專利名稱：：低成本e級鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于鋼材，特別涉及一種低成本E級鋼。
背景技術(shù)：
：E級鋼作為一種鑄造低碳、低合金鋼，廣泛應(yīng)用于鐵路機(jī)車車輛配件之各型緩沖器箱體、鉤尾框、車鉤鉤體、鉤舌等。技術(shù)條件規(guī)定這種鑄造E級鋼成分為0.22%-0.28%C、0.20%-0.40%Si、l.20%-1.50%Mn、0.40%-0.6%Cr、0.35%-0.55%Ni、0.20%-0.30%Mo、S、P《0.040%、Cu《0.30%，鑄件經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后其隨爐試棒機(jī)械性能要達(dá)到抗拉強(qiáng)度ob>830MPa、屈服強(qiáng)度os>690MPa、6>14%、v>30%、-40。C低溫沖擊AKv>27J(在三個沖擊試塊的平均AKv值不小于27J的前提下，允許其中一個試塊的AKv值達(dá)到18J以上即判定沖擊合格)，硬度241HBW-302HBW。自2005年起。市場上鑄造E級鋼用重要原材料(含60%Mo)Mo鐵的價格急漲，一度達(dá)46萬元/噸，2006另一重要原材料Ni板的價格也扶搖直上，鑄造E級鋼的成本大幅增加，而鑄件的價格卻不變。另外，在長期生產(chǎn)實踐中，我們也發(fā)現(xiàn)了一些現(xiàn)用E級鋼存在的問題，如(l).含碳低，當(dāng)C含量不足O.25%時，60%的鑄件強(qiáng)度低、硬度低，需熱處理返工處理，甚至是解剖實物箱體降低性能標(biāo)準(zhǔn)才能放行。(2).Mn、Cr、Ni含量較多，碳當(dāng)量值較大，按MES1.16F給出的碳當(dāng)量CE=C%+Mn%/6+(Cr%+Mo%)/5+(Ni%+Cu%)/15計算公式，計算出其最小碳當(dāng)量為0.6，最大碳當(dāng)量為0.77，造成鑄件易產(chǎn)生裂紋，且不利于鑄件焊修。參考多年來，我們生產(chǎn)美國MIENER緩沖器箱體經(jīng)驗，美國箱體這種鑄件技術(shù)條件規(guī)定成分范圍為0.27%-0.33%C、0.70%-1.00%Mn、0.30%-0.50%Mo、0.03%-0.08%Al、《0.20%Cu、《0.25%Cr、《0.25%Ni、S、P、Si含量與我國鐵路用E級鋼鑄件規(guī)定相同，并規(guī)定碳當(dāng)量不能超過0.68。機(jī)械性能要達(dá)到抗拉強(qiáng)度ob^830MPa、屈服強(qiáng)度os>690MPa、S>14%、v>30%、-40。C低溫沖擊AKv>20J(三個沖擊試塊的AKv值都要達(dá)到20J以上)，硬度255HBW-321HBW?？梢娒绹潴w機(jī)械性能要求與我國鐵路用E級鋼鑄件也基本相同。但是美國箱體成分規(guī)范中C含量較我國鐵路用E級鋼鑄件大，合金元素除Mo外均低于我國E級鋼鑄件，Cr、Ni更是作為殘余元素存在，O.03%-0.08%的Al能改善材料的低溫沖擊性能。以Mo含量O.35%(實際生產(chǎn)中一般Mo含量在O.30%-0.33%)計算生產(chǎn)成本，仍低于我國E級鋼鑄件(Mo含量以0.25%計)，且碳當(dāng)量0.53-0.68時，其熱處理一次合格率高，鑄件焊修性好。結(jié)合上述兩種鑄件成分規(guī)范及我們掌握的金屬材料知識，在含C量較低時，隨含C量增加，熱處理后鋼的強(qiáng)度、硬度增加明顯，新材料配方中應(yīng)適當(dāng)增加C含量；Si含量增加，增加鑄造及熱處理裂紋傾向，Si含量不宜增加；Mn和Cr雖然屬于提高材料強(qiáng)度、硬度合金，但在現(xiàn)有E級鋼成分規(guī)范中用量已足夠多，且這二元素對增加材料碳當(dāng)量作用明顯，另外Mn還增加材料熱處理氧化脫碳敏感傾向，這二元素在新材料配方中不宜增加，甚至Mn含量要稍降些；A1與鑄件中的氮能形成AIN，一方面消除氮對脆性轉(zhuǎn)變溫度的有害作用，一方面控制鋼的晶粒度，新材料配方中應(yīng)要求適量的Al;S、P、Cu在鋼中作為有害元素，控制在《0.04%S、《0.04%P、《0.25%Cu即可；Mo和Ni原材料價格較貴，在新材料通過熱處理能達(dá)到其機(jī)械性能要求的前提下，應(yīng)盡量少加，甚至不加，從而降低鑄件成本。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種低成本E級鋼。即調(diào)整E級鋼中各合金元素配方，降低材料中貴重合金元素Mo、Ni含量，并通過相應(yīng)熱處理工藝的改進(jìn)，在保證新E級鋼機(jī)械性能的前提下，降低E級鋼制零件的制作成本。本低成本E級鋼新材料配方的內(nèi)容是低成本E級鋼配方0.27%-0.32%C、0.20%_0.40%Si、1.10%_1.40%Mn、0.30%-0.50%Cr、0.15%-0.25%Ni或0.10%-0.20%Mo(Ni和Mo這兩種貴重金屬只存在一種即可)、0.03%-0.08%Al、S、P《0.040%、Cu《0.25%。發(fā)明的優(yōu)點特點本技術(shù)方案是一種低成本E級鋼新材料配方，是一種微Ni無Mo或微Mo無Ni的低成本E級鋼新材料成分配方。本新材料適用于鐵路客貨車各型緩沖器箱體及鉤尾框、鉤舌等鑄件。表1為試驗低成本E級鋼化學(xué)成分與機(jī)械性能對照表<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>本低成本E級鋼新材料的特點①.新開發(fā)材料C含量稍有增加，材料熱處理后強(qiáng)度、硬度增加明顯，采用消除回火脆性措施后，熱處理一次合格率高。②.新開發(fā)材料碳當(dāng)量控制在0.53-0.68，焊修性好。③.新開發(fā)材料成本降低明顯見表2。表2是考慮冶煉E級鋼時加入Mn鐵、Cr鐵、Ni板、Mo鐵對每噸鋼成本的影響，Mn鐵、Cr鐵、Ni板、Mo鐵的價格是按當(dāng)前的市場價格(即含Mn量70X的Mn鐵的價格ll元/Kg、含Ni量99X的Ni板的價格為149元/中Kg、含Cr量64%的Cr鐵的價格為9.9元/Kg、含Mo量60%的Mo鐵的價格為133元/Kg)計算，其加入量均是以下限加入量(實際生產(chǎn)中，也是以下限加入量做為首選的)計算。5表2新開發(fā)材料與我國鐵路機(jī)車車輛現(xiàn)用E級鋼經(jīng)濟(jì)性對比<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>由上表可知，新開發(fā)低成本E級鋼每噸節(jié)約成本大約775.6-779.7元。.新開發(fā)低成本E級鋼與現(xiàn)我國鐵路機(jī)車車輛用E級鋼除配料外，冶煉工藝基本相同。具體實施例方式是由廢鋼、Mn鐵、Cr鐵及Ni板或Mo鐵經(jīng)配料計算，按一定比例投入電弧爐或中頻爐冶煉再澆注而成，其冶煉及澆注工藝，除配料比例調(diào)整外，完全與現(xiàn)E級鋼相同。試驗步驟及方法計劃用中頻爐，初步設(shè)定的新材質(zhì)配方成分范圍為，0.27%-0.32%C、0.20%-0.40%Si、《1.40%Mn、0.30%-0.50%Cr《0.25%Ni、《0.20%Mo、0.03%-0.08%A1、S、P《0.040%、Cu《0.25%澆注基爾試棒(我國鐵路機(jī)車車輛用E級鋼鑄件要求隨爐澆注的試棒類型)，每爐大約10棵試棒，熱處理時把每爐試棒再分為兩組進(jìn)行熱處理工藝試驗，熱處理后其中大約3/5試棒做拉伸試驗，2/5試棒做低溫沖擊試驗，每一澆注爐次試棒工藝及性能試驗完成后，進(jìn)行總結(jié)分析，調(diào)整下一次試驗具體方案，直至試驗結(jié)果完全達(dá)到技術(shù)要求。通過七澆注爐次，近70棵試棒工藝及性能試驗發(fā)現(xiàn)常規(guī)熱處理后，其經(jīng)拉伸試驗結(jié)果合格，但當(dāng)成分中Ni含量在O.15%-0.25%范圍，Mo含量不足0.10%時，低溫沖擊值只有6-10J，不能達(dá)到技術(shù)要求，我們分析認(rèn)為與材料回火脆性有關(guān)，熱處理采取消除回火脆性措施后，所有機(jī)械性能能達(dá)到技術(shù)要求；當(dāng)成分中Ni含量不足0.15%，Mo含量不足O.10%時，盡管熱處理采取消除回火脆性措施后，低溫沖擊值只能達(dá)到18J以上，不能保證全部達(dá)到27J以上。為此我們制定了(1)給出的低成本E級鋼成分配方，此配方又經(jīng)反復(fù)試驗結(jié)果(表l)穩(wěn)定后，再進(jìn)行實物樣件及小批量實物試驗。在以上試棒工藝及性能試驗的基礎(chǔ)上，我們采用(1)給出的成分配方(配料中不加Mo)，用中頻爐澆注2個美國MINER(美國MINER箱體允許在保證機(jī)械性能及碳當(dāng)量《0.68的前提下，可調(diào)整箱體成分；但我國緩沖器箱體不允許對成分調(diào)整)箱體，熱處理時采取消除回火脆性措施后其隨爐試棒、箱體實物解剖機(jī)械性能都達(dá)到技術(shù)要求。其后用(1)給出的配方(配料中不加Mo)，用電弧爐澆注一爐30個美國MINER箱體，熱處理時采取消除回火脆性措施后其隨爐試棒機(jī)械性能合格，12個樣件發(fā)往美國后，美國MINER公司對箱體解剖后，對其金相組織、機(jī)械性能、硬度都進(jìn)行了檢驗，認(rèn)為符合要求；其實物撞擊試驗也達(dá)到要求。為此美國MINER公司已同意我們按(1)給出的成分配方生產(chǎn)其箱體，我們已供應(yīng)其這種低成本E級鋼箱體千余個。權(quán)利要求一種低成本E級鋼，其特征是在Fe中含有C0.27％-0.32％、Si0.20％-0.40％、Mn1.10％-1.40％、Cr0.30％-0.50％、Ni0.15％-0.25％或Mo0.10％-0.20％其中的一種、Al0.03％-0.08％、S、P≤0.040％、Cu≤0.25％。全文摘要一種低成本新材料E級鋼，由于其成分中C、Mn、Cr、Ni、Mo合金元素含量調(diào)整，即C含量稍稍增加，Mn、Cr含量稍稍降低，Ni、Mo貴重合金盡量少加或不加，再在熱處理上采取必要的手段，使新材料鑄件機(jī)械性能保證達(dá)到原技術(shù)要求。這種新材料鑄件的獲得在鑄造工藝上，除配料比例外與原鑄件相同，熱處理采用消除回火脆性措施后質(zhì)量穩(wěn)定，熱處理一次合格率高，鑄件焊修性好。文檔編號C22C38/40GK101701325SQ20091022871公開日2010年5月5日申請日期2009年11月25日優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日發(fā)明者嚴(yán)銀霞,岳俊嶺,張錫禎,王耕環(huán),趙洪敏,魯宗元申請人:天津機(jī)輛軌道交通裝備有限責(zé)任公司