CN101701325A - 低成本e级钢 - Google Patents
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Abstract
一种低成本新材料E级钢,由于其成分中C、Mn、Cr、Ni、Mo合金元素含量调整,即C含量稍稍增加,Mn、Cr含量稍稍降低,Ni、Mo贵重合金尽量少加或不加,再在热处理上采取必要的手段,使新材料铸件机械性能保证达到原技术要求。这种新材料铸件的获得在铸造工艺上,除配料比例外与原铸件相同,热处理采用消除回火脆性措施后质量稳定,热处理一次合格率高,铸件焊修性好。
Description
技术领域
本发明属于钢材,特别涉及一种低成本E级钢。
技术背景
E级钢作为一种铸造低碳、低合金钢,广泛应用于铁路机车车辆配件之各型缓冲器箱体、钩尾框、车钩钩体、钩舌等。技术条件规定这种铸造E级钢成分为:0.22%-0.28%C、0.20%-0.40%Si、1.20%-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%,铸件经调质处理后其随炉试棒机械性能要达到:抗拉强度σb≥830MPa、屈服强度σs≥690MPa、6≥14%、ψ≥30%、-40℃低温冲击AKv≥27J(在三个冲击试块的平均AKv值不小于27J的前提下,允许其中一个试块的AKv值达到18J以上即判定冲击合格),硬度:241HBW-302HBW。自2005年起。市场上铸造E级钢用重要原材料(含60%Mo)Mo铁的价格急涨,一度达46万元/吨,2006另一重要原材料Ni板的价格也扶摇直上,铸造E级钢的成本大幅增加,而铸件的价格却不变。另外,在长期生产实践中,我们也发现了一些现用E级钢存在的问题,如:(1).含碳低,当C含量不足0.25%时,60%的铸件强度低、硬度低,需热处理返工处理,甚至是解剖实物箱体降低性能标准才能放行。(2).Mn、Cr、Ni含量较多,碳当量值较大,按MES1.16F给出的碳当量CE=C%+Mn%/6+(Cr%+Mo%)/5+(Ni%+Cu%)/15计算公式,计算出其最小碳当量为0.6,最大碳当量为0.77,造成铸件易产生裂纹,且不利于铸件焊修。
参考多年来,我们生产美国MIENER缓冲器箱体经验,美国箱体这种铸件技术条件规定成分范围为: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含量与我国铁路用E级钢铸件规定相同,并规定碳当量不能超过0.68。机械性能要达到:抗拉强度σb≥830MPa、屈服强度σs≥690MPa、δ≥14%、ψ≥30%、-40℃低温冲击AKv≥20J(三个冲击试块的AKv值都要达到20J以上),硬度:255HBW-321HBW。可见美国箱体机械性能要求与我国铁路用E级钢铸件也基本相同。但是美国箱体成分规范中C含量较我国铁路用E级钢铸件大,合金元素除Mo外均低于我国E级钢铸件,Cr、Ni更是作为残余元素存在,0.03%-0.08%的Al能改善材料的低温冲击性能。以Mo含量0.35%(实际生产中一般Mo含量在0.30%-0.33%)计算生产成本,仍低于我国E级钢铸件(Mo含量以0.25%计),且碳当量0.53-0.68时,其热处理一次合格率高,铸件焊修性好。
结合上述两种铸件成分规范及我们掌握的金属材料知识,在含C量较低时,随含C量增加,热处理后钢的强度、硬度增加明显,新材料配方中应适当增加C含量;Si含量增加,增加铸造及热处理裂纹倾向,Si含量不宜增加;Mn和Cr虽然属于提高材料强度、硬度合金,但在现有E级钢成分规范中用量已足够多,且这二元素对增加材料碳当量作用明显,另外Mn还增加材料热处理氧化脱碳敏感倾向,这二元素在新材料配方中不宜增加,甚至Mn含量要稍降些;Al与铸件中的氮能形成AlN,一方面消除氮对脆性转变温度的有害作用,一方面控制钢的晶粒度,新材料配方中应要求适量的Al;S、P、Cu在钢中作为有害元素,控制在≤0.04%S、≤0.04%P、≤0.25%Cu 即可;Mo和Ni原材料价格较贵,在新材料通过热处理能达到其机械性能要求的前提下,应尽量少加,甚至不加,从而降低铸件成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本E级钢。即:调整E级钢中各合金元素配方,降低材料中贵重合金元素Mo、Ni含量,并通过相应热处理工艺的改进,在保证新E级钢机械性能的前提下,降低E级钢制零件的制作成本。
本低成本E级钢新材料配方的内容是:
低成本E级钢配方:
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这两种贵重金属只存在一种即可)、0.03%-0.08%Al、S、P≤0.040%、Cu≤0.25%。
发明的优点特点:
本技术方案是一种低成本E级钢新材料配方,是一种微Ni无Mo或微Mo无Ni的低成本E级钢新材料成分配方。
本新材料适用于铁路客货车各型缓冲器箱体及钩尾框、钩舌等铸件。
表1为试验低成本E级钢化学成分与机械性能对照表
本低成本E级钢新材料的特点:
①.新开发材料C含量稍有增加,材料热处理后强度、硬度增加明显,采用消除回火脆性措施后,热处理一次合格率高。
②.新开发材料碳当量控制在0.53-0.68,焊修性好。
③.新开发材料成本降低明显见表2。表2是考虑冶炼E级钢时加入Mn铁、Cr铁、Ni板、Mo铁对每吨钢成本的影响,Mn铁、Cr铁、Ni板、Mo铁的价格是按当前的市场价格(即:含Mn量70%的Mn铁的价格11元/Kg、含Ni量99%的Ni板的价格为149元/中Kg、含Cr量64%的Cr铁的价格为9.9元/Kg、含Mo量60%的Mo铁的价格为133元/Kg)计算,其加入量均是以下限加入量(实际生产中,也是以下限加入量做为首选的)计算。
表2新开发材料与我国铁路机车车辆现用E级钢经济性对比
加Mn铁成本(元/吨钢) | 加Cr铁成本(元/吨钢) | 加Mo铁成本(元/吨钢) | 加Ni板成本(元/吨钢) | 合计成本(元/吨钢) | |
现用E级钢 | 最少188.6 | 最少61.9 | 最少443.3 | 最少526.8 | 1220.6 |
有Ni新材料 | 最少172.8 | 最少46.4 | 0 | 最少225.8 | 445.0 |
有Mo新材料 | 最少172.8 | 最少46.4 | 最少221.7 | 0 | 440.9 |
由上表可知,新开发低成本E级钢每吨节约成本大约775.6-779.7元。
④.新开发低成本E级钢与现我国铁路机车车辆用E级钢除配料外,冶炼工艺基本相同。
具体实施方式
是由废钢、Mn铁、Cr铁及Ni板或Mo铁经配料计算,按一定比例投入电弧炉或中频炉冶炼再浇注而成,其冶炼及浇注工艺,除配料比例调整外,完全与现E级钢相同。
试验步骤及方法:
计划用中频炉,初步设定的新材质配方成分范围为,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%Al、S、P≤0.040%、Cu≤0.25%浇注基尔试棒(我国铁路机车车辆用E级钢铸件要求随炉浇注的试棒类型),每炉大约10棵试棒,热处理时把每炉试棒再分为两组进行热处理工艺试验,热处理后其中大约3/5试棒做拉伸试验,2/5试棒做低温冲击试验,每一浇注炉次试棒工艺及性能试验完成后,进行总结分析,调整下一次试验具体方案,直至试验结果完全达到技术要求。通过七浇注炉次,近70棵试棒工艺及性能试验发现:常规热处理后,其经拉伸试验结果合格,但当成分中Ni含量在0.15%-0.25%范围,Mo含量不足0.10%时,低温冲击值只有6-10J,不能达到技术要求,我们分析认为与材料回火脆性有关,热处理采取消除回火脆性措施后,所有机械性能能达到技术要求;当成分中Ni含量不足0.15%,Mo含量不足0.10%时,尽管热处理采取消除回火脆性措施后,低温冲击值只能达到18J以上,不能保证全部达到27J以上。为此我们制定了(1)给出的低成本E级钢成分配方,此配方又经反复试验结果(表1)稳定后,再进行实物样件及小批量实物试验。
在以上试棒工艺及性能试验的基础上,我们采用(1)给出的成分配方(配料中不加Mo),用中频炉浇注2个美国MINER(美国MINER箱体允许在保证机械性能及碳当量≤0.68的前提下,可调整箱体成分;但我国缓冲器箱体不允许对成分调整)箱体,热处理时采取消除回火脆性措施后其随炉试棒、箱体实物解剖机械性能都达到技术要求。其后用(1)给出的配方(配料中不加Mo),用电弧炉浇注一炉30个美国MINER箱体,热处理时采取消除回火脆性措施后其随炉试棒机械性能合格,12个样件发往美国后,美国MINER公司对箱体解剖后,对其金相组织、机械性能、硬度都进行了检验,认为符合要求;其实物撞击试验也达到要求。为此美国MINER公司已同意我们按(1)给出的成分配方生产其箱体,我们已供应其这种低成本E级钢箱体千余个。
Claims (1)
1.一种低成本E级钢,其特征是:
在Fe中含有:
C:0.27%-0.32%、
Si:0.20%-0.40%、
Mn:1.10%-1.40%、
Cr:0.30%-0.50%、
Ni 0.15%-0.25%或Mo 0.10%-0.20%其中的一种、
Al 0.03%-0.08%、
S、P≤0.040%、
Cu≤0.25%。
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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CN103695784A (zh) * | 2013-12-20 | 2014-04-02 | 齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司 | 一种低温钢及其铸件 |
CN105238994A (zh) * | 2015-11-25 | 2016-01-13 | 山东钢铁股份有限公司 | 一种列车缓冲器用钢及其制备方法 |
WO2018001355A1 (zh) * | 2016-06-30 | 2018-01-04 | 中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司 | 一种低合金铸钢及其热处理方法和在铁路行业的应用 |
CN111485167A (zh) * | 2020-03-26 | 2020-08-04 | 包头钢铁(集团)有限责任公司 | 一种稀土微合金化25MnCrNiMoA钩尾框用热轧圆钢及其生产方法 |
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