CN112853218B - 一种高速动车转向架用钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速动车转向架用钢及其制造方法，涉及钢铁生产技术领域，其化学成分及质量百分比如下：C：0.11%～0.15%，Si：0.10%～0.30%，Mn：1.40%～1.50%，P≤0.013%，S≤0.0050%，Ni：0.10%～0.20%，Cr：0.10%～0.30%，Cu：0.10%～0.20%，Nb：0.030%～0.050%，Mo≤0.10%，V：0.01%～0.04%，Ti：0.006%～0.015%，Al：0.005%～0.015%，Mg：0.0008%～0.0015%，N:0.0050%，余量为Fe及不可避免的杂质。获得以铁素体、珠光体为主的组织，有效球化了硫化物夹杂、改性了钙铝酸盐夹杂物，获得的细小的夹杂物强化了组织性能，满足了产品高疲劳寿命、焊接性能要求。

Description

一种高速动车转向架用钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及钢铁生产技术领域，特别是涉及一种高速动车转向架用钢及其制造方法。
背景技术
随着我国经济进程加速，铁路运输得到了飞速的发展，车辆车速得到了大幅度的提高，其中大于300公里/小时的车辆已经成为主要的人员运输方式。高速铁路的发展的离不开高质量钢铁的应用，其中高速动车转向架用钢一直是高速动车的核心配件，其性能要求较高的抗疲劳性能及焊接性能。目前，我国高速动车转向架用钢主要依赖进口，提高钢材质量，完成高端产品的国产替代，实现大国重器的核心技术势在必行。
发明内容
本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种高速动车转向架用钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.11％～0.15％，Si：0.10％～0.30％，Mn：1.40％～1.50％，P≤0.013％，S≤0.0050％，Ni：0.10％～0.20％，Cr：0.10％～0.30％，Cu：0.10％～0.20％，Nb：0.030％～0.050％，Mo≤0.10％，V：0.01％～0.04％，Ti：0.006％～0.015％，Al：0.005％～0.015％，Mg：0.0008％～0.0015％，N≤0.0050％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明进一步限定的技术方案是：
前所述的一种高速动车转向架用钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.11％～0.13％，Si：0.10％～0.29％，Mn：1.40％～1.48％，P≤0.012％，S≤0.0030％，Ni：0.10％～0.19％，Cr：0.10％～0.29％，Cu：0.10％～0.19％，Nb：0.030％～0.049％，Mo≤0.10％，V：0.01％～0.39％，Ti：0.006％～0.013％，Al：0.005％～0.013％，Mg：0.0008％～0.0013％，N≤0.0040％，余量为Fe及不可避免的杂质。
前所述的一种高速动车转向架用钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.13％～0.15％，Si：0.11％～0.30％，Mn：1.42％～1.50％，P≤0.011％，S≤0.0030％，Ni：0.11％～0.20％，Cr：0.11％～0.30％，Cu：0.11％～0.20％，Nb：0.031％～0.050％，Mo≤0.10％，V：0.011％～0.040％，Ti：0.009％～0.015％，Al：0.006％～0.015％，Mg：0.0009％～0.0015％，N≤0.0048％，余量为Fe及不可避免的杂质。
前所述的一种高速动车转向架用钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.12％～0.14％，Si：0.15％～0.25％，Mn：1.43％～1.48％，P≤0.010％，S≤0.0030％，Ni：0.12％～0.18％，Cr：0.15％～0.25％，Cu：0.13％～0.18％，Nb：0.035％～0.045％，Mo≤0.10％，V：0.020％～0.030％，Ti：0.008％～0.013％，Al：0.006％～0.013％，Mg：0.0009％～0.0013％，N≤0.0049％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明的另一目的在于提供一种高速动车转向架用钢的制造方法，包括以下步骤：
S1、铁水采用KR法进行脱硫预处理，扒渣后入转炉吹炼；
S2、采用顶底复吹方式进行吹炼，镍、铜合金随废钢一起加入转炉，转炉出钢采用出钢脱氧合金化操作，钢水覆盖钢包底部后加入高纯石墨碳材脱氧，随后加入预熔精炼渣4～5kg/t钢，杂灰0.8～1.6kg/t钢，最后加入高碳铬铁、锰铁、硅铁及铝块；出钢结束后氩气流量调整到500～600NL/min，保证渣面及合金全部熔化，渣面熔化后向渣面喂入纯钙线，去除炉渣中气体，处理结束后钢水吊运至LF炉；
S3、钢水吊运LF炉后进行升温处理，保证钢水温度到达1620～1640℃，然后向钢包底部喂入铝线，对钢水进行脱氧，钢水定氧＜10ppm后进行炉渣微脱氧处理，保证硫含量满足成分要求，对钢水进行合金化处理；
S4、钢水到达RH进行真空处理，真空保持时间≥15min，真空结束后进行钢水定氧，确保钢水氧含量≤5ppm，钢包到喂丝位喂入镁铝线处理，镁处理结束后静搅时间≥12min；
S5、钢水静搅后吊运至连铸进行浇铸，采用透气水口，保证浇铸顺利，采用电磁搅拌及动态轻压下工艺，坯料堆冷48小时后检查表面质量并进行处理，保证符合要求；
S6、坯料加热温度1120±10℃，加热时间按坯料厚度以10～13min/cm计算，均热时间≥40min，确保合金中元素充分固溶；
S7、采用单机架可逆轧机进行轧制，出轧开轧1000～1050℃，二开温度850～980℃，终轧温度800～900℃；
S8、钢板入水温度700～800℃，返红温度500～600℃，冷却辊速0.50～1.20m/s，加速度0.002～0.013m/s2。
前所述的一种高速动车转向架用钢的制造方法，步骤S3中，炉渣微脱氧过程中不加入铝系脱氧剂。
前所述的一种高速动车转向架用钢的制造方法，步骤S4中，镁铝线的镁含量为10％～15％，镁处理结束后镁含量为0.0010％～0.0020％。
本发明的有益效果是：
(1)本发明采用吹氧转炉冶炼并经LF+RH精炼处理，采用镁铝线进行真空后处理，镁处理后静搅镇静，经连铸浇铸、奥氏体化、热机械轧制及冷却工艺，获得以铁素体、珠光体为主的组织，有效球化了硫化物夹杂、改性了钙铝酸盐夹杂物，获得的细小的夹杂物强化了组织性能，满足了产品高疲劳寿命、焊接性能要求，满足了客户要求；
(2)本发明采用镁处理替代钙处理工艺，通过镁的活度效应降低了钢水总氧含量，改善了钢中A、B类夹杂物形态，细化了组织晶粒度，得到了以铁素体珠光体为主的组织形态，提高产品的抗疲劳及焊接性能；
(3)本发明采用KR法工艺，保证了入炉铁水硫的稳定性，采用自产废钢避免了外来增硫条件，通过转炉高温出钢及全脱氧高温化渣工艺，炉后底搅工艺及化渣技术得到了转炉去硫工艺的实现；
(4)本发明中LF独特处理过程稳定了钢水铝含量，避免了夹杂物转化，保证了钢水以Al2O3固态夹杂物为主的夹杂物形态；
(5)本发明中高真空条件降低了钢水中游离氧含量，通过镁处理有效去除了钢水中含氧复合夹杂物中的氧，保证了夹杂物的变形，得到大多数小于10μm的夹杂物，夹杂物在钢中变害为益；
(6)本发明采用镁系成分的钢板，在组织转化过程中，镁质改质的析出物，成为了非均质形核核心，分割晶粒、细化组织、改善性能；
(7)本发明中镁处理后，钢中溶解氧含量得到明显降低，与铝系夹杂形成镁铝尖晶石类夹杂物，细小弥散在钢的基体中，提升钢的强度与质量，镁与硫结合形成MgS夹杂物，有效球化了A类夹杂物，改善了MnS夹杂物对钢材性能的危害；
(8)本发明采用镁质合金添加，有效细化了组织晶粒度，促进了针状铁素的形成，带状组织得到了明细改善，铁素体珠光体组织晶粒更均匀。
附图说明
图1为本发明实施例1的金相组织图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种高速动车转向架用钢，其化学成分及质量百分比如下：C：0.11％，Si：0.13％，Mn：1.42％，P：0.011％，S：0.0013％，Ni：0.13％，Cr：0.13％，Cu：0.11％，Nb：0.033％，Mo：0.02％，V：0.013％，Ti：0.011％，Al：0.009％，Mg：0.0009％，N:0.0037％，余量为Fe及不可避免的杂质。
制造方法，包括以下步骤：
S1、铁水采用KR法进行脱硫预处理，扒渣后入转炉吹炼；
S2、采用顶底复吹方式进行吹炼，镍、铜合金随废钢一起加入转炉，转炉出钢采用出钢脱氧合金化操作，钢水覆盖钢包底部后加入高纯石墨碳材脱氧，随后加入预熔精炼渣4.5kg/t钢，杂灰1.2kg/t钢，最后加入高碳铬铁、锰铁、硅铁及铝块；出钢结束后氩气流量调整到560NL/min，保证渣面及合金全部熔化，渣面熔化后向渣面喂入纯钙线，去除炉渣中气体，处理结束后钢水吊运至LF炉；
S3、钢水吊运LF炉后进行升温处理，保证钢水温度到达1631℃，然后向钢包底部喂入铝线，对钢水进行脱氧，钢水定氧6ppm后进行炉渣微脱氧处理，炉渣微脱氧过程中不加入铝系脱氧剂，保证硫含量满足成分要求，对钢水进行合金化处理；
S4、钢水到达RH进行真空处理，真空保持时间16min，真空结束后进行钢水定氧，确保钢水氧含量2ppm，钢包到喂丝位喂入镁铝线处理，镁铝线的镁含量为13％，镁处理结束后静搅时间15min，镁处理结束后镁含量为0.0018％；
S5、钢水静搅后吊运至连铸进行浇铸，采用透气水口，保证浇铸顺利，采用电磁搅拌及动态轻压下工艺，坯料堆冷48小时后检查表面质量并进行处理，保证符合要求；
S6、坯料加热温度1126℃，加热时间260min，均热时间43min，确保合金中元素充分固溶；
S7、采用单机架可逆轧机进行轧制，出轧开轧1035℃，二开温度898℃，终轧温度836℃；
S8、钢板入水温度787℃，返红温度565℃，冷却辊速0.95m/s，加速度0.009m/s2。
实施例2
本实施例提供的一种高速动车转向架用钢，与实施例1的区别在于，其化学成分及质量百分比如下：C：0.14％，Si：0.26％，Mn：1.46％，P：0.010％，S：0.0019％，Ni：0.19％，Cr：0.27％，Cu：0.17％，Nb：0.048％，Mo：0.02％，V：0.036％，Ti：0.013％，Al：0.0013％，Mg：0.0013％，N:0.0041％，余量为Fe及不可避免的杂质。
实施例3
本实施例提供的一种高速动车转向架用钢，与实施例1的区别在于，其化学成分及质量百分比如下：C：0.13％，Si：0.21％，Mn：1.43％，P：0.008％，S：0.0016％，Ni：0.15％，Cr：0.18％，Cu：0.11％，Nb：0.038％，Mo：0.10％，V：0.033％，Ti：0.011％，Al：0.0012％，Mg：0.0015％，N:0.0048％，余量为Fe及不可避免的杂质。
实施例1-3所得钢板的力学性能测试结果如下表1：
表1各实施例产品力学性能检测结果
Figure BDA0002889616390000041
Figure BDA0002889616390000051
实施例1-3所得钢板的夹杂物情况如下表2：
表2各实施例产品夹杂物情况
实施例 A类 B类 C类 D类
1 0 0.5 0 0
2 0 0 0 0
3 0 0.5 0 0
由此可见，本发明以提升产品洁净度为基础，以细化组织晶粒度提升产品性能为根本，对疲劳寿命、夹杂物、焊接性能、折弯性能、带状组织控制、晶粒度、耐候性能等进行了全面提升，全面对标国际先进产品，采用镁微合金化技术，改善内生夹杂物的形态，从而提高产品的内部质量，改善奥氏体形核机理，有效细化组织晶粒度，得到了以铁素体+珠光体为主的组织形态，从而提高产品的内部质量，改善产品性能。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种高速动车转向架用钢，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C：0.11%～0.15%，Si：0.10%～0.30%，Mn：1.40%～1.50%，P≤0.013%，S≤0.0050%，Ni：0.10%～0.20%，Cr：0.10%～0.30%，Cu：0.10%～0.20%，Nb：0.030%～0.050%，Mo≤0.10%，V：0.01%～0.04%，Ti：0.006%～0.015%，Al：0.005%～0.015%，Mg：0.0008%～0.0015%，N≤0.0050%，余量为Fe及不可避免的杂质；
制造方法包括以下步骤：
S1、铁水采用KR法进行脱硫预处理，扒渣后入转炉吹炼；
S2、采用顶底复吹方式进行吹炼，镍、铜合金随废钢一起加入转炉，转炉出钢采用出钢脱氧合金化操作，钢水覆盖钢包底部后加入高纯石墨碳材脱氧，随后加入预熔精炼渣4～5kg/t钢，杂灰0.8～1.6kg/t钢，最后加入高碳铬铁、锰铁、硅铁及铝块；出钢结束后氩气流量调整到500～600NL/min，保证渣面及合金全部熔化，渣面熔化后向渣面喂入纯钙线，去除炉渣中气体，处理结束后钢水吊运至LF炉；
S3、钢水吊运LF炉后进行升温处理，保证钢水温度到达1620～1640℃，然后向钢包底部喂入铝线，对钢水进行脱氧，钢水定氧＜10ppm后进行炉渣微脱氧处理，保证硫含量满足成分要求，对钢水进行合金化处理；
S4、钢水到达RH进行真空处理，真空保持时间≥15min，真空结束后进行钢水定氧，确保钢水氧含量≤5ppm，钢包到喂丝位喂入镁铝线处理，镁处理结束后静搅时间≥12min；
S5、钢水静搅后吊运至连铸进行浇铸，采用透气水口，保证浇铸顺利，采用电磁搅拌及动态轻压下工艺，坯料堆冷48小时后检查表面质量并进行处理，保证符合要求；
S6、坯料加热温度1120±10℃，加热时间按坯料厚度以10～13min/cm计算，均热时间≥40min，确保合金中元素充分固溶；
S7、采用单机架可逆轧机进行轧制，粗轧开轧1000～1050℃，二开温度850～980℃，终轧温度800～900℃；
S8、钢板入水温度700～800℃，返红温度500～600℃，冷却辊速0.50～1.20m/s，加速度0.002～0.013m/s²。
2.根据权利要求1所述的一种高速动车转向架用钢，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C：0.13%～0.15%，Si：0.11%～0.30%，Mn：1.42%～1.50%，P≤0.011%，S≤0.0030%，Ni：0.11%～0.20%，Cr：0.11%～0.30%，Cu：0.11%～0.20%，Nb：0.031%～0.050%，Mo≤0.10%，V：0.011%～0.040%， Ti：0.009%～0.015%，Al：0.006%～0.015%，Mg：0.0009%～0.0015%，N≤0.0048%，余量为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种高速动车转向架用钢，其特征在于：其化学成分及质量百分比如下：C：0.12%～0.14%，Si：0.15%～0.25%，Mn：1.43%～1.48%，P≤0.010%，S≤0.0030%，Ni：0.12%～0.18%，Cr：0.15%～0.25%，Cu：0.13%～0.18%，Nb：0.035%～0.045%，Mo≤0.10%，V：0.020%～0.030%， Ti：0.008%～0.013%，Al：0.006%～0.013%，Mg：0.0009%～0.0013%，N≤0.0049%，余量为Fe及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的一种高速动车转向架用钢，其特征在于：所述步骤S3中，炉渣微脱氧过程中不加入铝系脱氧剂。
5.根据权利要求1所述的一种高速动车转向架用钢，其特征在于：所述步骤S4中，所述镁铝线的镁含量为10%～15%，镁处理结束后镁含量为0.0010%～0.0020%。
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