CN112779478A

CN112779478A - 390MPa级高速列车转向架用耐候钢板及制造方法

Info

Publication number: CN112779478A
Application number: CN202011562460.5A
Authority: CN
Inventors: 张瑞琦; 刘志伟; 孙傲; 郭晓宏; 渠秀娟; 马骏; 郑欣; 李泊; 闵承鑫; 杨玉; 高磊
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2020-12-25
Publication date: 2021-05-11
Anticipated expiration: 2040-12-25
Also published as: CN112779478B

Abstract

本发明提供了一种390MPa级高速列车转向架用耐候钢板及其制造方法，该钢板的成分按重量百分比计如下：C：0.092％～0.12％、Si：0.32％～0.42％、Mn：1.42％～1.58％、P≤0.015％、S≤0.008％、Cr：0.51％～0.65％、Ni：0.26％～0.36％、Cu：0.25％～0.41％、Zr：0.02％～0.05％，Nb：0.015％～0.045％、V:0.020％～0.040％、Ti：0.01％～0.02％、Al：0.020％～0.050％，余量为Fe和不可避免的杂质；钢板厚度为80～100mm；制造方法包括冶炼→连铸→板坯堆垛→加热→轧制→冷却；应用本发明生产的钢板具有优良的耐候性、冷成形性能、低温韧性、焊接性能和均匀纯净的内部质量，完全满足我国南北地域的巨大温度差异、不同地区不同气候的腐蚀条件以及复杂多样的运行路况要求，保证高速列车的运行品质和行车安全。

Description

390MPa级高速列车转向架用耐候钢板及制造方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种80～100mm大厚度390MPa级高速列车转向架用耐候钢板及其制造方法。

背景技术

转向架构架是铁路车辆最重要的承载结构之一，转向架是车辆的走行部件，它的性能决定了车辆运行品质、行车安全。随着国内高速列车的迅猛发展，高速列车转向架用钢不仅需要高强度和高塑性，同时要具有良好的焊接性能、抗疲劳性能、低温韧性和耐大气腐蚀性能。为保证列车运行的安全和稳定性，转向架支架需使用80mm及以上大厚度钢板。一般来说，壁厚越大，厚度方向上的组织均匀性越难于控制，钢板的低温韧性控制难度成倍提升，目前，80mm以上大厚度规格转向架用钢各钢厂生产较少。

虽然在本发明之前已有多个关于高速列车转向架用钢的发明专利，但均与本发明区别明显，以下简单介绍与本发明较为接近的几个：

发明《一种铁路转向架用耐候钢及其制造方法》(CN110592478A)公开的耐候钢其成分组成：C：0.065％～0.075％、Si：0.20％～0.40％、Mn：0.80％～1.25％、P：＜0.030％、S：＜0.010％、Cr：＜0.30％、Ni：0＜0.40％、Cu：＜0.40％、V：＜0.04％、Ti：＜0.020％、以及Al：0或0.010％～0.050％；余量为Fe和杂质；该钢的碳当量小于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，厚度规格范围为8-50mm。其不足之处在于，该发明转向架用钢为最大厚度为50mm，厚度不足。

发明《一种含氮低屈强比高铁用耐候钢及生产方法(公开号CN109706396A)公开的耐候钢成分组成：C：0.20％～0.50％、N：0.006％～0.030％、Si：0.20％～0.40％、Mn：0.8％～1.7％、Ti：0.007％～0.020％、Cr：1.80％～3.50％，余量为Fe；生产方法：转炉冶炼后进入氩站进行吹炼；经真空处理后浇注；将钢坯加热；经高压除鳞后粗轧；精轧；冷却。该发明能在保证钢板硬度前提下，使钢的基体组织为初生铁素体、珠光体及奥氏体三相复合组织，屈服强度在≥370MPa，抗拉强度≥600MPa，延伸率A≥26.5％，-60℃夏比冲击功不低于260J/cm²，屈强比不高于0.69、腐蚀速率不超过0.082mg/cm²·h，从而满足高铁的需要，延长服役周期。其不足之处在于，该发明钢板含C、Cr量较高，不利于焊接性能。

发明《一种大厚度海洋工程用390MPa级钢板及其制造方法》(公开号CN106811696A)公开的钢板其成分按重量百分比计如下：0.06％～0.16％、Si：0.2％～0.5％，Mn：0.9％～1.6％，Cu：0.1％～0.3％、Ni：0.2％～0.5％、P：≤0.02％，S：≤0.02％，Als：0.03％～0.05％，N：0.002％～0.005％，Nb：0.02％～0.05％，Ti：0.01％～0.02％、V：0.03％～0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质。制造方法，包括冶炼、加热、轧制、冷却，轧制：两阶段控制轧制，第一阶段为再结晶区轧制；冷却：采用冷速大于10℃/s的层流冷却系统，返红温度控制在400～450℃，后空冷至室温。晶粒组织细小且均匀，低温冲击韧性良好。产品的制造工艺易于实现，产品性能的均匀性。其不足之处在于，该发明钢板耐候性不足，且未体现-50℃下低温韧性。

发明《一种小于等于100mm厚的屈服强度390MPa级船板钢及制备方法》(公开号CN108085592A)公开的船板钢的成分组成：C：0.04％～0.08％、Si：0.20％～0.35％、Mn：1.40％～1.55％、P：0.009％～0.013％、S：0.002％～0.004％、Nb：0.015％～0.040％、V：0.020％～0.035％、Al：0.010％～0.030％、Ti：0.008％～0.02％、Mo：0.02％～0.06％、Cr：0.10％～0.20％、Cu：0.20％～0.30％、Ni：0.05％～0.35％以及余量的Fe和杂质。将具有与所述船板钢相同组分的连铸坯加热到1100～1250℃，保温0.5～2h；其后，依次进行再结晶区轧制和末再结晶区轧制；而后，将轧制的钢板依次经过第一层流冷却、空冷、第二层流冷却；最后空气冷却至室温，即可制得船板钢。船板钢≤100mm厚、屈服强度390MPa级、具有优良的低温韧性，且成分设计简单、焊接性能及耐蚀性优、综合力学性能强。其不足之处在于，该发明产品轧制过程中冷却工艺复杂，不利于生产效率。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种屈服强度≥390MPa，抗拉强度510-600MPa，断后伸长率≥25％，-50℃横向Akv平均值≥170J，带状组织≤3.0级，铁素体晶粒度≥8.5级，非金属夹杂物A/B/C/D/DS≤2.0级，TB/T 2375-93条件下72h周期浸润腐蚀试验相对于Q345B腐蚀速率小于55％的大厚度390MPa级高速列车转向架用耐候钢板及其制造方法。

本发明目的是这样实现的：

一种390MPa级高速列车转向架用耐候钢板，该钢板的成分按重量百分比计如下：C：0.092％～0.12％、Si：0.32％～0.42％、Mn：1.42％～1.58％、P≤0.015％、S≤0.008％、Cr：0.51％～0.65％、Ni：0.26％～0.36％、Cu：0.25％～0.41％、Zr：0.02％～0.05％，Nb：0.015％～0.045％、V:0.020％～0.040％、Ti：0.01％～0.02％、Al：0.020％～0.050％，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步，所述耐候钢板最终显微组织为均匀的多边形铁素体、少量的珠光体和贝氏体组织，铁素体晶粒度在9级以上，具有优异的强塑性和低温韧性匹配。

进一步，所述耐候钢板厚度为80～100mm。

本发明钢板成分设计理由如下：

C：是钢中最有效的固溶强化元素，能显著提高钢板的强度，较高的C含量对钢板焊接性、冲击韧性、塑性和耐候性不利，但碳含量过低不仅造成强度过低而且增加冶炼成本。因此，合理设计C含量是十分必要的，本发明C含量控制在0.092％～0.12％。

Si：具有中等的固溶强化作用，可提高强度，是炼钢过程中主要的脱氧元素，其含量过高会使钢的塑性和韧性降低，表面氧化铁皮增多且不易清除，其含量控制在0.32％～0.42％。

Mn：重要的固溶强化元素，可提高强度，同时可以增加奥氏体稳定性、提高淬透性。但是，锰含量过高易诱发连铸坯偏析，不利于带状组织控制，还会导致可焊性和焊接热影响区韧性恶化。本发明锰含量优选为1.42％～1.58％。

P：是提高钢耐大气腐蚀性能最有效的合金元素之一，磷易于偏析，增加钢的冷脆性，不利于低温韧性，恶化钢板的焊接性和冷成形性。考虑到炼钢可操作性和炼钢成本，磷含量控制在≤0.0150％。

S：是钢中有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，恶化焊接性和耐大气腐蚀性，其含量控制在≤0.008％。

Cr：重要的固溶元素，强化作用稍弱于锰。重要的耐大气腐蚀元素，钢板腐蚀过程中能在基体表面形成致密的氧化膜，提高钢的钝化能力，与铜配合使用效果突出。铬含量的控制在0.51％～0.65％。

Cu：是提高钢耐大气腐蚀性能，应用最普遍的合金元素，但是铜元素容易在晶界富集，引起铜脆，导致钢板表面产生网状裂纹，铜同时具有一定的固溶和沉淀强化作用。其含量控制在0.25％～0.41％。

Ni：有利于提高钢板的低温冲击韧性，同时可以抑制氯离子对钢材的腐蚀，镍/铜比为1/2以上，能有效改善铜在钢中引起的热脆性。镍含量增高会增加成本并且影响焊接性能。其含量控制在0.26％～0.36％。

Zr：属于ⅣB族，难熔耐高温，是强碳氮化物形成元素，成的碳氮化物在均热和再加热过程中阻止奥氏体晶粒长大，细化奥氏体晶粒，即使在高温奥氏体再结晶区下形变也能获得超细晶粒，提高冲击韧性。锆在加热时其暴露在空气中的表面上会生成一层坚固的氧化物薄膜ZrO₂，正是这层薄膜使含锆钢板具备优异的耐蚀性能。锆元素可以有效促进针状铁素体形成，显著地提高焊缝的韧性。锆含量过多会增加冶炼难度及提高成本，其含量控制在0.02％～0.05％。

Nb：是强碳化物形成元素，在再结晶过程能强烈抑制晶粒长大，所形成的微细碳化物颗粒，细化晶粒，并产生析出强化作用，显著提高钢板的强度。铌含量控制在0.015-0.045％。

V：细化晶粒作用稍弱于铌，可以提高强度，同时提高奥氏体的淬透性。含量过高，会导致析出物尺寸和数量增大降低冲击韧性。其含量控制在0.020～0.040％。

Ti：是强碳氮化物形成元素，溶解析出温度较高，加热时阻止奥氏体晶粒长大效果显著，钢中适量加入钛元素能有效改善钢焊接时热影响区的冲击韧性。钛含量控制在0.01％～0.02％。

Al：是钢中的脱氧剂，同时能够有效细化晶粒，提高钢材强韧性。与N结合成AlN，可以减弱或完全消除在较低温度下发生的两种时效现象。铝含量控制在0.020～0.050％。

本发明技术方案之二是提供一种390MPa级高速列车转向架用耐候钢板及其制造方法，包括冶炼→连铸→板坯堆垛→加热→轧制→冷却；

(1)冶炼：

通过转炉冶炼、LF+RH精炼，控制精炼时间为80-90min，以便非金属夹杂物充分上浮充分，保证钢水中较少的夹杂物含量。连铸过程中采用动态轻压下和电磁搅拌工艺，减轻偏析，提高铸坯质量，保证终端成品的带状组织级别，连铸坯厚度规格为300～360mm。

(2)板坯加热：

板坯经清理后装炉加热，在保证材料均匀奥氏体化前提下采用尽量低的加热温度，以减少加热过程中的奥氏体晶粒长大。考虑到铌、钒、钛等碳、氮化物的溶解和析出行为，将板坯加热温度控制在1220～1250℃；均热段在炉时间不少于60min，保证钢坯烧钢均匀，加热总时间为220min以上，合理的加热温度及加热时间可以有效保证合金元素的固溶效果及在坯料中分布的均匀性。

(3)轧制：

轧制时压缩比不小于3；进行两阶段控轧，采用低速、大压下轧制方法，轧制速度为1.20-1.50m/s；第一阶段为再结晶区轧制，累计压下率不小于50％，终轧温度1050℃～1100℃；第二阶段为未再结晶区轧制，中间坯为目标厚度的1.5～2倍，开轧温度785～815℃，终轧温度控制在788℃～820℃；

(4)冷却：轧后采用前段冷却方式进行冷却，开冷温度650～700℃，返红温度390～450℃，该工艺下可获得细小均匀的晶粒度。冷却速度控制在10℃/s以上，以减轻带状组织，然后在缓冷槽中冷却36h，减少内应力均匀组织，保证钢板探伤合格率。

本发明的有益效果在于：应用上述化学成分、冶炼、连铸、轧制等工艺生产的80～100mm大厚度高速列车转向架用钢板屈服强度≥390MPa，抗拉强度510-600MPa，断后伸长率≥25％，-50℃横向Akv平均值≥170J，带状组织≤3.0级，铁素体晶粒度≥8.5级，非金属夹杂物A/B/C/D/DS≤2.0级，TB/T 2375条件下72h周期浸润腐蚀试验相对于Q345B腐蚀速率小于55％，具有优良的耐候性、冷成形性能、低温韧性、焊接性能和均匀纯净的内部质量，完全满足我国南北地域的巨大温度差异、不同地区不同气候的腐蚀条件以及复杂多样的运行路况要求，保证高速列车的运行品质和行车安全。

附图说明

图1为本发明实施例1钢板1/4显微组织金相图。

图2为本发明实施例2钢板1/2显微组织金相图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行冶炼→连铸→板坯堆垛→加热→轧制→冷却。

(1)冶炼：

通过转炉冶炼、LF+RH精炼，控制精炼时间为80～90min，连铸坯厚度规格为300～360mm。

(2)板坯加热：

板坯加热温度控制在1220～1250℃；均热段在炉时间不少于60min，加热总时间为220min以上；

(3)轧制：

轧制时压缩比不小于3；进行两阶段控轧，采用低速(、大压下轧制方法，轧制速度控制在1.20-1.50m/s；第一阶段为再结晶区轧制，累计压下率不小于50％，终轧温度1050℃～1100℃；第二阶段为未再结晶区轧制，中间坯为成品厚度的1.5～2倍，开轧温度785～815℃，终轧温度控制在788℃～820℃；

(4)冷却：轧后采用前段冷却方式进行冷却，开冷温度650～700℃，冷却速度控制在10℃/s以上，返红温度390～450℃，然后缓冷36h。

本发明实施例钢的成分见表1。本发明实施例钢的主要工艺参数见表2。本发明实施例钢的性能见表3。本发明实施例钢显微组织见表4。本发明实施例钢周期浸润腐蚀试验结果见表5。

表1本发明实施例钢的成分(wt％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Nb	Zr	V	Ti	Al
														1	0.097	0.37	1.53	0.012	0.005	0.55	0.27	0.29	0.036	0.030	0.035	0.014	0.043
2	0.095	0.37	1.55	0.012	0.003	0.58	0.35	0.26	0.022	0.023	0.024	0.013	0.041
														3	0.106	0.36	1.51	0.011	0.004	0.60	0.28	0.35	0.025	0.034	0.031	0.015	0.034
4	0.112	0.39	1.49	0.011	0.003	0.59	0.30	0.37	0.030	0.027	0.026	0.017	0.037
														5	0.099	0.34	1.50	0.013	0.005	0.62	0.33	0.30	0.041	0.032	0.028	0.011	0.039

表2本发明实施例钢的主要工艺参数

表3本发明实施例钢的性能

表4本发明实施例钢的显微组织

表5本发明实施例钢周期浸润腐蚀试验结果

实施例	腐蚀速率(g/m<sup>2</sup>.h)	相对腐蚀速率
			Q345B	4.1457	100
1	1.9914	48.0％
			2	2.0145	48.6％
3	1.9564	47.2％
			4	2.0039	48.3％
5	1.9489	47.0％

备注：周期浸润腐蚀试验条件：TB/T 2375条件下72h周期浸润

为了表述本发明，在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种390MPa级高速列车转向架用耐候钢板，其特征在于，该钢板的成分按重量百分比计如下：C：0.092％～0.12％、Si：0.32％～0.42％、Mn：1.42％～1.58％、P≤0.015％、S≤0.008％、Cr：0.51％～0.65％、Ni：0.26％～0.36％、Cu：0.25％～0.41％、Zr：0.02％～0.05％，Nb：0.015％～0.045％、V:0.020％～0.040％、Ti：0.01％～0.02％、Al：0.020％～0.050％，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种390MPa级高速列车转向架用耐候钢板，其特征在于，所述耐候钢板厚度为80～100mm。

3.根据权利要求1所述的一种390MPa级高速列车转向架用耐候钢板，其特征在于，所述耐候钢板最终显微组织为均匀的多边形铁素体、少量的珠光体和贝氏体组织，铁素体晶粒度在9级以上，具有优异的强塑性和低温韧性匹配。

4.一种权利要求1-3任一项所述的一种390MPa级高速列车转向架用耐候钢板的制备方法，包括冶炼→连铸→板坯堆垛→加热→轧制→冷却；其特征在于：

(1)板坯加热：

(2)轧制：

轧制时压缩比不小于3；进行两阶段控轧，第一阶段为再结晶区轧制，采用低速、大压下轧制方法，累计压下率不小于50％，终轧温度1050℃～1100℃；第二阶段为未再结晶区轧制，中间坯为目标厚度的1.5～2倍，开轧温度785～815℃，终轧温度控制在788℃～820℃；

(3)冷却：轧后采用前段冷却方式进行冷却，开冷温度650～700℃，冷却速度控制在10℃/s以上，返红温度390～450℃，然后缓冷36h。

5.根据权利要求4所述的一种390MPa级高速列车转向架用耐候钢板的制备方法，包括冶炼→连铸→板坯堆垛→加热→轧制→冷却；其特征在于，

所述冶炼工艺具体为：通过转炉冶炼、LF+RH精炼，控制精炼时间为80～90min，连铸坯厚度规格为300～360mm。