專利名稱：一種鐵路機(jī)車車軸用鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵路機(jī)車車軸用鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
車軸是鐵路車輛重要的走行部件，其質(zhì)量直接關(guān)系著鐵路車輛的運(yùn)行安全。近年 來，隨著我國(guó)鐵路車輛的不斷提速加載，車軸的質(zhì)量，尤其是機(jī)車車軸質(zhì)量的提升尤為重 要。目前，我國(guó)鐵路機(jī)車車軸使用鋼號(hào)為JZ，屬中碳優(yōu)質(zhì)鋼，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為GB5068。鐵路機(jī)車 車軸的失效形式主要是疲勞斷裂，因此要求車軸具有高的疲勞強(qiáng)度。力學(xué)性能是影響疲勞 強(qiáng)度的主要因素之一，提高強(qiáng)度可顯著抑制疲勞裂紋源的形成，提高塑性可延緩裂紋擴(kuò)展， 因此，鐵路機(jī)車車軸鋼要求高強(qiáng)度、高塑性和細(xì)晶粒。但一般情況下，強(qiáng)度和塑性成反比，兩 者很難同時(shí)兼顧，生產(chǎn)過程中也經(jīng)常出現(xiàn)力學(xué)性能不合格(主要是強(qiáng)度偏低)，或晶粒度檢 驗(yàn)有混晶現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有鐵路機(jī)車車軸用鋼的上述不足，本發(fā)明提供一種強(qiáng)度高塑性好的鐵 路機(jī)車車軸用鋼及其制造方法。本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵是在電爐冶煉過程中完成熔化和氧化，控制出鋼015%, P易偏析于晶界，降低晶界的表面能，還可在晶界上形成磷共晶型非金屬夾雜，造成晶界脆 化，鋼中P含量越低，鋼的性能，特別是韌性，越好。在精煉過程中深脫S，控制S < 0. 005%， 因鋼中S和Mn結(jié)合生成塑性MnS，在熱加工過程中要發(fā)生變形，并延伸成條狀，顯著降低 鋼材的性能，特別是鋼材橫向性能大幅度下降，使鋼材出現(xiàn)各向異性，鋼中S含量越低，鋼 的韌塑性能越好；控制Cr含量在0. 10-0. 20%，可提高鋼的強(qiáng)度，對(duì)塑性基本沒有影響； 控制Alt含量為0. 020-0. 050%, Al與鋼中N形成細(xì)小、彌散的AlN第二相阻止奧氏體 晶粒長(zhǎng)大，Al過低，形成的AlN少，奧氏體晶粒容易長(zhǎng)大，因此一般細(xì)晶碳素鋼都要求鋼 中Alt ^ 0. 020 %，但當(dāng)鋼中Al過高時(shí)，由于其濃度梯度大，擴(kuò)散較快，析出的AlN顆粒較 大，導(dǎo)致Al細(xì)化晶粒的作用降低，甚至因鋼中固溶Al高而促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大；控制V含量在 0. 030-0. 050%，V與鋼中C、N生成V(C、N)細(xì)小、彌散的第二相與AlN —起阻止奧氏體晶粒 長(zhǎng)大，顯著細(xì)化晶粒，并提高鋼的晶粒粗化溫度，V含量過低，細(xì)化晶粒作用不明顯，V含量 過高，析出物偏多，盡管晶粒細(xì)化，強(qiáng)度提高，但塑性降低，而且成本增加。本鐵路機(jī)車車軸用鋼的成分的質(zhì)量百分配比為C 0. 42-0. 46% ；Mn 0. 65-0. 80% ；Si 0. 20-0. 30% ；Cr 0. 10-0. 20% ；V 0. 030-0· 050% ；Alt 0. 020-0. 050% ；P 彡0.015% 0.005% ；其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)需要可加入Ni和Cu，加入量Ni ^ 0. 30%, Cu ^ 0. 010%。本鐵路機(jī)車車軸用鋼的制造方法包括下述依次的步驟I電爐冶煉
電爐冶煉加入廢鋼和預(yù)處理后的鐵水，鐵水的重量比例50% -90%。廢鋼中的 P^O. 035%, S ^ 0. 040% ；預(yù)處理后的鐵水中P彡0. 070%、S彡0. 010% ；鐵水溫度不低 于 1250°C，一般為 1250°C -1500°C。先將廢鋼 加入電爐中，再加入鐵水，然后開始吹氧，開吹5-10分鐘加入造渣材料 石灰(18-22Kg/t)。廢鋼熔化和鐵水氧化同時(shí)進(jìn)行，在冶煉過程中廢鋼及石灰等爐料迅速 熔化，同時(shí)脫C、脫P(yáng)、去氣、去夾雜，在P ^ 0. 015%后，電爐出鋼。電爐出鋼前，先根據(jù)所冶 煉的鋼種，在鋼包精煉爐的鋼包內(nèi)加入含有對(duì)應(yīng)元素的鐵合金、石灰(8-10Kg/t)、合成渣 (3-4Kg/t)與硅鋁鋇(3-4Kg/t)并烘烤不少于30分鐘，然后把電爐的鋼水倒入鋼包中，鋼水 在鋼包中進(jìn)行初步合金化。II鋼包爐精煉把裝有鋼水的鋼包移到精煉工位，在還原條件下進(jìn)一步脫氧、去夾雜、脫S至 S ^ 0. 005%，同時(shí)加入對(duì)應(yīng)元素的鐵合金，調(diào)整鋼水成分。鋼包出鋼時(shí)，控制鋼水中的微量 元素的質(zhì)量百分比，Cr 為 0. 10-0. 20%, Alt 為 0. 020-0. 050%, V 為 0. 030-0. 050% ；鋼水的成分的質(zhì)量百分配比為C 0. 42-0. 46% ；Mn 0. 65-0. 80% ；Si 0. 20-0. 30% ；Cr 0. 10-0. 20% ；V 0. 030-0· 050% ；Alt 0. 020-0. 050% ；P彡0. 015% ；S彡0. 005% ；其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)需要可加入Ni和Cu，加入量Ni ^ 0. 30%, Cu ^ 0. 010%。
之后，進(jìn)行真空脫氣、模鑄成錠、紅送鋼錠、軋制成材。上述鐵路機(jī)車車軸用鋼的制造方法，其特征是在步驟I，鋼水在鋼包中進(jìn)行初步 合金化時(shí)，鐵合金中合金元素的含量要高、成分準(zhǔn)確、有害元素含量低；鐵合金加入量應(yīng)使 鋼水中對(duì)應(yīng)元素的含量達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求的中下限；在步驟II鋼包出鋼控制鋼水中的微 量元素時(shí)，其它元素控制在標(biāo)準(zhǔn)的中上限。上述鐵路機(jī)車車軸用鋼的制造方法，其特征是在步驟I電爐出鋼前可加入螢石， 加入量為3-4Kg/t。本鐵路機(jī)車車軸用鋼的制造方法主要關(guān)鍵技術(shù)是控制鋼中微量元素Cr、Al、V含 量，同時(shí)降低P、S含量，從而保證其熱處理后實(shí)際晶粒度提高1-2級(jí)，強(qiáng)度提高約10%，強(qiáng) 度、塑性和韌性明顯高于標(biāo)準(zhǔn)要求，晶粒度和力學(xué)性能檢驗(yàn)合格率達(dá)到100%。用本鐵路機(jī) 車車軸用鋼制造方法生產(chǎn)的鐵路機(jī)車車軸鋼晶粒細(xì)小，強(qiáng)度、塑性、韌性高，可更好地保證 鐵路車輛運(yùn)行安全。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說明本鐵路機(jī)車車軸用鋼及其制造方法的具體實(shí)施方式
，但 本鐵路機(jī)車車軸用鋼及其制造方法的具體實(shí)施方式
不局限于下述的實(shí)施例。鐵路機(jī)車車軸用鋼實(shí)施例一本實(shí)施例的成分的質(zhì)量百分配比為C = O. 45% ；Si = 0. 25% ；Mn = 0. 73% ；P = 0. 008% ；S = 0. 002% ；Al = 0. 029 ；V = 0. 042% ；Cr = 0. 14% ；其余為 Fe 與不可避免的雜質(zhì)。鐵路機(jī)車車軸用鋼實(shí)施例二
本實(shí)施例的成分的質(zhì)量百分配比為C = O. 51% ；Si = 0. 25% ；Mn = 0. 74% ；P = 0. 009% ；S = 0. 001% ；Al = 0. 035 ；V = 0. 039% ；Cr = 0. 12% ；其余為 Fe 與不可避免的雜質(zhì)。機(jī)車車軸用鋼制造方法實(shí)施例之一本實(shí)施例是鐵路機(jī)車車軸用JZ45鋼(增加新的成分)，具體步驟如下I電爐冶煉 (1)電爐冶煉是將廢鋼熔化和氧化，把廢鋼18噸加入60噸高功率的電爐中，廢鋼 中的P = O. 033%, S = O. 029% ；再把47噸預(yù)處理后的鐵水加入到同一電爐中，預(yù)處理后 的鐵水溫度為 1485°C、P = 0. 057%, S = 0. 009%。(2)加入鐵水后開始吹氧助熔，吹氧5分鐘后加入石灰1072Kg，白云石252Kg。在 冶煉過程中廢鋼和石灰、白云石迅速熔化，同時(shí)脫C、脫P(yáng)、去氣、去夾雜。(3)鋼水溫度達(dá)至IJ 1660-1680°C, C ^ 0. 10%, P ^ 0. 015%時(shí)出鋼，本實(shí)施例的出鋼溫度為1663°C，C = 0. 22%,P = O. 006%；然后把鋼水倒入裝有硅 錳合金250kg、碳錳合金250kg、石灰500kg、合成渣300kg、硅鋁鋇800Kg，增碳劑14包(7Kg/ 包)并烘烤32分鐘的鋼包精煉爐的鋼包內(nèi)，鋼水在該鋼包內(nèi)進(jìn)行鋼水初步合金化。II鋼包爐精煉(1)把裝有鋼水的鋼包精煉爐的鋼包移到LF精煉工位，測(cè)溫1551 °C，喂Al線 80Kg，送電，加電石65Kg。(2)取樣分析，鋼水的化學(xué)成分的重量百分配比為C = O. 29%;Si = 0. 23%;Mn = 0. 63%;P = 0. 007%;S = 0. 003% ;A1 = 0. 02%；Cr = 0. 02% ；V = 0.01% ；其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。調(diào)渣加石灰200Kg、合成渣200Kg ；調(diào)成分加碳錳52Kg，碳粉58Kg。(3)取樣分析，鋼水的化學(xué)成分的重量百分配比為C = O. 38%;Si = 0. 25%;Mn = 0. 70%;P = 0. 008%;S = 0. 001%;A1 = 0. 02%；Cr = 0. 02% ；V = 0.01% ；其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。調(diào)渣加石灰IOOKg ；調(diào)成分加釩鐵53Kg、碳錳20Kg，鉻鐵50Kg。(4)取樣分析，鋼水的化學(xué)成分的重量百分配比為C = O. 45% ；Si = 0. 25% ；Mn = 0. 73% ；P = 0. 008% ；S = 0. 002% ；Al = 0. 029 ；，V = 0. 042% ；Cr = 0. 14% ；其余為 Fe 與不可避免的雜質(zhì)。(5)測(cè)溫1668 °C，精煉結(jié)束。之后，進(jìn)行真空脫氣處理、模鑄成鋼錠，澆鑄過程取樣分析化學(xué)成分，鋼的熔煉成 分如下C = O. 45% ；Mn = 0. 73% ；Si = 0. 25% ；Cr = 0. 14% ；V = 0. 042% ；Alt = 0. 029% ；P = 0. 008% ；S = 0. 002% ；其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。鋼錠紅送型材廠加熱并軋制成280mm方鋼。方鋼按照GB/T5068標(biāo)準(zhǔn)要求檢驗(yàn)，試樣采用140 X 140mm大樣坯860°C正火處理。 力學(xué)性能和晶粒度檢驗(yàn)結(jié)果如表1 表 權(quán)利要求
1.一種鐵路機(jī)車車軸用鋼，它的成分的質(zhì)量的百分配比為 C 0. 42-0. 46% ；Mn 0. 65-0. 80% ；Si 0. 20-0. 30% ；Cr 0. 10-0. 20% ；V 0. 030-0. 050% ；Alt 0. 020-0. 050% ； P彡0. 015% ；S ^ 0. 005% ；其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。
2.一種鐵路機(jī)車車軸用鋼的制造方法，包括下述依次的步驟 I電爐冶煉電爐冶煉加入廢鋼和預(yù)處理后的鐵水，鐵水的重量比例50 % -90 %，廢鋼中的 P彡0. 035%, S彡0. 040% ；預(yù)處理后的鐵水中P彡0. 070%, S彡0. 010%，鐵水溫度不低 于 1250 0C ；先將廢鋼加入電爐中，再加入鐵水，然后開始吹氧，開吹5-10分鐘加入造渣材料石灰； 廢鋼熔化和鐵水氧化同時(shí)進(jìn)行，在冶煉過程中廢鋼及石灰等爐料迅速熔化，同時(shí)脫C、脫P(yáng)、 去氣、去夾雜，在P < 0. 015 %后，電爐出鋼。電爐出鋼前，先根據(jù)所冶煉的鋼種，在鋼包精煉 爐的鋼包內(nèi)加入含有對(duì)應(yīng)元素的鐵合金、石灰、合成渣與硅鋁鋇并烘烤不少于30分鐘，然 后把電爐的鋼水倒入鋼包中，鋼水在鋼包中進(jìn)行初步合金化； II鋼包爐精煉把裝有鋼水的鋼包移到精煉工位，在還原條件下進(jìn)一步脫氧、去夾雜、脫S至 S ^ 0. 005%，同時(shí)加入對(duì)應(yīng)元素的鐵合金，調(diào)整鋼水成分；鋼包出鋼時(shí)，控制鋼水中的微量 元素的質(zhì)量百分比，Cr 為 0. 10-0. 20%, Alt 為 0. 020-0. 050%, V 為 0. 030-0. 050% ； 鋼水的成分的質(zhì)量百分配比為 C 0. 42-0. 46% ；Mn 0. 65-0. 80% ；Si 0. 200. 30% ； Cr 0. 10-0. 20% ；V 0. 030-0. 050% ；Alt 0. 020-0. 050% ； P 彡 0. 015% ；S 彡 0. 005% ； 其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鐵路機(jī)車車軸用鋼及其制造方法，車軸用鋼的成分的質(zhì)量的百分比為C0.42-0.46％；Mn0.65-0.80％；Si0.20-0.30％；Cr0.10-0.20％；V0.030-0.050％；Alt0.020-0.050％；P≤0.015％；S≤0.005％；其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。制造方法包括下述步驟I電爐冶煉先將廢鋼加入電爐中再加入鐵水，然后開始吹氧加入造渣材料同時(shí)脫C、脫P(yáng)，在P≤0.015％后，電爐出鋼；電爐出鋼前，加入含有對(duì)應(yīng)元素的鐵合金，然后進(jìn)行初步合金化；II鋼包爐精煉在還原條件下進(jìn)一步脫氧、脫S至S≤0.005％，同時(shí)加入對(duì)應(yīng)元素的鐵合金，調(diào)整鋼水成分。本鐵路機(jī)車車軸用鋼制造方法制的車軸鋼強(qiáng)度高塑性好。
文檔編號(hào)C21C5/52GK102108468SQ20101060131
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者王之香, 王玉玲, 鄔中華 申請(qǐng)人:山西太鋼不銹鋼股份有限公司