專利名稱：一種鐵路機車車軸用鋼及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種鐵路機車車軸用鋼及其制造方法。
背景技術：
車軸是鐵路車輛重要的走行部件，其質量直接關系著鐵路車輛的運行安全。近年 來，隨著我國鐵路車輛的不斷提速加載，車軸的質量，尤其是機車車軸質量的提升尤為重 要。目前，我國鐵路機車車軸使用鋼號為JZ，屬中碳優質鋼，技術標準為GB5068。鐵路機車 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度。力學性能是影響疲勞 強度的主要因素之一，提高強度可顯著抑制疲勞裂紋源的形成，提高塑性可延緩裂紋擴展， 因此，鐵路機車車軸鋼要求高強度、高塑性和細晶粒。但一般情況下，強度和塑性成反比，兩 者很難同時兼顧，生產過程中也經常出現力學性能不合格(主要是強度偏低)，或晶粒度檢 驗有混晶現象。
發明內容
為了克服現有鐵路機車車軸用鋼的上述不足，本發明提供一種強度高塑性好的鐵 路機車車軸用鋼及其制造方法。本發明的技術關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結合生成塑性MnS，在熱加工過程中要發生變形，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%，可提高鋼的強度，對塑性基本沒有影響； 控制Alt含量為0. 020-0. 050%, Al與鋼中N形成細小、彌散的AlN第二相阻止奧氏體 晶粒長大，Al過低，形成的AlN少，奧氏體晶粒容易長大，因此一般細晶碳素鋼都要求鋼 中Alt ^ 0. 020 %，但當鋼中Al過高時，由于其濃度梯度大，擴散較快，析出的AlN顆粒較 大，導致Al細化晶粒的作用降低，甚至因鋼中固溶Al高而促進晶粒長大；控制V含量在 0. 030-0. 050%，V與鋼中C、N生成V(C、N)細小、彌散的第二相與AlN —起阻止奧氏體晶粒 長大，顯著細化晶粒，并提高鋼的晶粒粗化溫度，V含量過低，細化晶粒作用不明顯，V含量 過高，析出物偏多，盡管晶粒細化，強度提高，但塑性降低，而且成本增加。本鐵路機車車軸用鋼的成分的質量百分配比為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。根據需要可加入Ni和Cu，加入量Ni ^ 0. 30%, Cu ^ 0. 010%。本鐵路機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進行，在冶煉過程中廢鋼及石灰等爐料迅速 熔化，同時脫C、脫P、去氣、去夾雜，在P ^ 0. 015%后，電爐出鋼。電爐出鋼前，先根據所冶 煉的鋼種，在鋼包精煉爐的鋼包內加入含有對應元素的鐵合金、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，在還原條件下進一步脫氧、去夾雜、脫S至 S ^ 0. 005%，同時加入對應元素的鐵合金，調整鋼水成分。鋼包出鋼時，控制鋼水中的微量 元素的質量百分比，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。根據需要可加入Ni和Cu，加入量Ni ^ 0. 30%, Cu ^ 0. 010%。
之后，進行真空脫氣、模鑄成錠、紅送鋼錠、軋制成材。上述鐵路機車車軸用鋼的制造方法，其特征是在步驟I，鋼水在鋼包中進行初步 合金化時，鐵合金中合金元素的含量要高、成分準確、有害元素含量低；鐵合金加入量應使 鋼水中對應元素的含量達到相應標準要求的中下限；在步驟II鋼包出鋼控制鋼水中的微 量元素時，其它元素控制在標準的中上限。上述鐵路機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。本鐵路機車車軸用鋼的制造方法主要關鍵技術是控制鋼中微量元素Cr、Al、V含 量，同時降低P、S含量，從而保證其熱處理后實際晶粒度提高1-2級，強度提高約10%，強 度、塑性和韌性明顯高于標準要求，晶粒度和力學性能檢驗合格率達到100%。用本鐵路機 車車軸用鋼制造方法生產的鐵路機車車軸鋼晶粒細小，強度、塑性、韌性高，可更好地保證 鐵路車輛運行安全。
具體實施例方式下面結合實施例詳細說明本鐵路機車車軸用鋼及其制造方法的具體實施方式
，但 本鐵路機車車軸用鋼及其制造方法的具體實施方式
不局限于下述的實施例。鐵路機車車軸用鋼實施例一本實施例的成分的質量百分配比為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。鐵路機車車軸用鋼實施例二
本實施例的成分的質量百分配比為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。機車車軸用鋼制造方法實施例之一本實施例是鐵路機車車軸用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噸預處理后的鐵水加入到同一電爐中，預處理后 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，同時脫C、脫P、去氣、去夾雜。(3)鋼水溫度達至IJ 1660-1680°C, C ^ 0. 10%, P ^ 0. 015%時出鋼，本實施例的出鋼溫度為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，鋼水在該鋼包內進行鋼水初步合金化。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，測溫1551 °C，喂Al線 80Kg，送電，加電石65Kg。(2)取樣分析，鋼水的化學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。調渣加石灰200Kg、合成渣200Kg ；調成分加碳錳52Kg，碳粉58Kg。(3)取樣分析，鋼水的化學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。調渣加石灰IOOKg ；調成分加釩鐵53Kg、碳錳20Kg，鉻鐵50Kg。(4)取樣分析，鋼水的化學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。(5)測溫1668 °C，精煉結束。之后，進行真空脫氣處理、模鑄成鋼錠，澆鑄過程取樣分析化學成分，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。鋼錠紅送型材廠加熱并軋制成280mm方鋼。方鋼按照GB/T5068標準要求檢驗，試樣采用140 X 140mm大樣坯860°C正火處理。 力學性能和晶粒度檢驗結果如表1 表 權利要求
1.一種鐵路機車車軸用鋼，它的成分的質量的百分配比為 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。
2.一種鐵路機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進行，在冶煉過程中廢鋼及石灰等爐料迅速熔化，同時脫C、脫P、 去氣、去夾雜，在P < 0. 015 %后，電爐出鋼。電爐出鋼前，先根據所冶煉的鋼種，在鋼包精煉 爐的鋼包內加入含有對應元素的鐵合金、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，在還原條件下進一步脫氧、去夾雜、脫S至 S ^ 0. 005%，同時加入對應元素的鐵合金，調整鋼水成分；鋼包出鋼時，控制鋼水中的微量 元素的質量百分比，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。
全文摘要
本發明涉及一種鐵路機車車軸用鋼及其制造方法，車軸用鋼的成分的質量的百分比為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。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脫C、脫P，在P≤0.015％后，電爐出鋼；電爐出鋼前，加入含有對應元素的鐵合金，然后進行初步合金化；II鋼包爐精煉在還原條件下進一步脫氧、脫S至S≤0.005％，同時加入對應元素的鐵合金，調整鋼水成分。本鐵路機車車軸用鋼制造方法制的車軸鋼強度高塑性好。
文檔編號C21C5/52GK102108468SQ20101060131
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月15日 優先權日2010年12月15日
發明者王之香, 王玉玲, 鄔中華 申請人:山西太鋼不銹鋼股份有限公司