專利名稱：低合金鑄鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低合金鑄鋼，具體地說(shuō)是一種能滿足美國(guó)鐵道協(xié)會(huì)(A.A.R)B+級(jí)鑄鋼要求的低合金鑄鋼。
背景技術(shù)：
我國(guó)鐵道標(biāo)準(zhǔn)TB/T2942-1999《鐵路機(jī)車車輛用鑄鋼材料》等效采用了美國(guó)鐵道協(xié)會(huì)(A.A.R)發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，即要求鐵路機(jī)車車輛用鑄鋼材料滿足一定的機(jī)械性能和化學(xué)成分要求，該標(biāo)準(zhǔn)將鐵路機(jī)車車輛用鑄鋼材料分為以下種類A級(jí)、B級(jí)、C級(jí)和E級(jí)鑄鋼，如規(guī)定B級(jí)鋼的化學(xué)成分的最大限度為碳0.32％、硅1.50％、錳0.90％(碳在最高含量之下，每降低0.01％，允許錳增加0.04％，最高錳含量允許達(dá)到1.20％)、磷0.040％、硫0.040％。
鐵道標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定B級(jí)鋼的機(jī)械性能滿足以下要求抗拉強(qiáng)度大于等于485MPa(70ksi)，屈服強(qiáng)度大于等于260MPa(38ksi)，延伸率大于等于24％，斷面收縮率大于等于36％，-7℃(20)的夏氏沖擊值大于等于20J(15ft-lbs)。
美國(guó)鐵道協(xié)會(huì)(A.A.R)在后來(lái)修訂的M201標(biāo)準(zhǔn)中提出了一種新的鑄鋼材料，即B+級(jí)鋼，其化學(xué)成分要求與B級(jí)鋼相同，但機(jī)械性能優(yōu)于B級(jí)鋼，具體要求為抗拉強(qiáng)度大于等于550MPa(80ksi)，屈服強(qiáng)度大于等于345MPa(50ksi)，延伸率大于等于24％，斷面收縮率大于等于36％，-7℃(20)的夏氏沖擊值大于等于20J(15ft-lbs)。鐵道標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)鐵道協(xié)會(huì)(A.A.R)標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定了五個(gè)元素的最高含量要求，為了達(dá)到所需要的機(jī)械性能，可以加入其他合金元素，以增強(qiáng)鋼的綜合力學(xué)性能。例如巴克伊鑄鋼公司專利(CN99815700.7)就是根據(jù)美國(guó)A.A.R標(biāo)準(zhǔn)發(fā)明的一種鐵路組件所用的鑄鋼組合物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低合金鑄鋼，該鑄鋼符合A.A.R.對(duì)B+級(jí)鋼化學(xué)成分和力學(xué)性能的規(guī)定，具有比B級(jí)鋼更好的綜合機(jī)械性能。該鑄鋼可以用于鐵路部件，也可用于其他工程領(lǐng)域。
按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，該低合金鑄鋼具有如下的化學(xué)成分碳0.22～0.30％、硅0.25～0.55％、錳0.75～1.05％、磷小于等于0.035％、硫小于等于0.035％，鉻0.25～0.60％，鎳0.20～0.50％，殘余元素含量小于等于0.30％，余量為鐵；單位為重量百分?jǐn)?shù)。
這種低合金鑄鋼可用于鑄造鐵路部件，所述鐵路部件主要是轉(zhuǎn)向架搖枕、側(cè)架等。
這種低合金鑄鋼的熱處理方法包括，升溫至850～950℃后保溫2～5小時(shí)，然后自然冷卻至常溫；經(jīng)正火處理后的力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度大于等于550MPa，屈服強(qiáng)度大于等于345MPa，延伸率大于等于24％，斷面收縮率大于等于36％，-7℃的夏氏沖擊值大于等于20J。
當(dāng)所用的熱處理設(shè)備具有調(diào)節(jié)升溫速度的功能時(shí)，升溫速度為120～200℃/小時(shí)；當(dāng)所用的熱處理設(shè)備沒(méi)有調(diào)節(jié)升溫速度的功能且升溫速度較快時(shí)，可在升溫至680～720℃后保溫1～2小時(shí)，然后再升溫至850～950℃。
本發(fā)明僅增添了合金元素鉻和鎳，即符合A.A.R.對(duì)B+級(jí)鋼化學(xué)成分的規(guī)定，并能滿足A.A.R.對(duì)B+級(jí)鋼力學(xué)性能的要求，而且具有比B級(jí)鋼更好的綜合機(jī)械性能。與巴克伊鑄鋼公司專利(CN99815700.7)相比，巴克伊鑄鋼公司專利所需加入的合金元素比較多，如Ni、Cr、Mo、V等。這就帶來(lái)了工業(yè)生產(chǎn)成分控制難、冶煉工藝復(fù)雜及生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn)，同時(shí)該專利對(duì)雜質(zhì)元素P、S的控制很嚴(yán)，要求控制P含量小于等于0.02％，S含量小于等于0.015％，這給工業(yè)冶煉控制帶來(lái)很大難度。而本發(fā)明只需添加兩種合金元素鉻和鎳，就能滿足A.A.R.對(duì)B+級(jí)鋼力學(xué)性能的要求，由于添加合金的數(shù)量和種類都較少，因此成本低、冶煉工藝操作簡(jiǎn)便，而且可焊性好；同時(shí)本發(fā)明對(duì)雜質(zhì)元素P、S的控制要求比巴克伊鑄鋼公司專利要寬松，這給材料的冶煉帶來(lái)了極大的方便，有利于工業(yè)化實(shí)施和推廣。因此，本發(fā)明相對(duì)于巴克伊鑄鋼公司專利(CN99815700.7)，具有成分容易控制、合金增添少、生產(chǎn)成本低、冶煉工藝簡(jiǎn)單、可焊性好、鑄造工藝性能優(yōu)良，從而更有利于工業(yè)化應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為正火溫度對(duì)本發(fā)明抗拉和屈服強(qiáng)度的影響。
圖2為正火溫度對(duì)本發(fā)明塑性和沖擊韌性的影響。
圖3為本發(fā)明的材料經(jīng)正火處理后的金相組織放大100倍時(shí)的圖片。
圖4為本發(fā)明的材料經(jīng)正火處理后的金相組織放大500倍時(shí)的圖片。
具體實(shí)施例方式
鐵道標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)鐵道協(xié)會(huì)(A.A.R)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)B級(jí)鋼和B+級(jí)鋼化學(xué)成分和機(jī)械性能的要求見(jiàn)表1和表2。
表1 化學(xué)成分(％)

注1、碳在最高含量之下，每降低0.01％，允許錳增加0.04％，最高錳含量允許達(dá)到1.20％。
2、允許加入其他合金元素，以達(dá)到所需要的機(jī)械性能。
表2 機(jī)械性能

在本發(fā)明中，用來(lái)鑄造鐵路部件的低合金鑄鋼的化學(xué)成分范圍和所達(dá)到的機(jī)械性能見(jiàn)表3和表4。表3中的其余成分為鐵，單位為重量百分?jǐn)?shù)。
表3化學(xué)成分(％)

表4機(jī)械性能

顯然，本發(fā)明符合美國(guó)鐵道協(xié)會(huì)(A.A.R)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)B+級(jí)鋼化學(xué)成分和機(jī)械性能的要求。
本發(fā)明中，幾組典型實(shí)例的化學(xué)成分和機(jī)械性能見(jiàn)表5和表6。
表5化學(xué)成分(％)，其余為Fe


表6機(jī)械性能

本發(fā)明在820～1050℃范圍內(nèi)進(jìn)行正火熱處理，正火溫度對(duì)本發(fā)明力學(xué)性能的影響見(jiàn)圖1和圖2。
由圖1、圖2可知，隨正火溫度的提高，本發(fā)明的強(qiáng)度略有提高，而塑性先升后降，在850～950℃范圍內(nèi)正火，本發(fā)明的力學(xué)性能均能滿足B+級(jí)鋼力學(xué)性能要求，即抗拉強(qiáng)度大于等于550MPa(80ksi)，屈服強(qiáng)度大于等于345MPa(50ksi)，延伸率大于等于24％，斷面收縮率大于等于36％，-7℃(20)的夏氏沖擊值大于等于20J(15ft-lbs)。
本發(fā)明經(jīng)正火處理后的金相組織為鐵素體+珠光體組織，具體形態(tài)見(jiàn)圖3、圖4。
上述鑄鋼成分和性能完全符合A.A.R有關(guān)B+級(jí)鋼的有關(guān)規(guī)定，并且具有更好的低溫沖擊性能。與普通碳素鋼相比，本發(fā)明由于添加了合金元素，使晶粒細(xì)化，珠光體含量增加，強(qiáng)度大大提高，而塑性沒(méi)有降低，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能；由于本發(fā)明添加的合金元素種類、數(shù)量都較少，焊接碳當(dāng)量較低，具有優(yōu)良的可焊性和鑄造工藝性能，便于該材料在鐵路工業(yè)以及其他工程領(lǐng)域的應(yīng)用；本發(fā)明只添加了兩種合金元素Ni和Cr，制造成本比較低，便于工業(yè)應(yīng)用時(shí)降低生產(chǎn)成本，進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域；同時(shí)本發(fā)明各元素成分范圍寬，工藝性能好，便于工業(yè)生產(chǎn)控制。
本發(fā)明的材料可用來(lái)鑄造鐵路部件，如轉(zhuǎn)向架搖枕、側(cè)架等低合金鑄鋼件，也可以用來(lái)鑄造其他有相似機(jī)械性能要求的部件，如心盤、齒輪芯、車鉤附件等。
權(quán)利要求
1.低合金鑄鋼，其特征在于，該鑄鋼的化學(xué)成分為碳0.22～0.30％、硅0.25～0.55％、錳0.75～1.05％、磷小于等于0.035％、硫小于等于0.035％，鉻0.25～0.60％，鎳0.20～0.50％，殘余元素含量小于等于0.30％，余量為鐵；單位為重量百分?jǐn)?shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的低合金鑄鋼，其特征在于，這種低合金鑄鋼用于鑄造鐵路部件。
3.如權(quán)利要求2所述的低合金鑄鋼，其特征在于，所述鐵路部件為轉(zhuǎn)向架搖枕、側(cè)架。
4.如權(quán)利要求1所述低合金鑄鋼，其特征在于，經(jīng)正火處理后的力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度大于等于550MPa，屈服強(qiáng)度大于等于345MPa，延伸率大于等于24％，斷面收縮率大于等于36％，-7℃的夏氏沖擊值大于等于20J。
5.如權(quán)利要求1所述低合金鑄鋼的熱處理方法，其特征在于，升溫至850～950℃后保溫2～5小時(shí)，然后自然冷卻至常溫。
6.如權(quán)利要求5所述低合金鑄鋼的熱處理方法，其特征在于，當(dāng)所用的熱處理設(shè)備具有調(diào)節(jié)升溫速度的功能時(shí)，升溫速度為120～200℃/小時(shí)；當(dāng)所用的熱處理設(shè)備沒(méi)有調(diào)節(jié)升溫速度的功能且升溫速度較快時(shí)，在升溫至680～720℃后保溫1～2小時(shí)，然后再升溫至850～950℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低合金鑄鋼，具體地說(shuō)是一種能滿足美國(guó)鐵道協(xié)會(huì)(A.A.R)B
文檔編號(hào)C21D1/28GK101074471SQ20071002132
公開(kāi)日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2007年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日
發(fā)明者董雯, 朱正鋒, 張俊新 申請(qǐng)人:中國(guó)南車集團(tuán)戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所