CN110846585A - 一种铁路转向架用q345c钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铁路转向架用Q345C钢板及其制造方法，通过低C、微合金、低杂质含量成分的设计思路，有效的保证了钢板交货状态和模拟焊后强度均符合技术要求，避免交货状态的强度符合而模拟焊后强度下降，导致模拟焊后强度不合格的情况。其制造方法采用洁净钢冶炼技术，降低了气体和非金属夹杂物的含量，连铸工序全称无氧化，结合凝固末端轻压下和电磁搅拌技术，得到高纯洁净度的连铸坯，确保铸坯平整及内部金属致密。两阶段轧制技术，细化了奥氏体和铁素体的晶粒度，获得以细小的铁素体为基体+均匀分布的珠光体的内部组织。得到的钢板具有优异的低温冲击韧性、良好的焊接性能且组织纯净度高，能够满足当前铁路转向架的技术要求。

Description

一种铁路转向架用Q345C钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种铁路用钢及其制造方法，具体涉及一种铁路转向架用Q345C钢板及其制造方法。
背景技术
铁路转向架处在拉压动载荷的运营环境下，如强度过高，则引发脆性裂纹的趋势增大，因此目前转向架用钢仍在沿用日本的制造经验，选材的强度等级为345级别，且交货状态为轧制状态。随着车速的逐步提高，现有Q345C钢板性能质量已无法适用于新的技术要求，主要体现在以下几个方面：1、新技术要求进一步降低了低温冲击温度，由标准要求的0℃降低至-40℃，加大了钢企生产制造的难度。2、增加了组织晶粒度、带状等级的技术要求，对钢板的组织纯净度提出了更高要求。3、提出碳当量上限值为0.44，且增加了模拟焊后的性能要求，加大了钢板焊接性能的相关指标要求。
目前有一些针对Q345C钢板的性能提升技术，例如申请号为201110176674.3的发明公开了一种特厚低合金高强度Q345C钢板及其生产方法，通过转炉冶炼、LF精炼、真空精炼、浇注、加热、轧制、控冷、缓冷、热处理一系列工艺，并通过多元复合微合金元素的化学成分设计，LF+VD工艺来保证钢质的洁净度，达到各类夹杂物级别总和不超过2.5，通过控轧控冷+正火处理使钢的晶粒度达到8.0～10.0级，通过上述等措施的有效实施，成功地生产出了特厚低合金高强度Q345C钢板。申请号为201110176686.6的发明公开了一种低合金Q345C-Z35厚板及其生产方法，本发明通过KR铁水预处理、转炉冶炼、吹氩处理、LF炉精炼、VD精炼、连铸、加热、控轧控冷、堆冷工艺，在原有Q345C-Z35低合金钢的成分基础上，适当调整Q345C-Z35中C、Mn的含量和比例，并同时严格控制钢中P、S等影响钢板塑韧性的有害元素含量，进而不添加价格高昂的微合金元素Nb、Ti等，保证Q345C-Z35各项性能指标达到国家标准要求，大大降低了生产成本。
以上述两种方法为代表的技术，均未能解决当前轧制状态交货，铁路转向架用Q345C存在的问题。因此亟待开发相关生产制造工艺，解决目前存在的问题。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种铁路转向架用Q345C钢板，该钢板具有优异的低温冲击韧性、良好的焊接性能且组织纯净度高。
本发明的另一目的是提供一种上述钢板的制造方法。
技术方案：本发明所述的一种铁路转向架用Q345C钢板，由以下质量百分比的成分组成：C：0.08～0.12％、Mn：1.2～1.6％、Si：0.20～0.40％、P：≤0.030％、S：≤0.010％、Nb：0.010～0.030％、Ti：0.010～0.020％、Al：0.010～0.050％，余量为Fe和杂质；碳当量＜0.44；该钢板的金相组织为均匀细小的铁素体基体上均匀分布珠光体的混合组织。
该铁路转向架用Q345C钢板的合金成分设计原理是：
C是提高钢板强度最有效的元素。但添加较多的C，将影响钢材的焊接性能、冲击韧性。较低的C含量又容易导致强度偏低。当钢板需同时保证交货状态和模拟焊后性能时，还需考虑模拟焊后对钢板强度的影响，因此需合理的设计C元素含量十分必要。
Mn可以细化钢的显微组织，是重要的强韧化元素。但含量过高会使钢的可焊性和焊接热影响区韧性恶化。
Si能够起到细化晶粒的作用，有利于提高钢的韧性；但含量过高会导致焊接性能下降。
P、S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。
Nb在钢中可以显著细化晶粒，提高钢的强度，但含量过高会影响韧性。
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。但合金价格较高，含量过高会导致焊接性下降，并增加钢企生产制造成本，本发明不加入。
Ti：可在钢材轧制过程中析出碳化物，细化奥氏体晶粒，达到析出强化的目的。
V：能通过(C/N)在贝氏体板条中析出，提高钢板抗回火软化性，实现钢板强度、低温韧性的匹配同时不损害钢板的焊接性，但对于轧制交货的钢板实用性不大，本发明不加入。
碳当量计算公式如下，Ceq(％)＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，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0.44的原则确定其他合金元素的含量。
进一步的，所述的铁路转向架用Q345C钢板，由以下质量百分比的成分组成：C：0.095～0.10％、Mn：1.3～1.45％、Si：0.33～0.37％、P：≤0.028％、S：≤0.010％、Nb：0.015～0.025％、Ti：0.015～0.018％、Al：0.020～0.030％，余量为Fe和杂质。
所述钢的厚度覆盖8-50mm。
对应于上述铁路转向架用Q345C钢板，本发明提供的制造方法所采用的技术方案是：工序包括铁水预处理→转炉冶炼→LF+RH精炼→连铸→坯料检验→坯料堆冷→坯料加热→坯料除鳞→轧制→控制冷却；其中，LF+RH精炼工序采用洁净钢冶炼技术，真空压力≤3毫巴，抽真空保持时间不小于12min；喂入无缝纯钙线1.2-1.47米/吨钢，喂丝结束后静搅时间不小于12min；连铸工序全程采用无氧化保护浇注并配以凝固末端轻压下和电磁搅拌；坯料堆冷工序的堆冷时间≥48小时；坯料除鳞工序中高压水系统的压力≥18Mpa；轧制工序采用两阶段轧制，先通过高温大压下工艺在奥氏体再结晶区进行第一阶段轧制，轧制过程控制道次压下量≥22mm；然后等待钢板温度下降到未再结晶区域时再开始第二阶段轧制。
进一步的，所述坯料加热工序中加热温度为1140-1200℃，加热时间1.5-3.0小时。
所述轧制工序中，第二阶段轧制的开轧温度为860-1000℃，终轧温度为760-840℃。
所述控制冷却工序中，钢板的返红温度为620-690℃。
有益效果：该铁路转向架用Q345C钢板通过低C、微合金(Nb、Ti)、低杂质含量成分的设计思路，有效的保证了钢板交货状态和模拟焊后强度均符合技术要求，避免交货状态的强度符合要求而模拟焊后强度下降，导致模拟焊后强度不合格的情况。采用洁净钢冶炼技术，降低了钢中气体和非金属夹杂物的含量，结合全称无氧化保护浇注的连铸工序，采用凝固末端轻压下和电磁搅拌技术，得到高纯洁净度的连铸坯，确保连铸坯平整及内部金属致密。两阶段轧制技术，细化了奥氏体和铁素体的晶粒度，获得以细小的铁素体为基体+均匀分布的珠光体的内部组织。该钢板具有优异的低温冲击韧性、良好的焊接性能且组织纯净度高，能够满足当前铁路转向架的技术要求。
附图说明
图1是本发明的金相结构照片。
具体实施方式
以下提供7组实施例以及4组对比例对本发明的铁路转向架用Q345C钢板做详细说明。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 Nb Ti Al CE
1 0.085 1.6 0.2 0.028 0.009 0.015 0.01 0.05 0.35
2 0.08 1.4 0.4 0.03 0.007 0.026 0.02 0.01 0.31
3 0.12 1.55 0.3 0.026 0.01 0.01 0.015 0.04 0.38
4 0.09 1.2 0.33 0.019 0.007 0.03 0.013 0.02 0.29
5 0.1 1.3 0.26 0.025 0.008 0.025 0.018 0.03 0.32
6 0.11 1.45 0.37 0.02 0.006 0.028 0.016 0.04 0.35
7 0.095 1.5 0.35 0.017 0.008 0.019 0.017 0.02 0.35
对比例1 0.07 1.3 0.3 0.028 0.01 0.027 0.02 0.05 0.29
对比例2 0.15 1.8 0.25 0.02 0.008 0.015 0.015 0.04 0.45
对比例3 0.09 1.5 0.28 0.019 0.009 0.028 0.01 0.01 0.34
对比例4 0.11 1.2 0.37 0.025 0.007 0.02 0.018 0.03 0.31
其中，实施例1-7和对比例3-4均按照本发明进行成分设计，对比例1中C
含量超出本发明的限定范围，对比例2中C和Mn含量均超出本发明设计上限要求；导致碳当量超标。
各实施例采用本发明的制造方法制得，其工艺路线的工序包括原料准备→铁水预处理→转炉冶炼→LF+RH精炼→连铸→坯料检验→坯料堆冷→坯料加热→坯料除鳞→轧制→控制冷却→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钢的制造工艺参数
Figure BDA0002249980410000051
其中，实施例1-7和对比例1-2均按照本发明的工艺要求执行，对比例3抽真空、静搅时间超出本发明的下限要求，对比例4第二阶段开轧温度超出本发明的上限要求。
以上案例的各种性能见表3、表4所示：
表3钢的力学性能
Figure BDA0002249980410000052
通过上表可以看出，本发明实施例1-7的钢板交货状态和模拟焊后的强度和韧性匹配良好，均符合相关技术要求。对比例1由于C含量过低，交货状态的强度偏低，导致模拟焊后的强度不符合技术要求。对比例2由于C含量和Mn含量超出本发明上限要求，交货状态的强度超出技术要求。对比例3抽真空、静搅时间低于本发明要求，导致钢坯纯净度较低，低温冲击韧性出现不稳定的现象。对比例4由于第二阶段的开轧温度高于本发明设计要求，导致组织晶粒度粗大，出现混晶情况，低温冲击韧性极具下降。
表4钢的金相组织性能
Figure BDA0002249980410000061
通过上表可以看出，对比例3、4由于未按本发明工艺设计，最终钢坯纯净度低下，晶粒粗大，组织不均匀，钢板均质性较差。
再一并参阅图1所示，本发明的铁路转向架用Q345C钢板的金相照片显示，该钢的金相组织为细小的铁素体基体上均匀分布珠光体的混合组织，使钢板得到优异的低温冲击韧性。

Claims (7)

1.一种铁路转向架用Q345C钢板，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：C：0.08～0.12％、Mn：1.2～1.6％、Si：0.20～0.40％、P：≤0.030％、S：≤0.010％、Nb：0.010～0.030％、Ti：0.010～0.020％、Al：0.010～0.050％，余量为Fe和杂质；碳当量＜0.44；该钢板的金相组织为均匀细小的铁素体基体上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Q345C钢板，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：C：0.095～0.10％、Mn：1.3～1.45％、Si：0.33～0.37％、P：≤0.028％、S：≤0.010％、Nb：0.015～0.025％、Ti：0.015～0.018％、Al：0.020～0.030％，余量为Fe和杂质。
3.根据权利要求1所述的铁路转向架用Q345C钢板，其特征在于，所述钢的厚度覆盖8-50mm。
4.一种根据权利要求1-3任一项所述的铁路转向架用Q345C钢板的制造方法，其特征在于，工序包括铁水预处理→转炉冶炼→LF+RH精炼→连铸→坯料检验→坯料堆冷→坯料加热→坯料除鳞→轧制→控制冷却；其中，
LF+RH精炼工序采用洁净钢冶炼技术，真空压力≤3毫巴，抽真空保持时间不小于12min；喂入无缝纯钙线1.2-1.47米/吨钢，喂丝结束后静搅时间不小于12min；
连铸工序全程采用无氧化保护浇注并配以凝固末端轻压下和电磁搅拌；
坯料堆冷工序的堆冷时间≥48小时；
坯料除鳞工序中高压水系统的压力≥18Mpa；
轧制工序采用两阶段轧制，先通过高温大压下工艺在奥氏体再结晶区进行第一阶段轧制，轧制过程控制道次压下量≥22mm；然后等待钢板温度下降到未再结晶区域时再开始第二阶段轧制。
5.根据权利要求4的制造方法，其特征在于，所述坯料加热工序中加热温度为1140-1200℃，加热时间1.5-3.0小时。
6.根据权利要求5的制造方法，其特征在于，所述轧制工序中，第二阶段轧制的开轧温度为860-1000℃，终轧温度为760-840℃。
7.根据权利要求5的制造方法，其特征在于，所述控制冷却工序中，钢板的返红温度为620-690℃。
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