[发明专利]一种铁路机车车轴用钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁路机车车轴用钢及其制造方法。

背景技术

车轴是铁路车辆重要的走行部件，其质量直接关系着铁路车辆的运行安全。近年来，随着我国铁路车辆的不断提速加载，车轴的质量，尤其是机车车轴质量的提升尤为重要。目前，我国铁路机车车轴使用钢号为JZ，属中碳优质钢，技术标准为GB5068。铁路机车车轴的失效形式主要是疲劳断裂，因此要求车轴具有高的疲劳强度。力学性能是影响疲劳强度的主要因素之一，提高强度可显著抑制疲劳裂纹源的形成，提高塑性可延缓裂纹扩展，因此，铁路机车车轴钢要求高强度、高塑性和细晶粒。但一般情况下，强度和塑性成反比，两者很难同时兼顾，生产过程中也经常出现力学性能不合格(主要是强度偏低)，或晶粒度检验有混晶现象。

发明内容

为了克服现有铁路机车车轴用钢的上述不足，本发明提供一种强度高塑性好的铁路机车车轴用钢及其制造方法。

本发明的技术关键是在电炉冶炼过程中完成熔化和氧化，控制出钢P≤0.015％，P易偏析于晶界，降低晶界的表面能，还可在晶界上形成磷共晶型非金属夹杂，造成晶界脆化，钢中P含量越低，钢的性能，特别是韧性，越好。在精炼过程中深脱S，控制S≤0.005％，因钢中S和Mn结合生成塑性MnS，在热加工过程中要发生变形，并延伸成条状，显著降低钢材的性能，特别是钢材横向性能大幅度下降，使钢材出现各向异性，钢中S含量越低，钢的韧塑性能越好；控制Cr含量在0.10-0.20％，可提高钢的强度，对塑性基本没有影响；控制Al_t含量为0.020-0.050％，Al与钢中N形成细小、弥散的AlN第二相阻止奥氏体晶粒长大，Al过低，形成的AlN少，奥氏体晶粒容易长大，因此一般细晶碳素钢都要求钢中Al_t≥0.020％，但当钢中Al过高时，由于其浓度梯度大，扩散较快，析出的AlN颗粒较大，导致Al细化晶粒的作用降低，甚至因钢中固溶Al高而促进晶粒长大；控制V含量在0.030-0.050％，V与钢中C、N生成V(C、N)细小、弥散的第二相与AlN一起阻止奥氏体晶粒长大，显著细化晶粒，并提高钢的晶粒粗化温度，V含量过低，细化晶粒作用不明显，V含量过高，析出物偏多，尽管晶粒细化，强度提高，但塑性降低，而且成本增加。

本铁路机车车轴用钢的成分的质量百分配比为：

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％；Al_t：0.020-0.050％；

P    ≤0.015％；S≤0.005％；其余为Fe与不可避免的杂质。

根据需要可加入Ni和Cu，加入量Ni≤0.30％，Cu≤0.010％。

本铁路机车车轴用钢的制造方法包括下述依次的步骤：

I电炉冶炼

电炉冶炼加入废钢和预处理后的铁水，铁水的重量比例50％-90％。废钢中的P≤0.035％、S≤0.040％；预处理后的铁水中P≤0.070％、S≤0.010％；铁水温度不低于1250℃，一般为1250℃-1500℃。

先将废钢加入电炉中，再加入铁水，然后开始吹氧，开吹5-10分钟加入造渣材料石灰(18-22Kg/t)。废钢熔化和铁水氧化同时进行，在冶炼过程中废钢及石灰等炉料迅速熔化，同时脱C、脱P、去气、去夹杂，在P≤0.015％后，电炉出钢。电炉出钢前，先根据所冶炼的钢种，在钢包精炼炉的钢包内加入含有对应元素的铁合金、石灰(8-10Kg/t)、合成渣(3-4Kg/t)与硅铝钡(3-4Kg/t)并烘烤不少于30分钟，然后把电炉的钢水倒入钢包中，钢水在钢包中进行初步合金化。

II钢包炉精炼

把装有钢水的钢包移到精炼工位，在还原条件下进一步脱氧、去夹杂、脱S至S≤0.005％，同时加入对应元素的铁合金，调整钢水成分。钢包出钢时，控制钢水中的微量元素的质量百分比，Cr为0.10-0.20％，Al_t为0.020-0.050％，V为0.030-0.050％；

钢水的成分的质量百分配比为：

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％；Al_t：0.020-0.050％；

P≤0.015％；S≤0.005％；其余为Fe与不可避免的杂质。

根据需要可加入Ni和Cu，加入量Ni≤0.30％，Cu≤0.010％。