CN109023107A - 一种超淬透性车轴钢 - Google Patents
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Abstract
一种超淬透性车轴钢,属于车轴钢技术领域。该钢中各元素的质量百分数为:C:0.22‑0.29%,Si:0.15‑0.40%,Mn:0.50‑0.80%,Cr:0.90‑1.20%,0.15‑0.30%,
Description
技术领域
本发明属于车轴钢技术领域,特别是提供了一种微合金化超淬透性车轴钢。
背景技术
车轴作为高铁转向架的核心走行部件,将驱动力及制动力传递至车轮,同时在高速旋转过程中承受车体载荷,对高速铁路安全运行起决定性作用。因此,对车轴材料提出了极高的要求。一方面,对冶金质量要求苛刻,高洁净度、高均匀性、高致密度等;另一方面,对材料成分、车轴热处理工艺及两者综合形成的力学性能,尤其是疲劳性能,要求极其严格。在钢水洁净度达标的前提下,车轴钢淬透性偏低,组织控制不合理,是车轴疲劳强度不达标的直接原因。
目前国际上大规模使用的车轴用钢为EA4T,普遍作为200km/h以上高速列车车轴使用。EA4T钢是一种低碳CrMo低合金钢,在调质态使用,兼具强度与韧性。该钢种必须对大截面条件下的热处理制度,进行精细化控制,以得到完全淬透的组织。
1942年Grossmann发表经典性的研究,认为钢的淬透性只由其化学成份和奥氏体晶粒度决定。随后几十年的研究,联系这两个因素建立了可以精确估算淬透性的许多公式。在正常熔炼条件下,计算与实际能颇好地吻合。后来在熔炼过程中,人们发现钢水过热与过量脱氧剂的加入相结合,可以使钢的淬透性强烈地增加,使一个低合金钢获得中合金水平的淬透性。这种现象称做超淬透性效应。
实验表明,超淬透性处理非常强烈地降低铁素体的成长速度,即铁素体-奥氏体界面的迁移被强烈抑制。铁素体成长速度的降低推迟了珠光体的成长。这是因为铁素体的成长由C向奥氏体的扩散控制,而珠光体层状成长的过程提供了界面扩散的机会,所以珠光体的成长由铁素体的成长控制而非C的扩散。此外,珠光体形核于铁素体-奥氏体界面,只有当铁素体形成,并成长进入奥氏体,珠光体才开始形核。在正常钢中,铁素体迅速的成长保证珠光体形核机会多,而在超淬透性钢中,铁素体成长受到抑制,限制了转变初期珠光体形核。这就是珠光体转变孕育期延长的原因。
高过热度可以破坏液态合金的短程有序,某些合金元素的微观偏析在极高温时消失,导致碳化物形成元素分布更均匀,这些元素和碳原子间的键合比Fe-C牢固,致使奥氏体中C的扩散要求更高能量。短程有序的破坏还允许合金元素偏析到奥氏体晶界上,稳定奥氏体的元素在晶界上浓度增高。此外,某些合金元素与钢水中的氧和氮相互作用,可以吸收氮和氧原子而防止它们向晶界上偏聚。这样将减慢铁素体成长速度。
然而,为获得EA4T成分体系车轴钢的超淬透性控制工艺,目前尚无报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超淬透性车轴钢,提高车轴用钢的疲劳强度,获得EA4T超淬透性应当采用的脱氧剂类型、关键合金元素控制范围、过热度的控制以及破坏钢水短程有序的动力学控制手段。最终实现了EA4T钢的淬透性显著提高。
本发明的车轴钢中各元素的质量百分数为:C:0.22-0.29%,Si:0.15-0.40%,Mn:0.50-0.80%,Cr:0.90-1.20%,Mo:0.15-0.30%,其余为Fe元素与其它杂质元素。
铝和硼元素与钢水中的氧和氮元素相互作用,可以吸收氮和氧原子而防止它们向晶界上偏聚。
炼钢过程中,控制钢水过热至150℃-220℃,在此过热条件下,微搅拌钢水时间≥15min。
过热应当达到150-220℃,同时,持续的过热度时间应当超过15min,以保合金元素的短程有序被破坏。
本发明的优点在于,该车轴钢的淬透性提高至原有钢的2倍以上。
具体实施方式
以下的实例用于阐述本发明,但本发明的保护范围并不仅限于以下实施例。以下实例采用60吨电炉-LF精炼炉-模铸进行冶炼与成型。
实施例1
(1)钢中各元素的质量百分数为:C=0.26%,Si=0.28%,Mn=0.61%,Cr=1.1%,Mo=0.23%,Al=0.026%,N=0.0035%,B=0.00010%,其余为Fe元素与其它杂质元素。
(2)浇注之前,钢水过热至183℃,微搅拌钢水时间17min。
(3)利用Jominy末端淬火试验,测得淬透性因子H(顶端至HV450位置的距离)来表征淬透性。本实施例淬透性因子为55mm。作为对比,常规EA4T的淬透性因子≤20mm。
实施例2
(1)钢中各元素的质量百分数为:C=0.24%,Si=0.36%,Mn=0.77%,Cr=0.91%,Mo=0.16%,Al=0.033%,N=0.010%,B=0.0010%,其余为Fe元素与其它杂质元素。
(2)浇注之前,钢水过热至159℃,微搅拌钢水时间18min。
(3)本实施例淬透性因子为50mm。作为对比,常规EA4T的淬透性因子≤20mm。
Claims (2)
1.一种超淬透性车轴钢,其特征在于;微合金化超淬透性车轴钢中各元素的质量百分数为:C:0.22-0.29%,Si:0.15-0.40%,Mn:0.50-0.80%,Cr:0.90-1.20%,Mo:0.15-0.30%,其余为Fe元素与其它杂质元素。
2.根据权利要求1所述的超淬透性车轴钢,其特征在于;浇注之前,控制钢水过热至150℃-220℃,在此过热温度条件下,微搅拌钢水时间≥15min。
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