的化学成分如表5所示：

表5高冲击强度钢的化学成分（wt%）

序号	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	Al	Cu
											1	0.26	0.28	1.45	0.015	0.015	0.60	0.55	0.30	0.02	0.13
2	0.29	0.36	1.57	0.011	0.011	0.62	0.75	0.35	0.04	0.12
											3	0.28	0.30	1.50	0.012	0.012	0.64	0.60	0.31	0.025	0.08
4	0.27	0.35	1.42	0.013	0.013	0.66	0.65	0.32	0.03	0.10
											5	0.26	0.25	1.46	0.014	0.014	0.68	0.70	0.33	0.045	0.14
6	0.27	0.38	1.55	0.008	0.008	0.70	0.58	0.34	0.048	0.09
											7	0.28	0.28	1.58	0.010	0.010	0.69	0.62	0.32	0.028	0.11
8	0.29	0.33	1.52	0.009	0.009	0.65	0.73	0.33	0.035	0.10
											9	0.28	0.29	1.44	0.012	0.012	0.63	0.68	0.35	0.038	0.12
10	0.26	0.27	1.48	0.011	0.011	0.61	0.61	0.30	0.045	0.13

将上述化学成分的钢材质通过热处理得到的车钩力学性能指标如表6所示：

表6高冲击强度钢铸件的力学性能指标

由表6可见，本发明高冲击强度钢的铸件的各力学性能指标均高于新标准中所规定的铸件各力学性能指标，符合标准的要求。

本发明的高冲击强度钢不局限于应用在铁路用车钩，还适用于制造其他轧机、石油、矿山等机械的钢铸件。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种高冲击强度钢，其特征在于，包括如下重量百分比的各组分：C：0.26-0.29；Si：0.20-0.40；Mn：1.40-1.60；Cr：0.61-0.70；Ni：0.55-0.75；Mo：0.31-0.35；Al：0.02-0.05；Cu≤0.30；P：≤0.015；S：≤0.015，余量为铁及其他不可避免的元素。

2.一种铸件，其特征在于，由权利要求1所述的高冲击强度钢经浇铸、热处理而成。

3.根据权利要求2所述的铸件，其特征在于，所述铸件包括车钩。

4.根据权利要求2或3所述的铸件，其特征在于，所述热处理步骤包括两次正火和调质，其中，所述调质包括淬火和回火；

正火：一次正火温度为940-960℃，保温时间为2-3小时；二次正火温度为860-880℃，保温时间为2-3小时；

调质：淬火温度为910-930℃，保温时间为2-3小时；回火温度为560-580℃，保温时间为4-5小时。