專利名稱：：準貝氏體鋼及其在鐵路行業(yè)中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鐵路用鋼，特別是涉及一種高強、高韌、可焊、耐磨的準貝氏體鋼及其在鐵路行業(yè)中的應(yīng)用。二.
背景技術(shù)：
：當前世界各國的鐵道運輸業(yè)向著高速、重載、大運貨量的方向發(fā)展，特別是當前國內(nèi)的鐵路運輸已經(jīng)經(jīng)歷了若干次的大提速，這一國民經(jīng)濟的大動脈，對于促進工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，具有重大的意義，因而對使用的方方面面的材料要求越來越高，在高強、高韌、可焊、耐磨等方面，也提出越來越高的要求，原來鐵路用的材料已經(jīng)遠遠不能滿足實際上的使用要求。我國在2000年己經(jīng)提出為配合200Km/h和300Km/h的高速鐵路的建設(shè)，要解決高速鋼軌的研制；高速鐵路列車用車輪、輪箍的研制；高速重載鐵路路枕、涵洞等用高強度鋼筋上的研制；以及與高精度、耐磨重軌相互配套的易焊接、易加工的耐磨道岔鋼的研制等都提到日程上來。對于鋼鐵而言，從上一世紀30年代發(fā)現(xiàn)貝氏鋼體組織以后經(jīng)歷半個多世紀的廣泛研究，在應(yīng)用方面，自50年代成功研制出典型貝氏體鋼以來，雖有進展，但因沖擊韌性不高，斷口上有較大脆性，使人們對其使用產(chǎn)生了疑慮。目前在全國7萬多公里的鐵路營業(yè)線路中約有5萬公里的鐵路為短軌線路，每公里線路有40對鋼軌接頭，即使在無縫線路區(qū)段中，在道岔前后、長軌緩沖區(qū)、無碴橋線路等處仍有鋼軌接頭。當火車通過這些接頭時，就會在接頭處產(chǎn)生強大的復雜的沖擊力，使鋼軌接頭產(chǎn)生塑性變形，導致鋼軌接頭處產(chǎn)生扣嘴、低塌線路翻漿、昌泥等缺陷，由于這些缺陷的存在又加大了車輪對鋼軌接頭的沖擊和破壞，從而形成線路鋼軌接頭損害的惡性循環(huán)，造成線路更加不平，使列車行駛更加不平穩(wěn)，在這種環(huán)境下選用新的高強、高韌、可焊、耐磨的鐵路用材料勢在必行。針對這種情況，人們不斷研制出新的鋼種，如中國專利(公開號為C脂簡OB，申請?zhí)枮?8101251)公開了一種"含鈮高強度魚尾板鋼",其化學成分(％)為CO.500.57，SiO.200.40，MnO.500.80，P《0.040，S《0.045，Nb0.0150.050，其余為鐵。該發(fā)明通過將鈮加入到鋼液中，改變鋼的機械性能，其合金含量低，生產(chǎn)工藝簡單，產(chǎn)品的機械性能已經(jīng)達到世界先進水平，但是它的含碳量高，不適合低溫地區(qū)使用；又如中國專利(公開號為CN1375573A，申請?zhí)枮?1138962.1)公開了一種"YW35鋼及其應(yīng)用"，其化學成分為C0.320.40，Si0.300.50，Mnl.11.3，P《0.035，S《0.035，Cu《0.2，Nb0.040.07,V0.060.2,Mo0.150.25。它以高錳鋼為基礎(chǔ)，在降低碳含量的情況下，加入適量的鉬、釩、鈮，用以改善鋼的低溫性能，但是該發(fā)明加工工藝復雜，成本較高；中國專利(申請?zhí)枮?6103008)，公開了一種"中碳空冷錳硼貝氏體鋼"，中國專利(申請?zhí)枮?6103009)，公開了一種"中高碳空冷錳硼貝氏體鋼"，這兩個發(fā)明專利都是采用錳、硼作為合金元素，但因它們的硬度高，其抗拉強度、塑性和韌性相對較差，并且其使用壽命不及鐵路鋼軌；中國專利(公開號為CN1172171B，申請?zhí)枮?5113726.3)公開了一種"準貝氏體鋼"，其特征在于它的成分由主加合金元素和至少一種附加合金元素組成，所述主加合金元素的重量百分比組成為碳C0.041.3，錳Mn1.03.5，阻礙碳化物析出元素0.82.8，所述附加合金元素的重量百分比組成為鉬Mo00.6，硼B(yǎng)00.005，鉻Cr02.0，硅Si02.8，鋁Al02.8等元素，在其從屬權(quán)利要求的技術(shù)特征中又指出所述的阻礙碳化物析出元素為硅或鋁，該發(fā)明的主加合金元素和附加合金元素組成都有硅或鋁，并且含量范圍混亂，讓人不知道所述的硅或鋁是主加合金元素還是附加合金元素，既然用"或"表示，但后面的從屬權(quán)利要求又都同時包含硅和鋁，該發(fā)明所公開的這些技術(shù)特征讓本領(lǐng)域的技術(shù)人員無法實施其技術(shù)方案。并且，其必要技術(shù)特征既然是"至少一種附加合金元素組成"，但所述的附加合金元素的重量百分比組成卻都從"0"開始，如果都取最小值"0"，那就意味著可以沒有附加合金元素，造成前后矛盾，這也是該技術(shù)方案無法實施的原因之一。三.發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的通過合金種類和含量的改變，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，從而提供一種加工工藝簡單、綜合性能好的高強高韌可焊耐磨的準貝氏體鋼，以及其在鐵路行業(yè)中的應(yīng)用。本發(fā)明的技術(shù)方案一種準貝氏體鋼，以重量百分比為單位，含有碳C0.591.20，錳Mn0.801.9，鋁AIO.802.50，硼B(yǎng)O.0020.005，鉻Cr0.252.80，余量為鐵Fe。一種準貝氏體鋼，以重量百分比為單位，含有碳C0.591.20，錳Mn0.801.9，鋁A10.802.50，硼B(yǎng)0.0020.005，鉻Cr0.252.80，鎳NiO.501.50，余量為鐵Fe。所述的準貝氏體鋼的冶煉方法，采用電爐或轉(zhuǎn)爐+爐外進行精煉，在精煉過程中控制鋼液的氣體含量為氮氣N2《80卯m，氫氣H2《4ppm，氧氣02《25ppm。所述的準貝氏體鋼的熱處理方法，采用910950°C淬火或空冷或油冷+200450°C低溫回火水冷。上面所述的準貝氏體鋼，當碳C的含量在O.100.25范圍時，可以應(yīng)用在鐵路橋梁、鐵路橋形魚尾板、板型材、焊接構(gòu)件、起重機械、建筑用鋼、高強度標準件上。上面所述的準貝氏體鋼，當碳C的含量在0.200.35范圍時，可以應(yīng)用在鐵路重型鋼軌、高強度管材、滲碳零件用鋼上。上面所述的準貝氏體鋼，當碳C的含量在0.300.70范圍時，可以應(yīng)用在鐵路道岔、耐磨結(jié)構(gòu)件、耐磨鑄鋼件上。本發(fā)明的有益效果1.本發(fā)明的準貝氏體鋼綜合力學性能優(yōu)異參見表l、表2、表3、表4、表5和表6，由上述表中可以看出，本發(fā)明的準貝氏體鋼的抗拉強度可達到5001050MPa工程構(gòu)件用的高強度鋼、10501500MPa機器機械構(gòu)件用的高強度鋼和15002000MPa機器機械構(gòu)件用的超高強度鋼，并且同時具有高的塑性和韌性、良好的耐磨性、低的缺口敏感性，特別是缺口疲勞壽命能穩(wěn)定地提高30100%。低溫沖擊韌性良好，可以在-40°C-5(TC的低溫下長期使用。耐磨性高，它與V70SiMn和Mnl3道岔鋼滾滑磨損試驗比較，其磨損值遠低于其他鋼種，參見下表:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>2.本發(fā)明的準貝氏體鋼加工工藝簡單，制造容易，可以適用多種熱處理方法，在能控軋控冷的情況下可以不熱處理或少熱處理。準貝氏體鋼在軋、鍛或奧氏體狀態(tài)下空冷即可得到準貝氏體組織，根據(jù)需要經(jīng)過適當溫度回火或不回火即可達到所需要的力學性能，因此零件在制造中變形小，無淬火裂紋，從而既保證產(chǎn)品質(zhì)量又提高其合格率，且減少熱處理工序。經(jīng)過測定，直徑101000mm的零件空冷后均獲得組織，所以淬透性好，必要時可以淬火或油冷亦能獲得良好的力學性能。3.本發(fā)明的準貝氏體鋼焊接性良好。由于準貝氏體鋼焊接后空冷仍然為準貝氏體組織，焊接前后比容變化極小，故而其組織內(nèi)應(yīng)力小，焊接裂紋傾向小。經(jīng)過研究測定，比同強度的合金結(jié)構(gòu)鋼焊接性好，同時準貝氏體組織抗回火能力高，所以熱影響區(qū)的力學性能損失較小。4.本發(fā)明的準貝氏體鋼節(jié)能效果好、生產(chǎn)效率高。準貝氏體鋼在軋、鍛或奧氏體狀態(tài)下空冷即可得到準貝氏體組織，故而不再進行單獨的淬火處理，簡化工藝流程，節(jié)約大量能源，改善產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本。5.本發(fā)明的準貝氏體鋼成本低廉、生產(chǎn)開發(fā)方便。其主加元素為普通的碳C、硅Si、錳Mn和少量的鉬Mo或硼B(yǎng),故其成本不高，考慮特殊要求如耐蝕、疲勞、高淬透性等，可以加入少量的鉻Cr、鎳Ni等，一般鋼廠在不增加設(shè)備的前提下即可組織生產(chǎn)，基本上不存在冶煉、澆注、軋制等方面的困難，經(jīng)過測定高溫變形抗力并無明顯增高現(xiàn)象，在生產(chǎn)過程中只需要注意生產(chǎn)場合的冷卻條件即可，若軋、鍛后控制冷卻，力學性能可大幅度提高，不必回火或在范圍較寬的低溫狀態(tài)下回火，這樣在不增加投資或投資很少的條件下即可進行生產(chǎn)。6.本發(fā)明應(yīng)用廣泛。適用于鐵路橋梁、建筑、起重機械、大型結(jié)構(gòu)架各類高強板材及高速鋼軌、鐵路道岔、高強度螺栓等用材；適用于高精度高速鐵路列車用車輪及輪轂上；適用于重載鐵路路枕、涵洞等用高強度鋼筋上。四.具體實施方式-本發(fā)明的準貝氏體鋼，各個鋼種根據(jù)組分和含量的不同可以組成多個實施例，詳見下表，表中各組分的含量均以百分比為單位:實施例組成本發(fā)明準貝氏體鋼的各組分的名稱及含量<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>以上各個實施例的準貝氏體鋼的冶煉方法均為采用電爐或轉(zhuǎn)爐+爐外進行精煉，在精煉過程中控制鋼液的氣體含量為氮氣N2《80ppm，氫氣H2《4卯m，氧氣02《25ppm;其熱處理方法采用910950°C淬火或空冷或油冷+200450°C低溫回火水冷即可。實施例十六到實施例三十所述的準貝氏體鋼，可以應(yīng)用在鐵路橋梁、鐵路橋形魚尾板、板型材、焊接構(gòu)件、起重機械、建筑用鋼、高強度標準件上。實施例三十一到實施例四十五所述的準貝氏體鋼，可以應(yīng)用在鐵路重型鋼軌、高強度管材、滲碳零件用鋼上。實施例四十六到實施例六十所述的準貝氏體鋼，可以應(yīng)用在鐵路道岔、耐磨結(jié)構(gòu)件、耐磨鑄鋼件上。<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>表2準貝氏缽鋼與其他鋼種耐驚性能比J交<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>1相對耐磨性標樣CMn]3或TEREXHB400)磨損失重/試樣(其他鋼種)磨損失重*2滾/滑磨損試驗，載荷取15()Kg,潛滑率r-試樣磨損失重(mg)/上下試樣相對滑動距離(m),取「=35%,上式樣為MnD、BZ-i5、23MnCrNitvio54和U70MnSi,下試樣為65Mn(調(diào)質(zhì))。表3高強度準貝氏缽鋼工程構(gòu)件與其他強度鉬近的鋼材性能比g和應(yīng)用情況舉例鋼種狀態(tài)屈服強度抗拉強度伸長率面縮率沖擊功Akv,J室溫-備注常溫-20.C-60'C本發(fā)明的準貝氏體鋼熱軋堆冷/62531/15954/已生產(chǎn)出準貝氏體鋼板，可代日本NKK-HITEN5卯鋼板和國產(chǎn)WMnVN鋼板等熱軋+高溫回火柳60028/股/曰本的NKK-HITEN590淬火+回火>45()590~710>20//>47/曰本產(chǎn)鋼板國內(nèi)的〗6MnVN正火42559216.5/40//國產(chǎn)鋼板本發(fā)明的準貝氏體鋼熱軋+低溫回火760鵬24/SO60/可代替日本NKK-HITEN7S0曰本的NKK-HITEN780淬火+回火7S0-930》16////曰本產(chǎn)，高強度板材.本發(fā)明的—準貝氏體鋼熱軋十低溫回火柳1'05S17/'too/35可代替日本NKK-HTTEN980日本的NKK-mTEN980淬火+回火5=835》930》12///5*27曰本產(chǎn)，最高強度板材本發(fā)明的準貝氏體鋼熱乳船1050134030//代IV級鋼筋，工藝簡單國內(nèi)的P/級鋼筋i1》S35》10f/111/國產(chǎn)P/級標準鍋惠iI7S108390.4勢溢*被18/2§<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>表5超高強度準貝氏體鋼與其他強度相近的超髙強度鋼力學性能比較和其代用情況舉例<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>表6準貝氏體鋼滲碳性能實例<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>權(quán)利要求1.一種準貝氏體鋼，其特征是以重量百分比為單位，含有碳C0.59～1.20，錳Mn0.80～1.9，鋁Al0.80～2.50，硼B(yǎng)0.002～0.005，鉻Cr0.25～2.80，余量為鐵Fe。2.—種準貝氏體鋼，其特征是以重量百分比為單位，含有碳C0.591.20，錳MnO.801.9，鋁A10.802.50，硼B(yǎng)0.0020.005，鉻Cr0.252.80，鎳Ni0.501.50，余量為鐵Fe。3.—種權(quán)利要求1或2所述的準貝氏體鋼的冶煉方法，采用電爐或轉(zhuǎn)爐+爐外進行精煉，其特征是在精煉過程中控制鋼液的氣體含量為氮氣N2《80ppm，氫氣H2《4ppm，氧氣02《25ppm。4.一種權(quán)利要求1或2所述的準貝氏體鋼的熱處理方法，其特征是熱處理方法采用910950°C淬火，或空冷或油冷+200450。C低溫回火水冷。全文摘要本發(fā)明涉及一種鐵路用鋼，特別是涉及一種高強高韌可焊耐磨的準貝氏體鋼及其在鐵路行業(yè)中的應(yīng)用。本發(fā)明的準貝氏體鋼，以重量百分比為單位，含有碳C0.59～1.20，錳Mn0.80～1.9，鋁Al0.80～2.50，硼B(yǎng)0.002～0.005，鉻Cr0.25～2.80，余量為鐵Fe。其冶煉方法采用電爐或轉(zhuǎn)爐+爐外精煉，在精煉過程中控制鋼液的氣體含量為氮氣N₂≤80ppm，氫氣H₂≤4ppm，氧氣O₂≤25ppm。其熱處理方法采用910～950℃淬火或空冷或油冷+200～450℃低溫回火水冷。本發(fā)明的準貝氏體鋼綜合力學性能優(yōu)異，具有高的塑性和韌性、良好的耐磨性、低的缺口敏感性，特別是缺口疲勞壽命能穩(wěn)定地提高30～100％。文檔編號C22C38/54GK101100723SQ200710108390公開日2008年1月9日申請日期2005年4月18日優(yōu)先權(quán)日2005年4月18日發(fā)明者康沫狂,翟明彥,袁桂林申請人:河南省強力機械有限公司