低合金鑄鋼及其冶煉方法、熱處理方法和鐵路機車零部件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及低合金鑄鋼及其冶煉方法、熱處理方法和鐵路機車零部件，屬于合金鋼技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明公開的低合金鑄鋼的各組分及其相對于所述低合金鑄鋼總重的重量百分比為：碳0.23%～0.28%、硅0.20%～0.40%、錳0.80%～1.00%、磷≤0.020%、硫≤0.020%、鉻0.45%～0.55%、鎳0.50%～0.60%、鉬0.15%～0.25%、鋁0.02%～0.06%，以及鎢0.02%～0.10%、鈮0.01%～0.05%，且必須滿足0.04% ≤鎢+鈮≤0.12%；以及余量為鐵和其他不可避免的元素。本發(fā)明的低合金鑄鋼含有按一定配比使用的鎢和鈮，在經(jīng)過熱處理后，可以作為E級鋼使用，并且，具有優(yōu)越的可焊性、良好的塑性和沖擊韌性，且機械性能穩(wěn)定性好。
【專利說明】
低合金鑄鋼及其冶煉方法、熱處理方法和鐵路機車零部件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于合金鋼技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種低合金鑄鋼，特別涉及一種含鎢鈮的低合 金鑄鋼、該低合金鑄鋼的冶煉方法和熱處理方法、熱處理后獲得的E級鋼、以及主要應用該E 級鋼制備的鐵路機車零部件。
【背景技術(shù)】
[0002] 美國鐵路協(xié)會(AAR)于2005年修訂并發(fā)布了M-201-05標準，以滿足諸如鐵道行業(yè) 鑄造零部件的材質(zhì)需求，其中對合金鑄鋼進行了分級定義，其被分為A級鋼、B級鋼、B+級鋼、 C級鋼和E級鋼，并且相應地定義它們的主要化學成分范圍和機械性能等。
[0003] E級鋼是美國鐵路協(xié)會(AAR)M-201-05的標準中最高等級的低合金鑄鋼。目前，廣 泛使用的E級鋼的組分及其相應的重量百分比為：碳0.22%~0.28%、硅0.20%~0.40%、錳 1 · 20%~1 · 50%、磷彡0 · 020%、硫彡0 · 020%、鉻0 · 40%~0 · 60%、鎳0 · 35%~0 · 55%、鉬0 · 20%~ 0.30%、鋁0.02%~0.069LE級鋼可以廣泛用于制造鐵路機車中相應強度等級要求的鑄鋼件， 如車鉤鉤體、鉤舌等零部件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，提出一種新型的低合金鑄鋼，其能夠?qū)辽贊M足E級鋼的機 械性能要求。
[0005] 為實現(xiàn)以上目的或者其他目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。
[0006] 按照本發(fā)明的第一方面，提供一種低合金鑄鋼，其各組分及其相對于所述低合金 鑄鋼總重的重量百分比為： 碳0 · 23%~0 · 28%、硅0 · 20%~0 · 40%、錳0 · 80%~1 · 00%、磷彡0 · 020%、硫彡0 · 020%、鉻 0 · 45%~0 · 55%、鎳0 · 50%~0 · 60%、鉬0 · 15%~0 · 25%、鋁0 · 02%~0 · 06%，以及鎢0 · 02%~0 · 10%、 鈮0.01%~0.05%，且必須滿足0.04%彡鎢+鈮彡0.12%;以及余量為鐵和其他不可避免的元 素。
[0007] 按照本發(fā)明的第二方面，提供一種上述低合金鑄鋼的熱處理方法，其包括步驟： 提供所述低合金鑄鋼的鑄鋼件； 對所述鑄鋼件進行正火處理，其中，所述正火處理為:將鑄鋼件加熱到920°C~940°C保 溫2~5小時，然后出爐空冷到室溫； 對正火處理后的鑄鋼件進行包括淬火處理和回火處理的調(diào)質(zhì)處理，其中，所述淬火處 理為:將鑄鋼件加熱到890°C~910°C保溫2~5小時，然后出爐在水中冷卻，其中水的溫度為 20°C~40°C;所述回火處理為將淬火處理后的鑄鋼件加熱到580°C~600°C保溫3~5小時， 然后出爐空冷到室溫。
[0008] 按照本發(fā)明的第三方面，提供一種上述低合金鑄鋼通過上述熱處理方法處理后獲 得的E級鋼。
[0009] 按照本發(fā)明的第四方面，提供一種上述低合金鑄鋼的冶煉方法，其中采用電弧爐 氧化法進行冶煉，包括以下步驟： 裝料步驟:按配料單將相應的爐料投入所述電弧爐內(nèi)，其中爐料包括鉬鐵、鎢鐵和鎳 板； 對爐料進行熔化的熔化期步驟； 氧化期步驟:在熔池溫度大于或等于1560Γ時，向所述電弧爐內(nèi)加入鐵礦石以脫碳，并 進行脫磷操作； 還原期步驟:向所述電弧爐內(nèi)加入鉻鐵合金，并且根據(jù)取樣分析化學成分操作的結(jié)果， 并按照所述低合金鑄鋼的重量百分比向所述電弧爐內(nèi)至少加入鈮鐵合金；以及 出鋼步驟和澆注步驟。
[0010]按照本發(fā)明的第五方面，提供一種上述低合金鑄鋼的冶煉方法，其中采用中頻感 應爐進行冶煉，包括以下步驟： 裝料步驟:按配料單將相應的爐料投入所述中頻感應爐內(nèi)，其中爐料包括鉬鐵、鎢鐵和 鎳板； 對爐料進行熔化的熔化期步驟:爐料全部熔化后溫度達到1500°C ±20°C時，向所述中 頻感應爐內(nèi)加入鈮鐵合金； 預脫氧步驟;以及 出鋼步驟和澆注步驟。
[0011] 按照本發(fā)明的第六方面，提供一種鐵路機車零部件，其采用以上所述的E級鋼制備 形成。
[0012] 本發(fā)明的低合金鑄鋼為了克服使用較高錳含量，主要通過多元復合添加的方法來 進行成分配比，其中主要用于強化元素的是碳、硅、錳、鉻、鎳、鉬，并選擇其合適的配比，可 以提高低合金鑄鋼的硬度和淬透性，并使得所獲得的鑄鋼件在熱處理后的組織為回火索氏 體;尤其地，復合添加合金元素鎢和鈮，并選擇其合適的配比，則能有效地抑制鑄造過程中 奧氏體晶粒長大，細化晶粒，同時強化基體和提高鑄鋼件的淬透性。因此，本發(fā)明的低合金 鑄鋼在經(jīng)過正火和調(diào)質(zhì)熱處理后，可以作為E級鋼使用，并且，具有優(yōu)越的可焊性、良好的塑 性和沖擊韌性，且穩(wěn)定性好。
[0013]并且，進一步地，本發(fā)明的低合金鑄鋼的碳當量可以在0.55%~0.73%的范圍內(nèi)，并 且進一步可以優(yōu)化為0.63%~0.66%的范圍內(nèi)。
[0014]并且，本發(fā)明的低合金鑄鋼經(jīng)過本發(fā)明的熱處理工藝以后，所獲得低合金鑄鋼的 金相組織主要為回火索氏體，且其機械性能指標滿足AAR的M-201-05標準中E級鋼的要求， 進一步地，其伸長率可以優(yōu)化提高到多15%，-40°C的夏比V型沖擊功可以優(yōu)化提高到多40J， 可以在提高J13處的硬度保持在大于或等于33HRC的前提下，碳當量不增加，可焊性較好。
【附圖說明】
[0015] 圖1是按照本發(fā)明一實施例的低合金鑄鋼經(jīng)正火處理和調(diào)質(zhì)處理后獲得放大100 倍的金相組織圖片。
[0016] 圖2是按照本發(fā)明一實施例的低合金鑄鋼經(jīng)正火處理和調(diào)質(zhì)處理后獲得放大500 倍的金相組織圖片。
【具體實施方式】
[0017] 下面介紹的是本發(fā)明的多個可能實施例中的一些，旨在提供對本發(fā)明的基本了 解，并不旨在確認本發(fā)明的關(guān)鍵或決定性的要素或限定所要保護的范圍。容易理解，根據(jù)本 發(fā)明的技術(shù)方案，在不變更本發(fā)明的實質(zhì)精神下，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以提出可相互 替換的其他實現(xiàn)方式。因此，以下【具體實施方式】以及附圖僅是對本發(fā)明的技術(shù)方案的示例 性說明，而不應當視為本發(fā)明的全部或者視為對本發(fā)明技術(shù)方案的限定或限制。
[0018] 在本申請中，"低合金鑄鋼"是指鑄鋼中合金元素含量小于5%(重量百分比）的合金 鋼，E級鋼是按照美國鐵路協(xié)會(AAR)于2005年修訂并發(fā)布了M-201-05標準對合金鋼分級定 義的鋼種。
[0019] 本申請發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，目前隨著生產(chǎn)E級鋼所需原材料成本的提高，行業(yè)對控制E級 鋼的成本提出了更高要求，并致力于降低E級鋼的成本。諸如中國專利公開號為 CN1995429A、CN101701325A的相關(guān)專利中，主要都是通過提高鑄鋼中錳(Mn)的含量、并降低 或不使用貴重元素鎳(Ni)和/或鉬(Mo)，從而降低E級鋼的成本。但是，在實際使用中，這種 技術(shù)方案存在兩個較為明顯的問題:第一，采用高含量的錳而少量或不使用鉬或鎳，使得鑄 鋼的淬透性明顯變差，仔細分析發(fā)現(xiàn)，其中獲得鑄鋼有很多是無法滿足M-201-05標準中規(guī) 定的端淬試驗中J13處硬度多33HRC的要求;第二，這種鑄鋼中高錳、少鉬鎳的合金元素組 合，使得鑄鋼的韌性和塑性的不足，并且其穩(wěn)定性較差。
[0020] 本發(fā)明中，機械性能的測定依據(jù)的是AAR的M-201-05標準的相關(guān)規(guī)定進行的，機械 性能的測定所用的試樣為基爾試塊。其中碳當量CE的計算公式為:CE=C+(Mn+Si)/6+ (Cr+ Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15,其中，以上公式中的某些合金元素，有可能是不可避免的余量元素。 淬透性測定依據(jù)ASTM標準A255的要求，其中J13處的硬度表示距離水淬端面13mm處的硬度。
[0021] 本申請?zhí)峁┮韵录夹g(shù)方案： 技術(shù)方案1，一種低合金鑄鋼，其中，各組分及其相對于所述低合金鑄鋼總重的重量百 分比為： 碳0 · 23%~0 · 28%、硅0 · 20%~0 · 40%、錳0 · 80%~1 · 00%、磷彡0 · 020%、硫彡0 · 020%、鉻 0 · 45%~0 · 55%、鎳0 · 50%~0 · 60%、鉬0 · 15%~0 · 25%、鋁0 · 02%~0 · 06%，以及鎢0 · 02%~0 · 10%、 鈮0.01%~0.05%，且必須滿足0.04%彡鎢+鈮彡0.12%;以及余量為鐵和其他不可避免的元 素。
[0022] 技術(shù)方案2,如技術(shù)方案1所述的低合金鑄鋼，其中，所述低合金鑄鋼的碳當量CE在 0.55%~0.73%之間，所述碳當量CE按照以下公式計算： CE=C+(Mn+Si)/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 其中，C表示碳的重量百分比，Mn表示猛的重量百分比，Si表示娃的重量百分比，Cr表示 絡的重量百分比，Mo表示鉬的重量百分比，V表示f凡的重量百分比，Ni表示鎳的重量百分比， Cu表示銅的重量百分比。
[0023] 技術(shù)方案3,如技術(shù)方案1至2中任一所述的低合金鑄鋼，其中，所述碳當量CE在 0.55%~0.73%之間，或者在0.63%~0.66%之間，或者在0.64%~0.66%之間。
[0024] 技術(shù)方案4,如技術(shù)方案1至3中任一所述的低合金鑄鋼，其中，相對于所述低合金 鑄鋼總重，碳的重量百分比為碳的重量百分比為0.23%~0.27%，0.24%~0.27%，或者0.24%~ O.28%ο
[0025] 技術(shù)方案5,如技術(shù)方案1至4中任一所述的低合金鑄鋼，其中，相對于所述低合金 鑄鋼總重，硅的重量百分比為0.29%~0.36%，或者0.25%~0.36%。
[0026] 技術(shù)方案6,如技術(shù)方案1至5中任一所述的低合金鑄鋼，其中，相對于所述低合金 鑄鋼總重，錳的重量百分比為0.96%~1.04%，或者0.96%~1.02%，或者0.98%~1.01 %，或者 0.97%，或者0.99%，或者 1.00%。
[0027] 技術(shù)方案7,如技術(shù)方案1至6中任一所述的低合金鑄鋼，其中，相對于所述低合金 鑄鋼總重，磷的重量百分比彡0.015%，或者彡0.012%。
[0028] 技術(shù)方案8,如技術(shù)方案1至7中任一所述的低合金鑄鋼，其中，相對于所述低合金 鑄鋼總重，硫的重量百分比彡0.015%，或者彡0.010%。
[0029] 技術(shù)方案9,如技術(shù)方案1至8中任一所述的低合金鑄鋼，其中，相對于所述低合金 鑄鋼總重，鉻的重量百分比為0.46%~0.54%，或者0.47%~0.51%，或者0.48%~0.50%。
[0030] 技術(shù)方案10,如技術(shù)方案1至9中任一所述的低合金鑄鋼，其中，相對于所述低合金 鑄鋼總重，鎳的重量百分比為0.52%~0.59%，或者0.53%~0.57%，或者0.54%~0.58%，或者 0.55%~0.56%〇
[0031] 技術(shù)方案11，如技術(shù)方案1至10中任一所述的低合金鑄鋼，其中，相對于所述低合 金鑄鋼總重，鉬的重量百分比為0.36%~0.44%，或者0.37%~0.43%，或者0.37%~0.42%，或者 0.39%~0.41%。
[0032] 技術(shù)方案12,如技術(shù)方案1至11中任一所述的低合金鑄鋼，其中，相對于所述低合 金鑄鋼總重，鋁的重量百分比為0.02%~0.04%，或者0.03%~0.05%。
[0033] 技術(shù)方案13,如技術(shù)方案1至12中任一所述的低合金鑄鋼，其中，相對于所述低合 金鑄鋼總重，鈮的重量百分比為0. 〇1%~〇. 04%，或者0.02%~0.05%。
[0034] 技術(shù)方案14,如技術(shù)方案1至14中任一所述的低合金鑄鋼，其中，相對于所述低合 金鑄鋼總重，鎢的重量百分比為0.02%~0.09%，或者0.04%~0.09%。
[0035] 技術(shù)方案15,如技術(shù)方案1至14中任一所述的低合金鑄鋼，其中，所述低合金鑄鋼 為經(jīng)過正火處理和調(diào)質(zhì)處理得到的E級鋼。
[0036]技術(shù)方案16,如技術(shù)方案15所述的低合金鑄鋼，其中，所述正火處理為:將鑄鋼件 加熱到920°C~940 °C保溫2~5小時，然后出爐空冷到室溫。
[0037]技術(shù)方案17,如技術(shù)方案16所述的低合金鑄鋼，其中，所述調(diào)質(zhì)處理包括淬火處理 和回火處理； 所述淬火處理為:將鑄鋼件加熱到890 °C~910°C保溫2~5小時，然后出爐在水中冷卻， 其中水的溫度為20°C~40°C ; 所述回火處理為:將淬火處理后的鑄鋼件加熱到580 °C~600 °C保溫3~5小時，然后出 爐空冷到室溫。
[0038]技術(shù)方案18,如技術(shù)方案17所述的低合金鑄鋼，其中，其伸長率多15%。
[0039]技術(shù)方案19,如技術(shù)方案17所述的低合金鑄鋼，其中，其-40°C的夏比V型沖擊功多 40 J 〇
[0040]技術(shù)方案20, 一種如技術(shù)方案1至19中任一項所述低合金鑄鋼的熱處理方法，其 中，包括步驟： 提供所述低合金鑄鋼的鑄鋼件； 對所述鑄鋼件進行正火處理，其中，所述正火處理為:將鑄鋼件加熱到920°C~940°C保 溫2~5小時，然后出爐空冷到室溫； 對正火處理后的鑄鋼件進行包括淬火處理和回火處理的調(diào)質(zhì)處理，其中，所述淬火處 理為:將鑄鋼件加熱到890°C~910°C保溫2~5小時，然后出爐在水中冷卻，其中水的溫度為 20°C~40°C;所述回火處理為將淬火處理后的鑄鋼件加熱到580°C~600°C保溫3~5小時， 然后出爐空冷到室溫。
[0041 ]技術(shù)方案21，如技術(shù)方案20所述的熱處理方法，其中，在所述熱處理后，所述低合 金鑄鋼的金相組織主要為回火索氏體。
[0042]技術(shù)方案22, 一種如技術(shù)方案1至14中任一所述的低合金鑄鋼通過如技術(shù)方案20 至21中任一項所述的熱處理方法處理后獲得的E級鋼。
[0043]技術(shù)方案23,一種如技術(shù)方案1至19中任一項所述低合金鑄鋼的冶煉方法，其中采 用電弧爐氧化法進行冶煉，其中，包括以下步驟： 裝料步驟:按配料單將相應的爐料投入所述電弧爐內(nèi)，其中爐料包括鉬鐵、鎢鐵和鎳 板； 對爐料進行熔化的熔化期步驟； 氧化期步驟:在熔池溫度大于或等于1560Γ時，向所述電弧爐內(nèi)加入鐵礦石以脫碳，并 進行脫磷操作； 還原期步驟:向所述電弧爐內(nèi)加入鉻鐵合金，并且根據(jù)取樣分析化學成分操作的結(jié)果， 并按照所述低合金鑄鋼的重量百分比向所述電弧爐內(nèi)至少加入鈮鐵合金；以及 出鋼步驟和澆注步驟。
[0044]技術(shù)方案24,如技術(shù)方案23所述的冶煉方法，其中，在所述裝料步驟中，所述鎢鐵 的牌號為FeW75,其中，W的重量百分比含量為75%。
[0045] 技術(shù)方案25，如技術(shù)方案23所述的冶煉方法，其中，在所述熔化期步驟中，進行爐 料熔化及造渣先期脫磷處理，其中，當爐料熔化25%~45%以上時，進行吹氧助熔以加速爐料 熔化。
[0046] 技術(shù)方案26,如技術(shù)方案23或25所述的冶煉方法，其中，在所述氧化期步驟中，在 所述脫碳后，進行大渣量流渣脫磷操作。
[0047] 技術(shù)方案27，如技術(shù)方案26所述的冶煉方法，其中，在所述還原期步驟中，在稀薄 渣形成后加入所述鉻鐵合金，然后在渣面加入碳粉或碳化硅，造還原渣，在所述還原渣變白 色后，攪拌、進行所述取樣分析化學成分操作。
[0048] 技術(shù)方案28,如技術(shù)方案27所述的冶煉方法，其中，所述還原期步驟中，依次加入 鋁塊、硅鐵合金、錳鐵合金和所述鈮鐵合金。
[0049]技術(shù)方案29,如技術(shù)方案23所述的冶煉方法，其中，在所述出鋼步驟中，當熔池溫 度在1620~1650°C范圍時，進一步取樣分析化學成分，在成分合格后，實施出鋼、鋼渣混沖 脫硫操作。
[0050]技術(shù)方案30, 一種如技術(shù)方案1至3中任一項所述低合金鑄鋼的冶煉方法，其中采 用中頻感應爐進行冶煉，其中，包括以下步驟： 裝料步驟:按配料單將相應的爐料投入所述中頻感應爐內(nèi)，其中爐料包括鉬鐵、鎢鐵和 鎳板； 對爐料進行熔化的熔化期步驟:爐料全部熔化后溫度達到1500°C ±20°C時，向所述中 頻感應爐內(nèi)加入鈮鐵合金； 預脫氧步驟;以及 出鋼步驟和澆注步驟。
[0051 ]技術(shù)方案31，如技術(shù)方案30所述的冶煉方法，其中，在所述裝料步驟中，所述鎢鐵 的牌號為FeW75,其中，W的重量百分比含量為75%。
[0052]技術(shù)方案32,如技術(shù)方案30所述的冶煉方法，其中，在所述預脫氧步驟中，當熔池 溫度達到出鋼溫度時向爐內(nèi)依次加入規(guī)定量的鋁塊、錳鐵合金、硅鐵合金進行預脫氧。 [0053]技術(shù)方案33，如技術(shù)方案30或32所述的冶煉方法，其中，在所述出鋼步驟中，在出 鋼溫度下保溫并進行取樣分析化學成分操作，根據(jù)分析化學成分結(jié)果確定是否進行出鋼； 并且，出鋼前，在鋼包內(nèi)加入規(guī)定量的純鋁。
[0054]技術(shù)方案34,一種鐵路機車零部件，其中，其采用如技術(shù)方案1至19、22任一項所述 的E級鋼制備形成。
[0055] 技術(shù)方案35,如技術(shù)方案34所述的鐵路機車零部件，其中，所述鐵路機車零部件為 車鉤鉤體、鉤舌、鉤尾框或具有同等機械性能要求的其他零部件。
[0056] 以下實施例中，組分含量均以其重量百分含量計。
[0057] 實施例1 該實施例1的含鎢鈮的低合金鑄鋼中，其各組分及其重量百分比如下：碳0.26%、硅 0·27%、錳0·91%、磷0·013%、硫0·014%、鉻0·52%、鎳0·56%、鉬0·23%、鋁0·05%、銅0·07%、鎢 0.08%、鈮0.03%，其中鎢+鈮為0.11%，余量為鐵及其他不可避免的元素。其中，基于以上碳當 量的計算公式，確定在該實施例1的低合金鑄鋼中的碳當量具體為0.65,碳當量相對傳統(tǒng)的 E級鋼較小，因此具有優(yōu)越的可焊性。
[0058]實施例1的含鎢鈮的低合金鑄鋼可以但不限于通過以下示例的冶煉方法制備得 到。
[0059] 在示例1中，采用電弧爐大渣量氧化法進行冶煉，具體包括以下步驟： I裝料:基于配料單按正常情況一次性投入爐料，其中，爐料加入了合適量的鉬鐵、鎢 鐵、鎳板，其中，鎢鐵具體采用牌號為FeW75的鎢鐵，其表示W(wǎng)的重量百分比為75%左右。
[0060] π熔化期：以電弧爐能匹配的最大功率進行爐料熔化及造渣先期脫磷處理，當爐 料熔化25%~45%以上時，可吹氧助熔，加速爐內(nèi)爐料熔化。
[0061] ΙΠ 氧化期：當熔池溫度大于或等于1560°C時，加鐵礦石脫碳，在該溫度條件下，鐵 礦石相對容易發(fā)生脫碳反應;并進行大渣量流渣脫磷操作。
[0062] IV還原期：在稀薄渣形成后，加入鉻鐵合金，然后在渣面上加入碳粉或加碳化硅， 造還原渣；當還原渣基本變?yōu)榘咨螅瑪嚢?、進行取樣分析化學成分操作，并且根據(jù)化驗報 告結(jié)果，基于以上實施例1的低合金鑄鋼的化學成分重量百分比要求，依次控制加入純鋁 塊、硅鐵合金、錳鐵合金和鈮鐵合金。本實施例選擇在還原期步驟加入鈮鐵合金，避免了鈮 在鋼液中較早地發(fā)生氧化反應，減少了鈮的損失，有利于保證形成后的低合金鑄鋼中的鈮 元素的百分比含量和相應的作用。
[0063] V出鋼：當熔池溫度在1620~1650°C范圍時，進行取樣分析化學成分操作;在成分 合格后，當溫度達到出鋼溫度時，實施出鋼、鋼渣混沖脫硫操作。
[0064] VI澆注:鋼水在鋼包內(nèi)完成規(guī)定的鎮(zhèn)靜時間后，實施鑄件成型澆注操作。
[0065] 在示例2中，采用中頻感應爐進行冶煉，該冶煉方面具體包括以下步驟： I裝料:按配料單將準備好的爐料投入中頻感應爐內(nèi)，其中爐料例如可以包括廢鋼、生 鐵、合金、回爐料，它們依次加入爐內(nèi)，其中合金主要包括鉻鐵、鉬鐵、鎢鐵、鎳板，鎢鐵的牌 號為FeW75，其中，W的重量百分比含量為75%左右。在該步驟中，采用爐膛下部緊、上部松的 方式裝料，從而使得爐料容易順利下行，減少爐料架空概率。
[0066] Π 熔化：以中頻感應爐最大功率進行爐料熔化；當爐料全部熔化后溫度達到1500 °C ± 20°C時，加鈮鐵合金。本實施例選擇在熔化完成加入鈮鐵合金，減少了鈮的氧化損失， 有利于保證形成后的低合金鑄鋼中的鈮元素的百分比含量和相應的作用。
[0067] m預脫氧：繼續(xù)進行中頻爐能匹配的最大功率地送電以對熔池升溫，當溫度達到 出鋼溫度時，向爐內(nèi)按順序加入規(guī)定量的純鋁、錳鐵合金、硅鐵合金以進行預脫氧操作。
[0068] IV出鋼:在預定的出鋼溫度下進行保溫，并進行取樣分析化學成分操作，當成分合 格后，實施出鋼;其中，出鋼前，在鋼包內(nèi)加入規(guī)定量的純鋁。
[0069] V澆注:鋼水在鋼包內(nèi)完成規(guī)定的鎮(zhèn)靜時間后，實施鑄件成型澆注操作。
[0070] 以上實施例1的低合金鑄鋼經(jīng)以上示例1或示例2的冶煉方法冶煉鑄造成型獲得鑄 鋼件后，可以進行熱處理獲得性能較好的E級鋼，在該實施例中，熱處理過程采用正火和調(diào) 質(zhì)處理。具體地，正火處理工藝為加熱到930°C保溫3小時，然后出爐進行空冷；調(diào)質(zhì)處理工 藝為加熱到910°C保溫2小時，出爐進行水冷，水溫35°C，隨后重新將淬火處理后的鑄鋼件加 熱到590°C保溫3.5小時，再出爐在空氣中冷卻到室溫。
[0071] 以上實施例1的低合金鑄鋼經(jīng)過以上示例的正火和調(diào)質(zhì)處理以后，所獲得的金相 組織主要為回火索氏體，具體金相組織圖樣如圖1和圖2所示，由圖1和圖2可以看到典型的 回火索氏體金相形貌，并且，晶粒尺寸明顯細化，組織均勻性非常良好，這是由于低合金鑄 鋼中鎢和鈮按一定重量百分比復合添加時，能有效抑制鑄造過程中奧氏體晶粒長大，有利 于細化鑄鋼的晶粒，在正火和調(diào)質(zhì)處理后得到的低合金鑄鋼的回火索氏體晶粒也相對較 細。并且，鎢和鈮按一定重量百分比的復合添加，同時有利于強化基體提高低合金鑄鋼的淬 透性。
[0072] 對以上實施例1的低合金鑄鋼(經(jīng)過上述熱處理后）進行機械性能測定，獲得以下 測試結(jié)果:抗拉強度906MPa，屈服強度77 IMPa，伸長率17.5%，斷面收縮率49%，-40 °C的夏比V 型沖擊功(平均值)67J，硬度271HBWJ13處的硬度為36HRC。
[0073]基于AAR的M-201-05標準可以看到，基于以上實施例1的低合金鑄鋼能夠獲得滿足 美國鐵道協(xié)會標準M-201-05的E級鑄鋼機械性能要求的E級鋼，并且在塑性(例如從伸長率 來看)和沖擊韌性方面(從夏比V型沖擊功來看)尤其表現(xiàn)良好，從J13處的硬度性能指令來 看，低合金鑄鋼的淬透性也明顯得到提升，抗拉強度和屈服強度等性能指標也可以反映低 合金鑄鋼的基體得到強化。
[0074]因此，以上實施例1的低合金鑄鋼在經(jīng)過以上示例的正火和調(diào)質(zhì)熱處理后，可以作 為E級鋼使用，并且，具有優(yōu)越的可焊性、良好的塑性和沖擊韌性。
[0075] 實施例2~12 與實施例1基本相同，實施例2~12的低合金鑄鋼中的具體組分及含量、碳當量見表1。 相對應的機械性能和J13處的硬度如下表2所示： 表1實施例2~12的低合金鑄鋼的組成(重量百分比％)及碳當量
實施例2~12的含鎢鈮的低合金鑄鋼可以但不限于通過以上示例1和示例2的冶煉方法 制備得到相應的鑄鋼件。
[0076]以上實施例2~12的低合金鑄鋼經(jīng)冶煉鑄造成型獲得鑄鋼件后，可以進行熱處理 獲得性能較好的E級鋼，在該實施例中，熱處理過程采用正火和調(diào)質(zhì)處理;具體地，正火處理 即通常將鑄鋼件加熱到920°C~940°C保溫2~5小時，然后出爐空冷到室溫；調(diào)質(zhì)處理即淬 火處理+回火處理，淬火處理即通常將鑄鋼件加熱到890 °C~910°C保溫2~5小時，然后出爐 在水中冷卻，水的溫度為20°C~40°C，回火處理即通常將淬火的鑄鋼件加熱到580°C~600 °C保溫3~5小時，然后出爐空冷到室溫。
[0077]以上實施例2~12的低合金鑄鋼經(jīng)過以上示例的正火和調(diào)質(zhì)處理以后，所獲得的 金相組織主要為回火索氏體，具體金相組織圖樣類似如圖1和圖2所示。
[0078] 對以上實施例2~12的低合金鑄鋼(經(jīng)過上述熱處理后）進行機械性能測定，獲得 以下表2所示的測試結(jié)果： 表2實施例2~12的低合金鑄鋼的機械性能和J13處的硬度數(shù)據(jù)
從以上表2的機械性能數(shù)據(jù)可以看出，基于以上實施例2~12的低合金鑄鋼能夠獲得滿 足美國鐵道協(xié)會標準M-201-05的E級鑄鋼機械性能要求的E級鋼，并且在塑性(例如從伸長 率來看其能夠大于或等于15.5%)和沖擊韌性方面(從夏比V型沖擊功來看其能夠大于或等 于40J)尤其表現(xiàn)良好，從J13處的硬度性能數(shù)據(jù)來看，低合金鑄鋼的淬透性也明顯得到提 升，抗拉強度和屈服強度等性能指標也可以反映低合金鑄鋼的基體得到強化。
[0079]因此，以上實施例2~12的低合金鑄鋼在經(jīng)過以上示例的正火和調(diào)質(zhì)熱處理后，可 以作為E級鋼使用，并且，具有優(yōu)越的可焊性、良好的塑性和沖擊韌性。
[0080] 需要說明的是，以上實施例1~12的低合金鑄鋼具有良好的機械性能表現(xiàn)的主要 原因在于，克服使用較高含量的錳，主要通過多元復合添加的方法來進行成分配比，尤其 地，復合添加合金元素鎢和鈮，并選擇了合適的配比（鎢0.02%~0.10%、鈮0.01%~0.05%，且 必須滿足0.04%彡鎢+鈮<0.12%)，能有效地抑制鑄造過程和正火過程中奧氏體晶粒長大， 細化晶粒，同時強化基體和提高鑄鋼件的淬透性;因此，在經(jīng)過本申請實施例的為該低合金 鑄鋼設(shè)計的熱處理工藝后，低合金鑄鋼的韌性和塑性方面明顯提升，并且性能穩(wěn)定性好，反 映淬透性的J13處的硬度也得到明顯提升，整體滿足E級鋼的機械性能要求，且在韌性、塑性 和可焊性方面相比傳統(tǒng)E級鋼提升。
[0081] 需要說明的是，以上實施例1~12的含鎢鈮的低合金鑄鋼中，錳的百分比范圍為 0.80%~1.00%，其相對傳統(tǒng)的E級鋼中的錳的含量下降，材料偏析減少，并且鉬的百分比范 圍為0.15%~0.25%(例如，0.15%~0.19%)，也相對下降，有利于降低該低合金鑄鋼的成本。 [0082]以上實施例1至12的低合金鑄鋼在經(jīng)過正火和調(diào)質(zhì)熱處理后，可以用來制備鐵路 機車上的厚大零部件，例如，重載貨車的牽引緩沖裝置的關(guān)鍵零部件，如車鉤鉤體、鉤舌、鉤 尾框等。應當理解到，以上實施例的低合金鑄鋼具體應用并不限于以上實施例，本領(lǐng)域技術(shù) 人員也可以將其用于具有基本同等機械性能要求的鐵路機上或其他設(shè)備上的零部件，例 如，液壓油缸中的缸頭零部件。
[0083]以上例子主要說明了本發(fā)明的低合金鑄鋼及各種冶煉方法和熱處理方法、熱處理 后得到的E級鋼及其應用。盡管只對其中一些本發(fā)明的實施方式進行了描述，但是本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員應當了解，本發(fā)明可以在不偏離其主旨與范圍內(nèi)以許多其他的形式實施。因此， 所展示的例子與實施方式被視為示意性的而非限制性的，在不脫離如所附各權(quán)利要求所定 義的本發(fā)明精神及范圍的情況下，本發(fā)明可能涵蓋各種的修改與替換。
【主權(quán)項】
1. 一種低合金鑄鋼，其特征在于，各組分及其相對于所述低合金鑄鋼總重的重量百分 比為： 碳0 · 23%~0 · 28%、硅0 · 20%~0 · 40%、錳0 · 80%~1 · 00%、磷彡0 · 020%、硫彡0 · 020%、鉻 0 · 45%~0 · 55%、鎳0 · 50%~0 · 60%、鉬0 · 15%~0 · 25%、鋁0 · 02%~0 · 06%，以及鎢0 · 02%~0 · 10%、 鈮0.01%~0.05%，且必須滿足0.04%彡鎢+鈮彡0.12%;以及余量為鐵和其他不可避免的元 素。2. 如權(quán)利要求1所述的低合金鑄鋼，其特征在于，相對于所述低合金鑄鋼總重，碳的重 量百分比為0.24%~0.27%。3. 如權(quán)利要求1所述的低合金鑄鋼，其特征在于，相對于所述低合金鑄鋼總重，硅的重 量百分比為0.29%~0.36%。4. 如權(quán)利要求1所述的低合金鑄鋼，其特征在于，相對于所述低合金鑄鋼總重，錳的重 量百分比為0.89%~1.00%。5. 如權(quán)利要求1所述的低合金鑄鋼，其特征在于，相對于所述低合金鑄鋼總重，鉻的重 量百分比為0.49%~0.53%。6. 如權(quán)利要求1所述的低合金鑄鋼，其特征在于，相對于所述低合金鑄鋼總重，鎳的重 量百分比為0.52%~0.58%。7. 如權(quán)利要求1所述的低合金鑄鋼，其特征在于，相對于所述低合金鑄鋼總重，鉬的重 量百分比為0.15%~0.22%。8. 如權(quán)利要求1所述的低合金鑄鋼，其特征在于，相對于所述低合金鑄鋼總重，鋁的重 量百分比為0.03%~0.05%。9. 如權(quán)利要求1所述的低合金鑄鋼，其特征在于，相對于所述低合金鑄鋼總重，鈮的重 量百分比為0 · 01%~0 · 04%，或者0 · 02%~0 · 05%。10. 如權(quán)利要求1所述的低合金鑄鋼，其特征在于，相對于所述低合金鑄鋼總重，鎢的重 量百分比為0.04%~0.09%。11. 如權(quán)利要求1所述的低合金鑄鋼，其特征在于，所述低合金鑄鋼的碳當量CE在0.55% ~0.73%之間，所述碳當量CE按照以下公式計算： CE=C+(Mn+Si)/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni +Cu)/15 其中，C表示碳的重量百分比，Μη表示猛的重量百分比，Si表示娃的重量百分比，Cr表示 絡的重量百分比，Mo表示鉬的重量百分比，V表示f凡的重量百分比，Ni表示鎳的重量百分比， Cu表示銅的重量百分比。12. 如權(quán)利要求11所述的低合金鑄鋼，其特征在于，所述碳當量CE在0.63%~0.66%之 間。13. 如權(quán)利要求1所述的低合金鑄鋼，其特征在于，所述低合金鑄鋼經(jīng)過正火處理和調(diào) 質(zhì)處理。14. 如權(quán)利要求13所述的低合金鑄鋼，其特征在于，所述正火處理為:將鑄鋼件加熱到 920°C~940 °C保溫2~5小時，然后出爐空冷到室溫。15. 如權(quán)利要求14所述的低合金鑄鋼，其特征在于，所述調(diào)質(zhì)處理包括淬火處理和回火 處理； 所述淬火處理為:將鑄鋼件加熱到890 °C~910 °C保溫2~5小時，然后出爐在水中冷卻， 其中水的溫度為20°C~40°C ; 所述回火處理為:將淬火處理后的鑄鋼件加熱到580°C~600°C保溫3~5小時，然后出 爐空冷到室溫。16. 如權(quán)利要求15所述的低合金鑄鋼，其特征在于，其伸長率多15%。17. 如權(quán)利要求15所述的低合金鑄鋼，其特征在于，其-40 °C的夏比V型沖擊功多40J。18. -種如權(quán)利要求1至17中任一項所述低合金鑄鋼的熱處理方法，其特征在于，包括 步驟： 提供所述低合金鑄鋼的鑄鋼件； 對所述鑄鋼件進行正火處理，其中，所述正火處理為:將鑄鋼件加熱到920°C~940°C保 溫2~5小時，然后出爐空冷到室溫； 對正火處理后的鑄鋼件進行包括淬火處理和回火處理的調(diào)質(zhì)處理，其中，所述淬火處 理為:將鑄鋼件加熱到890°C~910°C保溫2~5小時，然后出爐在水中冷卻，其中水的溫度為 20°C~40°C;所述回火處理為將淬火處理后的鑄鋼件加熱到580°C~600°C保溫3~5小時， 然后出爐空冷到室溫。19. 如權(quán)利要求18所述的熱處理方法，其特征在于，在所述熱處理后，所述低合金鑄鋼 的金相組織主要為回火索氏體。20. -種如權(quán)利要求1所述的低合金鑄鋼通過如權(quán)利要求18至19中任一項所述的熱處 理方法處理后獲得的E級鋼。21. -種如權(quán)利要求1至12中任一項所述低合金鑄鋼的冶煉方法，其中采用電弧爐氧化 法進行冶煉，其特征在于，包括以下步驟： 裝料步驟：按配料單將相應的爐料投入所述電弧爐內(nèi)，其中爐料包括鉬鐵、鎢鐵和鎳 板； 對爐料進行熔化的熔化期步驟； 氧化期步驟:在熔池溫度大于或等于1560Γ時，向所述電弧爐內(nèi)加入鐵礦石以脫碳，并 進行脫磷操作； 還原期步驟：向所述電弧爐內(nèi)加入鉻鐵合金，并且根據(jù)取樣分析化學成分操作的結(jié)果， 并按照所述低合金鑄鋼的重量百分比向所述電弧爐內(nèi)至少加入鈮鐵合金；以及 出鋼步驟和澆注步驟。22. -種如權(quán)利要求1至12中任一項所述低合金鑄鋼的冶煉方法，其中采用中頻感應爐 進行冶煉，其特征在于，包括以下步驟： 裝料步驟:按配料單將相應的爐料投入所述中頻感應爐內(nèi)，其中爐料包括鉬鐵、鎢鐵和 鎳板； 對爐料進行熔化的熔化期步驟：爐料全部熔化后溫度達到1500°C ±20°C時，向所述中 頻感應爐內(nèi)加入鈮鐵合金； 預脫氧步驟；以及 出鋼步驟和澆注步驟。23. -種鐵路機車零部件，其特征在于，其采用如權(quán)利要求20所述的E級鋼制備形成。24. 如權(quán)利要求23所述的鐵路機車零部件，其特征在于，所述鐵路機車零部件為車鉤鉤 體、鉤舌、鉤尾框或具有同等機械性能要求的其他零部件。
【文檔編號】C22C38/18GK106086674SQ201610502598
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】文超, 張俊新
【申請人】中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司