CN109837460A

CN109837460A - 一种铁路客车货车车轴用钢inc35e及其制造方法

Info

Publication number: CN109837460A
Application number: CN201910033411.3A
Authority: CN
Inventors: 王棣; 李文双; 张灵通; 王涛; 张庆生; 张健; 郭金龙; 朱林林; 信霖; 马洪德; 夏应兵; 李运辉; 成广超
Original assignee: Xi Wang Metal Technology Co Ltd
Current assignee: Shandong Xiwang Special Steel New Material Technology Innovation Center Co ltd; Xiwang Metal Technology Co ltd
Priority date: 2019-01-14
Filing date: 2019-01-14
Publication date: 2019-06-04
Anticipated expiration: 2039-01-14
Also published as: CN109837460B

Abstract

本发明公开了一种铁路客车货车车轴用钢牌号为INC35E及其制造方法，钢的牌号INC35E，所述成分包括：碳0.28%~0.38%，硅0.20%~0.50%，锰0.80%~1.10%，钒0.01%~0.05%，铬≤0.30%，钼≤0.05%，镍≤0.30%，铜≤0.30%，铝0.015%~0.050%，磷≤0.025%，硫≤0.015%，余量为铁和不可避免的元素。INC35E车轴钢新材料综合性能优异，保证了由该材料具有更高的致密性，更高的洁净度，更稳定的性能以及更高的使用寿命。

Description

一种铁路客车货车车轴用钢INC35E及其制造方法

技术领域

本发明涉及钢铁新材料制备的技术领域，尤其适用于铁路客车货车车轴用钢牌号为INC35E及其制造方法。

背景技术

铁路车轴钢是指应用于铁路机车和车辆车轴。车轴钢用于制造铁路机车和车辆车轴的专业用钢。中国铁路总公司正在加大铁路投资建设，2018年铁路系统建设投资已达到7000亿，并且国家环保要求大力推进运输方式的“公转铁”，同时由于我国轨道交通技术的领先性，大量铁路车轴钢需要出口，使得该产品国内和国际需求都极为旺盛。

车轴受力和车轴钢的性能要求车轴是承受机车、车辆质量的关键部件，在运行中承受旋转弯曲和冲击等多项复杂应力，疲劳裂损是其主要破坏形式。因而要求车轴钢具有足够的强度和韧性，并且对可以成为车轴裂纹源的各种冶金缺陷的要求十分严格。

因此，如何设计并研发出一种具备更高性能稳定性和更高使用寿命的铁路货车客车车轴用钢新材料，是本发明需要解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种铁路客车货车车轴用钢新材料，（钢牌号INC35E）及其制造方法，通过合理控制各种合金元素的配比、关键过程控制点以及科学的热处理制度，有效的保证铁路客车货车车轴用钢INC35E新材料综合性能优异，保证了该材料具有更高的致密性，更高的洁净度，更稳定的性能以及更高的使用寿命。

本发明的技术方案为：

一种铁路客车货车车轴用钢INC35E，所述成分包括：碳0.28%~0.38%，硅0.20%~0.50%，锰0.80%~1.10%，钒0.01%~0.05%，铬≤0.30%，钼≤0.05%，镍≤0.30%，铜≤0.30%，铝0.015%~0.050%，磷≤0.025%，硫≤0.015%，余量为铁和不可避免的元素。

该铁路客车货车车轴用钢的牌号INC35E。

作为Mn元素的作用，作为一种弱脱氧剂，适量的锰可有效提高钢材强度，消除硫、氧对钢材的热脆影响，改善钢材热加工性能，并改善钢材的冷脆倾向，同时不显著降低钢材的塑性、冲击韧性。含量过高（达1.20%～1.50%以上）使钢材变脆变硬，并降低钢材的抗锈性和可焊性。所以产品设计锰含量Mn:0.80%～1.10%。

作为V元素的作用：主要通过形成碳、氮化物来影响钢材的组织结构和性能，比A1元素更容易熔入钢中，钒能起到细化晶粒的作用，显著提高钢材的强度、韧性和耐磨性，钒含量在钢中≤0.15%时，生成的化合物主要以氮化钒的形式存在，能细化晶粒，提高强度和韧性。但是当钢中钒含量大于0.15%后，随着碳化钒化合物的增多，材料的冲击韧性有降低的趋势，兼顾成本考虑，成品设计钒含量V:0.01～0.05％。

作为优选铁路客车货车车轴用钢的碳波动值≤0.03%，一般疏松≤2.0级，中心疏松≤2.0级，锭型偏析≤2.0级，点状偏析不大于1.0级，晶粒度≥5级，超声波探伤满足标准GB/T 4162-2008中C级，即单个的不连续缺陷当量值≤Φ3.2mm（平底孔）。

作为优选铁路客车货车车轴用钢的A类夹杂物控制在≤1.5级，B类夹杂物≤1.5级，C类夹杂物≤1.0级，D类夹杂物≤1.0级，Ds类≤1.5级。

作为优选铁路客车货车车轴用钢的T[O]含量在≤15×10^-6，H含量控制在≤2×10^-6。

作为优选铁路客车货车车轴用钢的屈服强度Rel≥320MPa，抗拉强度Rm：550MPa~650MPa，延伸率A≥22%，20℃冲击功KU5≥25J。

本发明还公开了上述铁路客车货车车轴用钢INC35E的制造方法，包括以下步骤：

S1、转炉冶炼加料前往炉中加入强效脱磷剂，保证转炉冶炼的脱磷能力，出钢磷含量控制在≤0.10%，高拉碳出钢，出钢碳含量控制在≥0.25%，出钢温度控制1610℃-1660℃，按照到LF炉钢中第一样目标铝0.050%-0.100%的计算量加入纯铝块，全部采用低氮增碳剂。

S2、精炼渣系采用高碱度精炼渣系，渣二元碱度R（CaO/SiO₂）=3～7，A（CaO/Al₂O₃）=1.8～2.2值精炼石灰按10-15kg/t加入，高碱度预熔精炼渣300公斤/炉，根据精炼渣实际情况加入炉萤石进行调渣，LF精炼末期喂入Ca-Si线250m/炉，进入VD前要求[S]≤0.003%，按0.040%喂入铝线（考虑残余）；控制VD真空时间≥15min，控制软吹时间15-30min。

S3、连铸过程采用ϕ500圆连铸坯进行浇铸，连铸过程保证低过热度浇铸，控制过热度≤25℃，中间包采用整体式水口中间包，连铸过程采用结晶器电磁搅拌，控制参数为电流：300A，频率：2HZ；末端采用电磁搅拌，控制参数为电流：480A，频率：5HZ，末端电磁搅拌采用正反交替搅拌，使中心等轴晶面积显著提高，等轴晶率达到55%～75%，晶粒尺寸得到显著细化，铸坯低倍组织显著改善，消除了缩孔，提高材料致密度。

S4、轧制加热炉控制加热时间8h，保证钢坯芯部加热到规定温度，促进偏析成分的扩散，均热温度控制在1230℃，防止晶粒粗大，加热炉控制中性气氛，防止钢材脱碳，控制高压水除鳞压力19MPa～20MPa，除鳞率≥95%，控制除鳞后开轧温度1100～1150℃；开坯机开坯过程中采用待温轧制新技术，提高车轴钢的内部致密性，保证探伤质量；终轧温度控制850℃～960℃，吊运至缓冷坑缓冷≥48小时后出坑，进入精整工序。

S5、材料取样后整体热处理按照正火温度820℃～850℃，保温时间3h，空冷至室温后取样检测，保证屈服强度Rel≥320MPa，抗拉强度Rm：550MPa~650MPa，延伸率A≥22%，20℃冲击功KU5≥25J。

尤其控制S2步骤中脱氧剂铝线的加入时机加入量，在精炼过程中刚水中[S]含量≤0.003%按照到连铸铝含量0.040%喂入铝线（考虑残余）。

作为优选，所述S1步骤中的强效脱磷剂的组成为氧化钙和氧化亚铁，两者的质量比为1：1。

作为优选，所述S1步骤中的低氮增碳剂，厂家：巩义市至成冶金耐材有限公司，型号：ZCYJ-LNC，成分：固定碳:98.5%，水分:0.5%，灰分:0.8%max 挥发分:0.7%max(%) ，筛下物粒度:10(%)。

作为优选尤其控制轧制过程中应用“待温轧制”精益操作法，在钢坯开坯过程中偶数道次采用停轧待温处理，使表面温度降低，再接下来的开坯或轧制过程中，能够保证内部变形良好而表面又不产生裂纹，从而保证产品的内部致密度即探伤指标达到GB/T 4162-2008中C级，单个的不连续缺陷当量值≤Φ3.2mm（平底孔）。

本发明尤其控制材料的热处理制度，严格按照正火温度和保温时间执行，具体的参据依据如图1和图2所示，尤其要控制温度不能过高，以保证材料的抗拉强度在Rm：550MPa~650MPa之间，以及材料的常温冲击功KU5≥25J。

本发明的有益效果：

本发明的铁路客车货车车轴用钢新材料，（钢牌号INC35E）及其制造方法，通过合理控制各种合金元素的配比、关键过程控制点以及科学的热处理制度，有效的保证铁路客车货车车轴用钢INC35E新材料综合性能优异，保证了该材料具有更高的致密性，更高的洁净度，更稳定的性能以及更高的使用寿命。

附图说明

图1为车轴钢的TTT曲线图；

图2为车轴钢的CCT曲线图；

图3为铸坯等轴晶率示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。

实施例1

本实施例中设计的一种铁路客车货车车轴用钢，钢牌号INC35E，其具体包含以下成分：

碳=0.33%，硅=0.30%，锰=0.95%，钒=0.02%，铬≤0.30%，钼≤0.05%，镍≤0.30%，铜≤0.30%，铝=0.020%，磷=0.010%，硫=0.002%，余量为铁和不可避免的元素。

根据以上的成份设计，实施过程中的成分控制实测值见表1：

表1、化学成分内控控制范围

在制造铁路客车货车车轴用钢INC35E的过程中，实际控制成分的过程能力控制指数Cpk≥1.70，达到A+级水平，达到了设计要求，具体试验成分见表2。

表2、实测化学成分控制值

实施例2

本实施例中提供上述一种铁路客车货车车轴用钢，钢牌号INC35E的制造方法：

S1、转炉冶炼

转炉冶炼加料前往炉中加入强效脱磷剂，保证转炉冶炼的脱磷能力，出钢磷含量控制在0.08%，高拉碳出钢，出钢碳含量控制在0.25%，出钢温度控制1640℃，按照到LF炉钢中第一样目标铝0.08%的计算量加入纯铝块，全部采用低氮增碳剂。

S2、LF精炼与VD真空

精炼渣系采用高碱度精炼渣系，渣二元碱度R（CaO/SiO₂）=4，A（CaO/Al₂O₃）=2.0值精炼石灰按13kg/t加入，高碱度预熔精炼渣300公斤/炉，根据精炼渣实际情况加入炉萤石进行调渣，LF精炼末期喂入Ca-Si线250m/炉，进入VD前要求[S]≤0.003%，按0.040%喂入铝线（考虑残余）；控制VD真空时间≥15min，控制软吹时间20min。

尤其控制脱氧剂铝线的加入时机加入量，在精炼过程中刚水中[S]含量≤0.003%，按照到连铸铝含量0.040%喂入铝线（考虑残余）。

S3、连铸过程

连铸过程采用ϕ500圆连铸坯进行浇铸，连铸过程保证低过热度浇铸，控制过热度23℃，中间包采用整体式水口中间包，连铸过程采用结晶器电磁搅拌，控制参数为（电流：300A，频率：2HZ）和末端电磁搅拌，控制参数为（电流：480A，频率：5HZ），末端电磁搅拌采用正反交替搅拌，使中心等轴晶面积显著提高，等轴晶率达到63%，晶粒尺寸得到显著细化，铸坯低倍组织显著改善，消除了缩孔，提高材料致密度，具体见图3，为铸坯等轴晶率示意图。

S4、控制轧制

轧制加热炉控制加热时间8h，保证钢坯芯部加热到规定温度，促进偏析成分的扩散，均热温度控制在1230℃，防止晶粒粗大，加热炉控制中性气氛，防止钢材脱碳，控制高压水除鳞压力19MPa～20MPa，除鳞率≥95%，控制开轧温度1130℃（除鳞后温度）。开坯机开坯过程中采用待温轧制新技术，提高车轴钢的内部致密性，保证探伤质量。终轧温度控制900℃，吊运至缓冷坑缓冷，≥48小时后出坑，进入精整工序。

S5、热处理过程

材料的热处理制度按照正火温度830℃，保温时间3h，空冷至室温后取样检测，保证屈服强度Rel=360MPa，抗拉强度Rm=610MPa，延伸率A=24%，20℃冲击功KU5=45J。

本发明所述的一种铁路客车货车车轴用钢新材料，（钢牌号INC35E）及其制造方法，通过合理控制各种合金元素的配比、关键过程控制点以及科学的热处理制度，有效的保证铁路客车货车车轴用钢INC35E新材料综合性能优异，保证了该材料具有更高的致密性，更高的洁净度，更稳定的性能以及更高的使用寿命。

实施例3

S1、转炉冶炼

转炉冶炼加料前往炉中加入强效脱磷剂，保证转炉冶炼的脱磷能力，出钢磷含量控制在0.05%，高拉碳出钢，出钢碳含量控制在≥0.30%，出钢温度控制1650℃，按照到LF炉钢中第一样目标铝0.09%的计算量加入纯铝块，全部采用低氮增碳剂。

S2、LF精炼与VD真空

精炼渣系采用高碱度精炼渣系，渣二元碱度R（CaO/SiO₂）=5，A（CaO/Al₂O₃）=1.9值精炼石灰按15kg/t加入，高碱度预熔精炼渣300公斤/炉，根据精炼渣实际情况加入炉萤石进行调渣，LF精炼末期喂入Ca-Si线250m/炉，进入VD前要求[S]≤0.003%，按0.040%喂入铝线（考虑残余）；控制VD真空时间≥15min，控制软吹时间25min。

S3、连铸过程

连铸过程采用ϕ500圆连铸坯进行浇铸，连铸过程保证低过热度浇铸，控制过热度≤20℃，中间包采用整体式水口中间包，连铸过程采用结晶器电磁搅拌，控制参数为（电流：300A，频率：2HZ）和末端电磁搅拌，控制参数为（电流：480A，频率：5HZ），末端电磁搅拌采用正反交替搅拌，使中心等轴晶面积显著提高，等轴晶率达到70%，晶粒尺寸得到显著细化，铸坯低倍组织显著改善，消除了缩孔，提高材料致密度，具体见图3，为铸坯等轴晶率示意图。

S4、控制轧制

轧制加热炉控制加热时间8h，保证钢坯芯部加热到规定温度，促进偏析成分的扩散，均热温度控制在1240℃，防止晶粒粗大，加热炉控制中性气氛，防止钢材脱碳，控制高压水除鳞压力19MPa～20MPa，除鳞率≥95%，控制开轧温度1140℃（除鳞后温度）。开坯机开坯过程中采用待温轧制新技术，提高车轴钢的内部致密性，保证探伤质量。终轧温度控制910℃，吊运至缓冷坑缓冷，≥48小时后出坑，进入精整工序。

S5、热处理过程

材料的热处理制度按照正火温度835℃，保温时间3h，空冷至室温后取样检测，保证屈服强度Rel=370MPa，抗拉强度Rm=620MPa，延伸率A≥2=%，20℃冲击功KU5≥41J。

Claims

1.一种铁路客车货车车轴用钢INC35E，所述成分包括：碳0.28%~0.38%，硅0.20%~0.50%，锰0.80%~1.10%，钒0.01%~0.05%，铬≤0.30%，钼≤0.05%，镍≤0.30%，铜≤0.30%，铝0.015%~0.050%，磷≤0.025%，硫≤0.015%，余量为铁和不可避免的元素。

2.根据权利要求1所述的铁路客车货车车轴用钢INC35E，其特征在于，该钢的碳波动值≤0.03%，一般疏松≤2.0级，中心疏松≤2.0级，锭型偏析≤2.0级，点状偏析不大于1.0级，晶粒度≥5级，超声波探伤满足标准GB/T 4162-2008中C级，即单个的不连续缺陷当量值≤Φ3.2mm（平底孔）。

3.根据权利要求1所述的铁路客车货车车轴用钢INC35E，其特征在于，该钢的A类夹杂物控制在≤1.5级，B类夹杂物≤1.5级，C类夹杂物≤1.0级，D类夹杂物≤1.0级，Ds类≤1.5级。

4.根据权利要求1所述的铁路客车货车车轴用钢INC35E，其特征在于，所述铁路客车货车车轴用钢的T[O]含量在≤15×10^-6，H含量控制在≤2×10^-6。

5.根据权利要求1所述的铁路客车货车车轴用钢INC35E，其特征在于，该钢的屈服强度Rel≥320MPa，抗拉强度Rm：550MPa~650MPa，延伸率A≥22%，20℃冲击功KU5≥25J。

6.如权利要求1-5所述的铁路客车货车车轴用钢INC35E的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、转炉冶炼加料前往炉中加入强效脱磷剂，保证转炉冶炼的脱磷能力，出钢磷含量控制在≤0.10%，高拉碳出钢，出钢碳含量控制在≥0.25%，出钢温度控制1610℃-1660℃，按照到LF炉钢中第一样目标铝0.050%-0.100%的计算量加入纯铝块，全部采用低氮增碳剂；

S2、精炼渣系采用高碱度精炼渣系，渣二元碱度R（CaO/SiO₂）=3～7，A（CaO/Al₂O₃）=1.8～2.2值精炼石灰按10-15kg/t加入，高碱度预熔精炼渣300公斤/炉，根据精炼渣实际情况加入炉萤石进行调渣，LF精炼末期喂入Ca-Si线250m/炉，进入VD前要求[S]≤0.003%，按0.040%喂入铝线（考虑残余）；控制VD真空时间≥15min，控制软吹时间15-30min；

S3、连铸过程采用ϕ500圆连铸坯进行浇铸，连铸过程保证低过热度浇铸，控制过热度≤25℃，中间包采用整体式水口中间包，连铸过程采用结晶器电磁搅拌，控制参数为电流：300A，频率：2HZ；末端采用电磁搅拌，控制参数为电流：480A，频率：5HZ，末端电磁搅拌采用正反交替搅拌；

S4、轧制加热炉控制加热时间8h，保证钢坯芯部加热到规定温度，促进偏析成分的扩散，均热温度控制在1230℃，防止晶粒粗大，加热炉控制中性气氛，防止钢材脱碳，控制高压水除鳞压力19MPa～20MPa，除鳞率≥95%，控制除鳞后开轧温度1100～1150℃；开坯机开坯过程中采用待温轧制技术，提高车轴钢的内部致密性，保证探伤质量；终轧温度控制850℃～960℃，吊运至缓冷坑缓冷≥48小时后出坑，进入精整工序；

7.根据权利要求6所述的铁路客车货车车轴用钢INC35E的制造方法，其特征在于，所述S1步骤中的强效脱磷剂的组成为氧化钙和氧化亚铁，两者的质量比为1：1。

8.根据权利要求6所述的铁路客车货车车轴用钢INC35E的制造方法，其特征在于，所述S1步骤中的低氮增碳剂,厂家：巩义市至成冶金耐材有限公司，型号：ZCYJ-LNC。

9.根据权利要求6所述的铁路客车货车车轴用钢INC35E的制造方法，其特征在于，所述S4步骤中的待温轧制技术，指的是在钢坯开坯过程中偶数道次采用停轧待温处理，使表面温度降低。