專利名稱：鋼及其制成的車鉤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金技術(shù)，尤其涉及一種具有較高力學(xué)性能的鋼及其制成的車鉤。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)發(fā)展，對鋼材料的力學(xué)性能要求越來越高。例如鐵路貨車在“提速、重 載”發(fā)展中，鐵路貨車的總牽引重量大大增加，對貨車零部件的制造質(zhì)量要求也越來越高; 車鉤作為貨車之間的連接部件，在貨車運(yùn)行中承受著較大拉應(yīng)力及沖擊力；車鉤的鉤舌為 貨車的薄弱部件，在貨車的運(yùn)行過程中容易發(fā)生斷裂。鉤舌在貨車運(yùn)行過程中的斷裂通常 為疲勞斷裂，而疲勞斷裂的產(chǎn)生包括有鉤舌的材料韌性較差或材料強(qiáng)度儲備不足等原因。由此，為了滿足日益發(fā)展的工業(yè)需求，如為了提高車鉤的疲勞壽命，需要提高鋼的 強(qiáng)度和韌性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鋼及其制成的車鉤，以提高鋼的力學(xué)性能，尤其是提 高鋼的強(qiáng)度和韌性，并提供一種力學(xué)性能好的車鉤。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種鋼，其包括以下成分碳，重量百分比為 0. 24-0. 32% ；硅，重量百分比為0. 20-0. 50% ；錳，重量百分比為1.30-1.70% ；磷，重量百 分比為彡0. 02% ；硫，重量百分比為彡0. 02% ；銅，重量百分比為彡0. 30% ；鉻，重量百分比 為0. 50-0. 80% ；鎳，重量百分比為0. 40-0. 70% ；鉬，重量百分比為0. 25-0. 45% ；鋁，重量 百分比為0. 02-0. 08% ；余量為鐵及其他不可避免的元素。其中，所述碳的重量百分比優(yōu)選為0. 25-0. 29%，更優(yōu)選為0. 25-0. 28%。所述錳的重量百分比優(yōu)選為1. 35-1. 60%，更優(yōu)選為1. 35-1. 55%。所述磷的重量百分比優(yōu)選為彡0. 015%。所述硫的重量百分比優(yōu)選為彡0. 015%。所述鋁的重量百分比優(yōu)選為0. 02-0. 06%，更優(yōu)選為0. 02-0. 05%。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種由本發(fā)明提供的鋼制成的車鉤。本發(fā)明提供的鋼及其制成的車鉤具有強(qiáng)度高、韌性好的優(yōu)點(diǎn)，力學(xué)性能高于現(xiàn)有 的E級鋼的標(biāo)準(zhǔn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明提供一種鋼，其包括以下成分碳，重量百分比為0.24-0. 32% ；硅，重量百 分比為0. 20-0. 50% ；錳，重量百分比為1. 30-1. 70% ；磷，重量百分比為< 0. 02% ；硫，重量 百分比為< 0. 02% ；銅，重量百分比為< 0. 30% ；鉻，重量百分比為0. 50-0. 80% ；鎳，重量 百分比為0. 40-0. 70% ；鉬，重量百分比為0. 25-0. 45% ；鋁，重量百分比為0. 02-0. 08% ；余 量為鐵及其他不可避免的元素。
其中，碳的重量百分比優(yōu)選為0.25-0. 29%，更優(yōu)選為0.25-0.28%。錳的重量 百分比優(yōu)選為1.35-1. 60%，更優(yōu)選為1.35-1.55%。磷的重量百分比優(yōu)選為< 0.015%。 硫的重量百分比優(yōu)選為< 0.015%。鋁的重量百分比優(yōu)選為0.02-0. 06%，更優(yōu)選為 0. 02-0. 05%。硅的重量百分比優(yōu)選為0.20-0. 40%，更優(yōu)選為0.21-0. 39%。鉻的重量百分比優(yōu) 選為0. 50-0. 65%，更優(yōu)選為0. 50-0. 60%。鎳的重量百分比優(yōu)選為0. 40-0. 60%，更優(yōu)選為 0. 40-0. 55%。鉬的重量百分比優(yōu)選為0. 25-0. 35%，更優(yōu)選為0. 25-0. 30%。鋼的化學(xué)成分，基本決定了鋼材料的力學(xué)性能；冶煉工藝通過提高鋼水的純凈度， 降低氣體及有害元素的含量，為材料的后續(xù)處理提供良好的基礎(chǔ)；冶煉工藝后的熱處理工 藝可以挖掘材料力學(xué)性能的最大潛力。因此，要提高鋼的力學(xué)性能，化學(xué)成分是至關(guān)重要 的。其中，碳、錳是提高材料強(qiáng)度的主要元素；降低有害元素的p、s含量，適當(dāng)增加鎳含量， 有利于提高材料的韌性；適當(dāng)增加錳、鉻、鉬含量可提高材料的淬透性，同時鉬含量增加可 更有效抑制材料的回火脆性；控制鋁的含量，可在后續(xù)的熱處理中細(xì)化晶粒。本發(fā)明還提供了一種由本發(fā)明提供的鋼制成的車鉤。該車鉤具有較高的力學(xué)性 能，強(qiáng)度高、韌性好，可以承受較大的拉應(yīng)力和沖擊力。該車鉤可以應(yīng)用于多種場景中，例 如應(yīng)用于鐵路貨車或鐵路客車上。實(shí)驗(yàn)例本發(fā)明提供的鋼的實(shí)驗(yàn)例1-1 1-10的化學(xué)成分參見表1 ；實(shí)驗(yàn)例1-1 1-10的 鋼的力學(xué)性能參見表2。其中，實(shí)施例1-1 1-10的熱處理工藝為現(xiàn)有的熱處理工藝，即調(diào) 質(zhì)處理(包括淬火和回火工藝)淬火溫度為910°C，保溫時間為2小時，水淬；回火溫度為 560°C，保溫時間為3. 5小時，風(fēng)冷。表1 表2 由表1和表2可知，本發(fā)明提供的鋼的力學(xué)性能都遠(yuǎn)高于E級鋼，屈服強(qiáng)度比E級 鋼的標(biāo)準(zhǔn)提高了約20%，抗拉強(qiáng)度比E級鋼的標(biāo)準(zhǔn)提高了約13%，沖擊功比E級鋼的標(biāo)準(zhǔn)提高了約90 %，延伸率和斷面收縮率也遠(yuǎn)高于E級鋼；其中，沖擊功越高，表示鋼的韌性越 好。其中，美國AAR(美國鐵路協(xié)會)M201標(biāo)準(zhǔn)按強(qiáng)度從低到高將鋼劃分為以下幾個等 級A級鋼、B級鋼、B+級鋼、C級鋼、E級鋼。最高等級為E級鋼。由于具有上述化學(xué)成分，本發(fā)明提供的鋼具有較好的力學(xué)性能，強(qiáng)度高、韌性好， 力學(xué)性能高于E級鋼的標(biāo)準(zhǔn)。為了進(jìn)一步提高材料的力學(xué)性能，本發(fā)明的鋼材料尤其可以通過以下熱處理工藝 得到，該熱處理工藝包括對冶煉產(chǎn)物進(jìn)行預(yù)備熱處理和調(diào)質(zhì)熱處理工藝，所述預(yù)備熱處理 為正火處理，調(diào)質(zhì)熱處理工藝為淬火和回火處理過程，具體可以包括以下步驟步驟1、對鋼進(jìn)行預(yù)備熱處理，其中，正火溫度為900-960°C，保溫時間為3_5小 時，空冷或風(fēng)冷；其中，正火溫度優(yōu)選為920-950°C，更優(yōu)為930-950°C，保溫時間優(yōu)選為 3. 5-4. 5小時，更優(yōu)為4小時；步驟2、對步驟1中進(jìn)行過預(yù)備熱處理的鋼進(jìn)行淬火處理，淬火溫度為900-920°C， 保溫時間為2-3小時，冷卻方式為水淬；步驟3、對步驟2中進(jìn)行過淬火處理的鋼進(jìn)行回火處理，回火溫度為520-580°C， 保溫時間為3-5小時，冷卻方式為水冷；其中回火溫度還可以為550-570°C，或者為 530-550 O。本發(fā)明提供的鋼經(jīng)過預(yù)備熱處理工序，可以消除鋼的鑄態(tài)組織，細(xì)化晶粒，為調(diào)質(zhì) 熱處理做好組織準(zhǔn)備；并且在回火處理中采用水冷，消除回火脆性，鋼的力學(xué)性能得到顯著提尚。在對鋼進(jìn)行熱處理工藝之前，還包括對鋼的冶煉工藝。該冶煉工藝可以采用現(xiàn)有 的冶煉工藝，例如可以包括以下步驟步驟al、原材料準(zhǔn)備；根據(jù)冶煉鋼種的成分要求，把冶煉過程中需要的鐵合金經(jīng) 稱重后，送至電弧爐爐前，同時把各種造渣材料、增碳劑、氧化材料、還原材料統(tǒng)一送至爐
、r -步驟a2、裝料；把經(jīng)過切割、分選，尺寸和重量符合裝爐要求的廢鋼，按“大、中、 小、輕，，互相搭配裝入爐料斗中，同時配加增碳劑和部分鐵合金，經(jīng)電瓶車運(yùn)送加料跨，稱重 后，分批次裝入電弧爐中。步驟a3、通電熔化；廢鋼裝入電弧爐后，即可通電熔化。采用不同的電流和電壓， 把電能轉(zhuǎn)為熱能，使廢鋼熔化成鋼水。為加快熔化速度，在通電的過程中，還可以采用吹氧 助熔的工藝。步驟a4、氧化；廢鋼熔化成鋼水后，加入造渣材料，使鋼水表面覆蓋一層爐渣，在 鋼水溫度合適的情況下，加入氧化材料，通過碳和氧的反應(yīng)，使鋼水發(fā)生沸騰，去除鋼水中 的氣體。由于鋼水發(fā)生了沸騰，使得鋼水與爐渣充分接觸，鋼水中有害元素磷則轉(zhuǎn)移到爐渣 中。在氧化期間可分2-3次對鋼水成分進(jìn)行檢測。在氧化末期，可對鋼水包進(jìn)行烘烤。步驟a5、扒渣；氧化末期，在成分和溫度符合工藝規(guī)定的情況下，停電，扒凈氧化 期的爐渣，以防止有害元素磷再次進(jìn)入鋼水中。步驟a6、還原；扒凈氧化期的爐渣后，送電并迅速加入造渣材料，通過擴(kuò)散脫氧和 沉淀脫氧的方式，去除鋼水中氧元素，依據(jù)鐵合金易氧化的程度不同，按次序把鐵合金加入到鋼水中。在還原過程中，采用惰性氣體攪拌，使鋼水發(fā)生流動，與爐渣充分接觸，鋼水中有 害元素硫則轉(zhuǎn)移到爐渣中。在脫氧、脫硫、調(diào)整鋼水成分的同時，也不斷的提高鋼水的溫度， 為出鋼做好準(zhǔn)備。步驟a7、出鋼；在鋼水成分合格、鋼水溫度和鋼水包烘烤符合工藝規(guī)定、鋼水脫氧 試驗(yàn)良好的前提下，可以停電出鋼。步驟a8、鋼水精練；在出鋼的過程中，向鋼水包內(nèi)吹入惰性氣體，并保持一定的時 間。待出鋼結(jié)束后，向鋼水包內(nèi)喂入脫氧劑。為了保證高強(qiáng)度運(yùn)行車輛的可靠性和安全性，礦石生產(chǎn)廠商對用作車鈞的材料的 力學(xué)性能提出了更高的要求，該要求高于對E級鋼的要求，以下將符合該要求的鋼稱為E+ 級鋼，E+級鋼的力學(xué)性能的要求參見表3。表3 如表3所示，E+級鋼的力學(xué)性能要求高于E級鋼，E+級鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度比 E級鋼的標(biāo)準(zhǔn)提高10 %，沖擊功比E級鋼的標(biāo)準(zhǔn)提高20 %。采用E級鋼(實(shí)驗(yàn)例2-1 2-10)，并使用現(xiàn)有的熱處理工藝，最終得到E級鋼件 的力學(xué)性能參見表4。其中，實(shí)驗(yàn)例2-1 2-10中的原料可以為市售的E級鋼，也可以為根 據(jù)E級鋼的要求廠家自己生產(chǎn)的E級鋼。表4 其中，現(xiàn)有的得到E級鋼件的熱處理工藝過程為淬火處理溫度為910°C，保溫時 間為2小時，水淬；回火溫度為560°C，保溫時間為3. 5小時，風(fēng)冷。由表4的數(shù)據(jù)可知，隨著強(qiáng)度(屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度)的提高，E級鋼件沖擊功 (韌性)指標(biāo)下降并呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，與E+級鋼的要求相比，力學(xué)性能合格率僅為50%。下面使用本發(fā)明提供的新成份的鋼(實(shí)驗(yàn)例3-1 3-10)，經(jīng)過冶煉工藝后，進(jìn)行 本發(fā)明提供的熱處理工藝過程，最終得到的鋼的力學(xué)性能參見表5。表 5 其中，實(shí)驗(yàn)例3-1 3-10中鋼的具體成分參見表6。表 6 如表5所示，由本發(fā)明提供的新成分的鋼，通過本發(fā)明提供的熱處理工藝后形成 的鋼的力學(xué)性能明顯高于E+級鋼標(biāo)準(zhǔn)要求(尤其是沖擊功)，合格率達(dá)到100%。與表4 所示的現(xiàn)有的E級鋼相比，本發(fā)明提供的鋼的力學(xué)性能遠(yuǎn)高于E級鋼。由表5和表2的數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明提供的具有新成分的鋼，在經(jīng)過特殊的熱處理過程(表5)后，其力學(xué)性能比僅經(jīng)過現(xiàn)有的熱處理過程時明顯提高，尤其是在強(qiáng)度沒有降低 的情況下，大大的提高了沖擊功。即本發(fā)明提供的具有新成分的鋼，在不降低強(qiáng)度，甚至是 提高強(qiáng)度的前提下，仍可以提高其韌性。本發(fā)明提供了一種強(qiáng)度高、韌性好的鋼材料，該鋼材料可以應(yīng)用在多個方面，例 如用作鐵路貨車用車鈞，以適應(yīng)鐵路貨車“提速、重載”的需要。最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡 管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然 可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替 換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精 神和范圍。
權(quán)利要求
一種鋼，其特征在于，包括以下成分碳，重量百分比為0.24-0.32％；硅，重量百分比為0.20-0.50％；錳，重量百分比為1.30-1.70％；磷，重量百分比為≤0.02％；硫，重量百分比為≤0.02％；銅，重量百分比為≤0.30％；鉻，重量百分比為0.50-0.80％；鎳，重量百分比為0.40-0.70％；鉬，重量百分比為0.25-0.45％；鋁，重量百分比為0.02-0.08％；余量為鐵及其他不可避免的元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼，其特征在于，所述碳的重量百分比為0.25-0. 29%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼，其特征在于，所述碳的重量百分比為0.25-0. 28%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼，其特征在于，所述錳的重量百分比為1.35-1. 60%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋼，其特征在于，所述錳的重量百分比為1.35-1.55%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼，其特征在于，所述磷的重量百分比為<0. 015%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼，其特征在于，所述硫的重量百分比為<0. 015%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼，其特征在于，所述鋁的重量百分比為0.02-0. 06%。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋼，其特征在于，所述鋁的重量百分比為0.02-0. 05%。
10.一種由權(quán)利要求1-9任一所述的鋼制成的車鉤。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鋼及其制成的車鉤，包括以下成分碳，重量百分比為0.24-0.32％；硅，重量百分比為0.20-0.50％；錳，重量百分比為1.30-1.70％；磷，重量百分比為≤0.02％；硫，重量百分比為≤0.02％；銅，重量百分比為≤0.30％；鉻，重量百分比為0.50-0.80％；鎳，重量百分比為0.40-0.70％；鉬，重量百分比為0.25-0.45％；鋁，重量百分比為0.02-0.08％；余量為鐵及其他不可避免的元素。本發(fā)明提供的鋼具有強(qiáng)度高、韌性好的優(yōu)點(diǎn)，力學(xué)性能高于現(xiàn)有的E級鋼的標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號C22C38/44GK101880838SQ20101020273
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月13日
發(fā)明者溫寶利, 秦曉鋒, 肖利民, 陸陽, 陶春國, 魏訓(xùn)謙 申請人:齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司