CN101701325A - 低成本e级钢 - Google Patents

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

低成本E级钢

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％。