CN110438408A - 一种c级钢及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铁道用铸钢件技术领域,尤其涉及一种C级钢及其制备方法和应用。本发明提供的C级钢,按质量百分比计,包括以下合金元素:C 0.22~0.28%,Si 0.20~0.40%,Mn 1.25~1.50%,S≤0.03%,P≤0.03%,Cr 0.40~0.60%,Ni 0.35~0.55%,Mo 0.20~0.30%,Re 0.12%,B 0.012%,Cu≤0.30%以及余量的铁;所述B以硼酸计。本发明所述的C级钢具有较好的机械性能和较好的耐冲击性能,稳定性高。
Description
技术领域
本发明涉及铁道用铸钢件技术领域,尤其涉及一种C级钢及其制备方法和应用。
背景技术
铸钢件是铁道行业大量使用的结构件。八十年代初,铁道行业开始了由碳素铸钢向低合金铸钢过渡的进程。近入九十年代,以C级钢为代表的低合金铸钢在行业内广泛推广使用。根据铁道部C级钢标准化学成分,仅对碳、锰、磷、硫和硅这五大元素进行了限定,在上述标准下,C级钢的机械性能存在不稳定且难于达到标准的机械性能指标。
因此,如何提高C级钢的机械性能是目前人们研究的主要方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机械性能好且稳定的C级钢及其制备方法和应用。
为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:
本发明提供了一种C级钢,按质量百分比计,包括以下合金元素:C 0.22~0.28%,Si 0.20~0.40%,Mn1.25~1.50%,S≤0.03%,P≤0.03%,Cr 0.40~0.60%,Ni 0.35~0.55%,Mo 0.20~0.30%,Re 0.12%,B 0.012%,Cu≤0.30%以及余量的铁和不可避免的杂质;
所述B以硼酸计。
本发明还提供了上述技术方案所述的C级钢的制备方法,包括以下步骤:
将具有上述元素配比的铸锭依次进行正火处理和回火处理,得到铁道用铸钢件C级钢。
优选的,所述铸锭的制备过程,包括以下步骤:
在钢水中加入Ni、Mo和Cr,得到含有Ni、Mo和Cr的钢水;
将含有Ni、Mo和Cr的钢水倒入浇包中并达到浇包的1/3~2/3容量时,向浇包中加入Re和硼酸;
所述钢水为含有上述配比的C、Si、Mn、S、P、Cu以及铁的合金液。
优选的,所述正火处理的过程为:先将所述铸锭进行第一升温至600~700℃,保温0.5~1.5h后,继续进行第二升温至900~920℃,保温4.5~5.5h,冷却。
优选的,所述第一升温的升温速率80~120℃/min;
所述第二升温的升温速率为60~100℃/min。
优选的,所述回火处理的温度为660~680℃,所述回火处理的时间为3.5~4.5h。
优选的,升至所述回火处理的温度的升温速率为80~120℃/min。
本发明还提供了上述技术方案所述的C级钢或由上述技术方案所述的制备方法制备得到的C级钢在制备铁道用铸钢件中的应用。
本发明提供了一种C级钢,按质量百分比计,包括以下合金元素:C 0.22~0.28%,Si 0.20~0.40%,Mn1.25~1.50%,S≤0.03%,P≤0.03%,Cr 0.40~0.60%,Ni 0.35~0.55%,Mo 0.20~0.30%,Re 0.12%,B 0.012%,Cu≤0.30%以及余量的铁和不可避免的杂质;所述B以硼酸计。本发明通过调整合金各组分的种类和用量,通过加入适量的镍、铬、钼、硼和Re使各元素之间的性能起到协同作用,来提高钢液的纯净度,细化钢液晶粒,提高C级钢的强度、韧性和淬透性,使C级钢的机械性能和稳定性大幅度提升。
具体实施方式
本发明提供了一种C级钢,按质量百分比计,包括以下合金元素:C 0.22~0.28%,Si 0.20~0.40%,Mn1.25~1.50%,S≤0.03%,P≤0.03%,Cr 0.40~0.60%,Ni 0.35~0.55%,Mo 0.20~0.30%,Re 0.12%,B 0.012%,Cu≤0.30%以及余量的铁和不可避免的杂质;
所述B以硼酸计。
在本发明中,若无特殊说明,所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。
按质量百分比计,本发明所述C级钢包括0.22~0.28%的C,所述C的含量优选为0.23~0.27%,更优选为0.24~0.26%。
按质量百分比计,本发明所述C级钢还包括0.20~0.40%的Si,所述Si的含量优选为0.25~0.35%,更优选为0.28~0.32%;所述Si的添加可以提高铁素体的固溶强化作用,提高钢的脆柔性和抗回火性,对钢的综合力学性能极为有利,还可以增强钢在自然条件下的耐腐蚀性能。
按质量百分比计,本发明所述C级钢还包括1.25~1.50%的Mn,所述Mn的含量优选为1.3~1.45%,更优选为1.35~1.4%;所述Mn的添加可以消除或减少由硫引起的钢的热脆性,从而提高钢的热加工性能。
按质量百分比计,本发明所述C级钢还包括≤0.03%的S,所述S的含量优选为0.01~0.02%;所述S的添加可以提高所述C级钢的切削性能。
按质量百分比计,本发明所述C级钢还包括≤0.03%的P,所述P的含量优选为0.01~0.02%;所述P的添加可以提高C级钢的强度和耐大气腐蚀性。
按质量百分比计,本发明所述C级钢还包括0.4~0.6%的Cr,所述Cr的含量优选为0.45~0.55%,更优选为0.48~0.52%;所述Cr的添加可以使C级钢中的组织碳化物和晶粒细化,提高C级钢的韧性。
按质量百分比计,本发明所述C级钢还包括0.35~0.55%的Ni,所述Ni的含量优选为0.40~0.50%,更优选为0.42~0.48%;所述Ni的添加能够细化铁素体晶粒,提高所述C级钢的塑性和韧性,特别是低温韧性。
按质量百分比计,本发明所述C级钢还包括0.20~0.30%的Mo,所述Mo的含量优选为0.22~0.28%,更优选为0.24~0.26%;所述Mo的添加可以提高钢的淬透性和热强度,并防止回火脆性,提高剩磁和矫顽力以及自然条件下的耐腐蚀性。
按质量百分比计,本发明所述C级钢还包括0.12%的Re;所述Re可以在晶界偏聚与其他合金元素交互作用,控制硫化物的形态,起到脱硫和脱磷的作用,从而提高C级钢的低温性能。
按质量百分比计,本发明所述C级钢还包括0.012%的B,所述B以硼酸计;所述B的添加可以起到强化晶界的作用,提高C级钢的淬透性和高温强度。
按质量百分比计,本发明所述C级钢还包括≤0.30%的Cu,所述Cu的含量优选为0.1~0.2%,更优选为0.14~0.16%;所述铜的添加可以改善C级钢的耐蚀能力,将铜控制在所述范围内,可以进一步提高C级钢的强度。
按质量百分比计,本发明所述C级钢还包括余量的铁。
本发明还提供了上述技术方案所述的C级钢的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
将具有上述元素配比的铸锭依次进行正火处理和回火处理,得到铁道用铸钢件C级钢。
本发明按照上述配比,将上述合金元素对应的单质以及硼酸混合,依次进行冶炼和浇铸后,得到铸锭。本发明对所述冶炼和浇铸没有任何特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
在本发明中,所述铸锭的制备过程优选包括以下步骤:
在钢水中加入Ni、Mo和Cr,得到含有Ni、Mo和Cr的钢水;
将含有Ni、Mo和Cr的钢水倒入浇包中并达到浇包的1/3~2/3容量时,向浇包中加入Re和硼酸;
所述钢水为含有上述配比的C、Si、Mn、S、P、Cu以及铁的合金液。
本发明对所述钢水的制备没有任何特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
在本发明中,所述Ni和Mo的加入时机优选为在所述钢水的体积占所述炼钢炉体积的50%时加入;所述Cr的加入时机优选为在所述钢水的体积占所述炼钢炉体积的80%时加入。
在本发明中,所述正火处理的过程优选为:先将所述铸锭进行第一升温至600~700℃,保温0.5~1.5h后,继续进行第二升温至900~920℃,保温4.5~5.5h,冷却;更优选为先将所述铸锭进行第一升温至620~680℃,保温0.8~1.2h后,继续进行第二升温至905~915℃,保温4.8~5.2h,冷却;最优选为先将所述铸锭进行第一升温至650℃,保温1.0后,继续进行第二升温至910℃,保温5.0h,冷却。在本发明中,所述第一升温的升温速率优选为80~120℃/min,更优选为90~120℃/min,最优选为100~120℃/min;所述第二升温的升温速率优选为60~100℃/min,更优选为70~100℃/min,最优选为80~100℃;本发明对所述冷却没有任何特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的冷却方式进行即可,在本发明的实施例中,具体优选为风冷。
在本发明中,所述回火处理的温度优选为660~680℃,更优选为665~675℃,最优选为670℃;所述回火处理的时间优选为3.5~4.5h,更优选为3.8~4.2h,最优选为4.0h。升至所述回火处理的温度的升温速率优选为80~120℃/min,更优选为90~110℃/min,最优选为100℃/min。所述回火处理完成后,本发明优选进行冷却;本发明对所述冷却没有任何特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的冷却方式进行即可,在本发明的实施例中,具体优选为风冷。
本发明还提供了上述技术方案所述的C级钢或由上述技术方案所述的制备方法制备得到的C级钢在制备铁道用铸钢件中的应用。
下面结合实施例对本发明提供的C级钢及其制备方法和应用进行详细的说明,但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
C级钢的组分:按质量百分比计,包括以下合金元素:C 0.28%,Si 0.20%,Mn1.25%,S 0.03%,P0.03%,Cr 0.40%,Ni0.55%,Mo 0.25%,Re 0.12%,B 0.012%,Cu0.30%以及余量的铁;所述B以硼酸计;
按照具体实施方式中所述的制备铸锭的方法,得到具有上述配比的铸锭;
将所述铸锭由室温以120℃/min的升温速率升至650℃,保温1h,然后以100℃/min的升温速率升至910℃,保温5h,风冷至室温后,由室温以100℃/min的升温速率升至670℃,保温4h,风冷,得到C级钢。
实施例2
C级钢的组分:按质量百分比计,包括以下合金元素:C 0.22%,Si 0.40%,Mn1.50%,S 0.01%,P 0.03%,Cr 0.46%,Ni 0.35%,Mo 0.30%,Re 0.12%,B 0.012%,Cu 0.15%以及余量的铁;所述B以硼酸计;
按照具体实施方式中所述的制备铸锭的方法,得到具有上述配比的铸锭;
将所述铸锭由室温以110℃/min的升温速率升至620℃,保温1h,然后以100℃/min的升温速率升至920℃,保温5h,风冷至室温后,由室温以100℃/min的升温速率升至660℃,保温4h,风冷,得到C级钢。
实施例3
C级钢的组分:按质量百分比计,包括以下合金元素:C 0.26%,Si 0.27%,Mn1.50%,S 0.01%,P 0.02%,Cr 0.60%,Ni 0.42%,Mo 0.23%,Re 0.12%,B 0.012%,Cu 0.24%以及余量的铁;所述B以硼酸计;
按照具体实施方式中所述的制备铸锭的方法,得到具有上述配比的铸锭;
将所述铸锭由室温以100℃/min的升温速率升至680℃,保温1h,然后以80℃/min的升温速率升至900℃,保温5h,风冷至室温后,由室温以80℃/min的升温速率升至680℃,保温4h,风冷,得到C级钢。
测试例1
按照铁道部TB/T2942-1999铁道用铸钢件C级钢以及其规定的测试标准,对实施例1~3所述的C级钢进行力学性能测试,并与标准C级钢(固定成分含量如表1所示)进行比较,比较结果如表2和表3所示:
表1标准C级钢的固定成分
元素符号 | C | Si | Mn | P | S |
含量(wt%) | ≤0.32 | ≤1.5 | ≤1.85 | ≤0.04 | ≤0.04 |
表2为实施例1~3所述的C级钢及TB/T2942-1999对标准C级钢性能要求的比较
机械性能 | 抗拉强度(MPa) | 屈服强度(MPa) | 伸长率(%) | 断面收缩率(%) |
标准 | 620 | 415 | 22 | 45 |
实施例1 | 745 | 501 | 24.6 | 54.5 |
实施例2 | 736 | 498 | 25.1 | 55.9 |
实施例3 | 728 | 493 | 25.6 | 56.2 |
表3实施例1~3所述的C级钢及TB/T2942-1999对标准C级钢在-18℃时的冲击吸收功的比较
所述1,2,3指的是分别的三次平行试验。
由以上实施例可知,本发明提供的C级钢具有较好的机械性能和较好的耐冲击性能,稳定性高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种C级钢,其特征在于,按质量百分比计,包括以下合金元素:C 0.22~0.28%,Si0.20~0.40%,Mn1.25~1.50%,S≤0.03%,P≤0.03%,Cr 0.40~0.60%,Ni 0.35~0.55%,Mo 0.20~0.30%,Re 0.12%,B 0.012%,Cu≤0.30%以及余量的铁和不可避免的杂质;
所述B以硼酸计。
2.权利要求1所述的C级钢的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
将具有上述元素配比的铸锭依次进行正火处理和回火处理,得到C级钢。
3.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述铸锭的制备过程,包括以下步骤:
在钢水中加入Ni、Mo和Cr,得到含有Ni、Mo和Cr的钢水;
将含有Ni、Mo和Cr的钢水倒入浇包中并达到浇包的1/3~2/3容量时,向浇包中加入Re和硼酸;
所述钢水为含有上述配比的C、Si、Mn、S、P、Cu以及铁的合金液。
4.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述正火处理的过程为:先将所述铸锭进行第一升温至600~700℃,保温0.5~1.5h后,继续进行第二升温至900~920℃,保温4.5~5.5h,冷却。
5.如权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述第一升温的升温速率80~120℃/min;
所述第二升温的升温速率为60~100℃/min。
6.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述回火处理的温度为660~680℃,所述回火处理的时间为3.5~4.5h。
7.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,升至所述回火处理的温度的升温速率为80~120℃/min。
8.权利要求1所述的C级钢或由权利要求1~7任一项所述的制备方法制备得到的C级钢在制备铁道用铸钢件中的应用。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111334710A (zh) * | 2020-03-12 | 2020-06-26 | 四川省洪发车辆配件有限公司 | 一种c级钢及其热处理方法 |
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