CN110592478B

CN110592478B - 一种铁路转向架用耐候钢及其制造方法

Info

Publication number: CN110592478B
Application number: CN201910885356.0A
Authority: CN
Inventors: 奚艳红; 夏政海; 吴俊平; 方磊; 张仪杰; 姜在伟; 于生; 刘心阳; 王思聪; 李庆春
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2019-09-18
Filing date: 2019-09-18
Publication date: 2021-05-11
Anticipated expiration: 2039-09-18
Also published as: CN110592478A

Abstract

本发明公开了一种铁路转向架用耐候钢及其制造方法，通过合理的化学成分配比，优化C、Mn、P、S元素的加入量，同时根据碳当量的上限值，合理添加其他合金元素，保证钢板耐腐蚀性的同时确保具有优异的焊接性能以及高强韧性。其制造方法采用先进的轧制控制技术，细化了奥氏体和铁素体的晶粒度，得到均匀了内部组织。合理布置除磷设备，优化轧制除磷过程中的除磷工艺，采用粗轧除鳞4道次，精轧第1道次除鳞，精轧除鳞与粗轧除鳞时机隔开的除磷制度，保证了钢板表面的洁净度。使钢的表面质量优异、内部质量纯净度高，同时产品规格覆盖范围广。

Description

一种铁路转向架用耐候钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种耐候钢，具体涉及一种铁路转向架用耐候钢及其制造方法。

背景技术

目前国内外使用的铁路用耐候钢都是通过添加大量的Cu、P、Cr、Ni、Mo等耐蚀合金元素来获得高耐候性能。并且，随着铁路车速的提高，转向架设备的更新换代，当前铁路转向架用耐候钢性能已不满足客户的使用要求，具体存在以下问题亟待解决：1、各个化学元素配比需根据当前铁路转向架的使用环境(如低温环境下使用、车速较高、路况复杂等等)进行优化完善。在不影响耐候性能的前提下，降低对低温韧性有害的元素含量，减少合金含量的使用比例，提升焊接性能。2、钢板表面质量较差，存在一定的水波纹，不利于客户后续下料表面加工处理。3、钢板内部组织质量普遍不高，如对晶粒度、夹杂物、带状组织等未做相关要求。

近年来，也产生不少针对耐候钢的创新，例如，申请号为201811093095.0 的中国专利，公开了一种高韧性高耐候钢及其制备方法。该发明优化钢的化学成分、限定了C/N比和Ni/N比以及改进了工艺步骤来提高钢基的强韧性，增强钢基的抗腐蚀性。申请号为201810997433.7的中国专利，公开了一种低屈强比高强耐候钢及其生产方法。该发明通过成分设计和控轧控冷工艺，保证了钢材的耐蚀性能，得到细小均匀的铁素体+贝氏体+珠光体组织，提高了钢的强韧性和抗震性。但是这些创新并未能解决铁路转向架用耐候钢存在的问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种铁路转向架用耐候钢，该耐候钢具有高强韧性、高耐腐蚀和良好的焊接性能，并且表面质量优异、内部质量纯净度高，同时产品规格覆盖范围广。

本发明的另一目的是提供一种上述铁路转向架用耐候钢的制造方法。

技术方案：本发明所述的一种铁路转向架用耐候钢，由以下质量百分比的成分组成：C：0.065～0.075％、Si：0.20～0.40％、Mn：0.80～1.25％、P：＜0.030％、 S：＜0.010％、Cr：0～0.30％、Ni：0～0.40％、Cu：0～0.40％、V：0～0.04％、Ti：0～0.020％、以及Al：0或0.010～0.050％；余量为Fe和杂质；该钢的碳当量CE＜0.45，金相组织为以细小的铁素体为基体、均匀分布珠光体的混合组织。

该铁路转向架用耐候钢合金成分的设计原理是：

C是间隙强化元素，对钢的间隙强化作用显著，是提高钢板强度最有效的元素，但C元素可以增大钢材在腐蚀环境下的微区电位差，添加较多的C对钢的耐腐蚀性能不利，影响钢的焊接性能、冲击韧性等。包晶钢的成分设计易导致钢板表面裂纹的特点，应避开包晶钢成分设计区间。较低的C含量又容易导致强度偏低，需根据钢板的强度级别，对C元素含量的下限值予以控制。

Mn在钢中起到相变强化和固溶强化的作用，同时具有提高奥氏体再结晶温度区间的作用，可提高钢板强度，但Mn含量太高，易形成MnS偏析，导致低温冲击韧性下降。

Cu是提高钢耐腐蚀性能最主要、最普遍的合金元素，但是Cu元素容易在晶界富集，容易引起铜脆，导致钢板表面产生碎裂纹，影响钢板表面质量。

Ni能降低钢在低温时的韧性转变温度，并能强化铁素体并细化珠光体。实现钢板再较低温度下具有良好的冲击韧性。同时可以减轻Cu元素引起的铜脆现象。

P元素在耐候钢开发早期被用作提高钢材耐候性能的有效元素。但P同S一样，被视为钢中有害元素，对钢板的机械性能有较大的危害，尤其是应用于低温的使用环境下，其冲击韧性急剧下降。理论上越低越好，但往往在实际制造中，需考虑生产成本的限制因素。

Ti：钢中加Ti，Ti可和C、N形成碳氮化物，在钢材热轧过程中析出，细化奥氏体晶粒，达到析出强化目的，同时，Ti还会与钢中的S形成化合物，于高温下析出，避免形成MnS而降低耐蚀性能。此外，Ti的共存还会减小α-FeOOH 晶体的尺寸。

V：V或VN合金化可有效降低耐候钢的腐蚀速率，使其具有优良抗点蚀性能，让腐蚀在钢基体表面更加均匀进行。

碳当量计算公式为Ceq(％)＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，当碳当量在0.45以上，对钢板焊接性能有较大影响。因此对需要焊接的钢板，碳当量应控制＜0.45。

依据上述控制原则，遵循各个化学元素在性能指标中发挥作用的大小，先主后次进行成分设计，优先考虑C、Mn元素的上下限，再根据碳当量小于0.45的原则确定其他合金元素的含量。

具体的，该铁路转向架用耐候钢成分的质量百分比组成中含有Cr：0.10～0.30％、Ni：0.10～0.40％、Cu：0.10～0.40％、V：0.01～0.04％；Ti：0.010～0.020％、 Al：0.010～0.050％。

进一步的，该铁路转向架用耐候钢由以下质量百分比的成分组成：C：0.068～0.072％、Si：0.31～0.36％、Mn：0.90～1.10％、P：＜0.030％、S：＜0.010％、 Cr：0.18～0.25％、Ni：0.26～0.35％、Cu：0.23～0.35％、V：0.025～0.035％、 Ti：0.015～0.018％、Al：0.020～0.030％；余量为Fe和杂质。

该钢的厚度规格范围为8-50mm。

对应于上述铁路转向架用耐候钢，本发明提供的制造方法所采用的技术方案的工序包括：原料准备→铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸→坯料检验→坯料堆冷→坯料入炉验收→坯料加热→坯料除鳞→轧制→控制冷却→剪切取样；其中，所述坯料加热工序中，将坯料在1120-1200℃的环境下加热 1.0-3.5小时；所述轧制工序的过程控制包括对厚度、宽度、板型、平整度以及温度进行控制；采用两阶段轧制，压下率大于50％，粗轧开轧温度1000-1180℃，精轧开轧温度820-950℃，并在轧机入口侧导卫上以及入口侧下部机架辊辊缝处设置高压水除鳞喷嘴作为轧机的二次精轧高压水除鳞装置，采用粗轧除鳞4道次，精轧第1道次除鳞，精轧除鳞与粗轧除鳞时机隔开的除鳞制度进行除鳞，终轧温度780-860℃；所述控制冷却工序控制返红温度为600-690摄氏度。

所述铁水预处理工序包括对铁水包内喷吹石灰粉和镁粉进行复合喷吹脱硫，铁水预处理后S的质量百分比含量＜0.010％。

所述转炉冶炼工序采用顶底复吹结合副枪进行冶炼；即通过顶吹氧气，底吹惰性气体，结合副枪进行冶炼，这样既保持了顶吹技术的优点，又吸取了某些底吹法的优点以弥补顶吹的不足，因而吹炼平稳，有利于低硫低磷钢的生产；所述 LF精炼工序和所述RH精炼工序采用双钢包车式的LF-双工位RH精炼技术。采用LF/RH装置精炼可使钢水升温、钢水成分均匀，合金微调和钢水脱硫、脱气等；为生产成分要求严格的高净洁度要求钢水生产提供了保证。

进一步的，所述LF精炼工序采用包括造渣、深脱硫、窄成份控制、夹杂物球化以及静搅拌的手段，使钢水成份、温度均匀，夹杂物得到充分上浮并满足形态要求。

进一步的，所述RH精炼工序通过控制真空度和真空处理时间，降低钢种气体和夹杂物的含量。

所述连铸工序采用全程无氧化保护浇注，并采用连续弯曲、连续矫直、全程多支点密排辊以及凝固末端轻压下方式连铸成坯。确保铸坯平整及内部金属致密。

有益效果：该铁路转向架用耐候钢通过合理的化学成分配比，优化C、Mn、 P、S元素的加入量，同时根据碳当量的上限值，合理添加其他合金元素，保证钢板耐腐蚀性的同时确保具有优异的焊接性能以及高强韧性。其制造方法采用先进的轧制控制技术，细化了奥氏体和铁素体的晶粒度，得到均匀了内部组织。合理布置除鳞设备，优化轧制除鳞过程中的除鳞工艺，采用粗轧除鳞4道次，精轧第1道次除鳞，精轧除鳞与粗轧除鳞时机隔开的除鳞制度，保证了钢板表面的洁净度。使钢的表面质量优异、内部质量纯净度高，同时产品规格覆盖范围广。

附图说明

图1为本发明的铁路转向架用耐候钢的金相照片。

具体实施方式

以下提供7组实施例以及两组对比例对本发明的铁路转向架用耐候钢的性能做详细说明。各案例钢的化学成分如表1所示：

表1钢的化学成分(余量为Fe和杂质)

编号	C	Mn	Si	P	S	Cr	Ni	Cu	V	Ti	Al	CE
													1	0.065	0.95	0.25	0.025	0.008	0.25	0.35	0.23	0.02	0.015	0.03	0.316
2	0.07	0.9	0.31	0.03	0.006	0.28	0.28	0.3	0.035	0.02	0.05	0.321667
													3	0.068	1.25	0.2	0.02	0.01	0.3	0.16	0.35	0.01	0.018	0.02	0.372333
4	0.07	1.1	0.38	0.015	0.009	0.1	0.4	0.4	0.015	0.01	0.01	0.329667
													5	0.071	1.2	0.36	0.018	0.007	0.15	0.35	0.1	0.025	0.013	0.04	0.336
6	0.072	0.98	0.4	0.023	0.008	0.18	0.26	0.16	0.04	0.016	0.02	0.307333
													7	0.075	0.8	0.38	0.01	0.006	0.29	0.1	0.38	0.038	0.012	0.03	0.305933
对比1	0.055	1.25	0.36	0.035	0.008	0.26	0.37	0.38	0.03	0.02	0.04	0.371333
													对比2	0.14	1.25	0.38	0.025	0.02	0.27	0.36	0.31	0.032	0.018	0.04	0.4534

其中，对比例1超出本专利中的C元素含量下限要求；对比例2超出本专利中的C元素含量上限要求，且碳当量超出0.45。

各实施例采用本发明的制造方法制得，其工艺路线分为冶炼工艺路线和轧制工艺路线。具体的，冶炼工艺路线的工序包括：原料准备→铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸→坯料检验→坯料堆冷。轧制工艺路线的工序包括坯料入炉验收→坯料加热→坯料除鳞→轧制→控冷→热矫→剪切(火焰切割)取样→标识→检验→探伤→力学检验→入库→发货。

各案例的制造工艺参数如表2所示：

表2实施例钢的工艺参数

其中，对比例1和2的轧制除鳞工艺未按照本发明执行。

以上案例的各种性能见表3～表6所示：

表3钢的力学性能

由上表可知，对比例1由于C含量太低，导致钢板抗拉强度不够；对比例2 由于C含量较高，导致钢板低温冲击出现散值，低温韧性降低。

表4钢的金相组织性能

由上表可知，对比例2由于C元素含量较高，大尺寸夹杂物发生率较高。

表5钢的坯料裂纹发生率和钢板表面水波纹发生率

由上表可知，对比例2由于C元素含量为包金钢成分设计区间，坯料裂纹发生率较高；对比例1和2由于轧制除鳞工艺未执行本发明的方法，钢板表面水波纹发生率较高。

表6钢的耐候性能

对比例1和2由于钢板表面质量较差，且对比例2由于C含量较高，导致耐腐蚀性能相当较低。本发明实例1-7耐候钢经过72h周期浸润腐蚀试验，相对腐蚀率与Q345B比较≤50％，耐候性能明显优普通碳钢。

进一步对本发明的铁路转向架用耐候钢的金相结构进行检测，如图1所示，该钢通过控轧控冷轧制工艺技术，获得了细小的铁素体为基体+均匀分布的珠光体组织，得到高强韧性、良好的腐蚀性性能和焊接性能，同时钢板表面和内部组织质量优异。

Claims

1.一种铁路转向架用耐候钢，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：C：0.065～0.068％、Si：0.36～0.40％、Mn：1.1～1.25％、P：＜0.030％、S：＜0.010％、Cr：0.1～0.29％、Ni：0.1～0.16％、Cu：0.1～0.16％、V：0～0.04％、Ti：0.01～0.013％、以及Al：0.010～0.050％；余量为Fe和杂质；

该钢的碳当量CE＜0.45，金相组织为以细小的铁素体为基体、均匀分布珠光体的混合组织。

2.根据权利要求1所述的铁路转向架用耐候钢，其特征在于，该钢的厚度规格范围为8-50mm。

3.一种根据权利要求1-2任一项所述的铁路转向架用耐候钢的制造方法，其特征在于，工序包括：原料准备→铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸→坯料检验→坯料堆冷→坯料入炉验收→坯料加热→坯料除鳞→轧制→控制冷却→剪切取样；其中，

所述坯料加热工序中，将坯料在1120-1200℃的环境下加热1.0-3.5小时；

所述轧制工序的过程控制包括对厚度、宽度、板型、平整度以及温度进行控制；采用两阶段轧制，压下率大于50％，粗轧开轧温度1000-1180℃，精轧开轧温度820-950℃，并在轧机入口侧导卫上以及入口侧下部机架辊辊缝处设置高压水除鳞喷嘴作为轧机的二次精轧高压水除鳞装置，采用粗轧除鳞4道次，精轧第1道次除鳞，精轧除鳞与粗轧除鳞时机隔开的除鳞制度进行除鳞，终轧温度780-860℃；

所述控制冷却工序控制返红温度为600-690摄氏度。

4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述铁水预处理工序包括对铁水包内喷吹石灰粉和镁粉进行复合喷吹脱硫，铁水预处理后S的质量百分比含量＜0.010％。

5.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述转炉冶炼工序采用顶底复吹结合副枪进行冶炼；所述LF精炼工序和所述RH精炼工序采用双钢包车式的LF-双工位RH精炼技术。

6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述LF精炼工序采用包括造渣、深脱硫、窄成份控制、夹杂物球化以及静搅拌的手段，使钢水成份、温度均匀，夹杂物得到充分上浮并满足形态要求。

7.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述RH精炼工序通过控制真空度和真空处理时间，降低钢种气体和夹杂物的含量。

8.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述连铸工序采用全程无氧化保护浇注，并采用连续弯曲、连续矫直、全程多支点密排辊以及凝固末端轻压下方式连铸成坯。