专利名称：一种具有良好低温韧性的机车车头用钢板及其生产方法
技术领域：
本发明涉及钢铁材料及其生产方法，具体属于机车车头用钢板及其生产方法。
背景技术：
随着我国铁路运输高速、重载的发展，为了达到列车的要求速度，在机车制造上对 钢材的强韧化指标要求越来越高，而且机车车头的生产主要与国外企业合作，机车车头用 钢一直以进口为主，随着生产规模的扩大，国产化的的需求也越来越迫切。由于我国南北温差较大，为保证机车运行的安全性，对钢板低温韧性要求在-50°C 时具有良好的冲击韧性，比我国常用E级别钢板-40°C的要求更严格，达到了低温用钢的 要求。对于此类钢板，我国中厚板厂通过传统的控轧控冷或控轧控冷+正火工艺仅能生产 40mm厚以下钢板，40mm以上超厚钢板，只能通过控轧控冷+调质处理工艺生产。控轧控冷+ 调质处理工艺导致钢板成分设计时需要加入提高淬透性的合金元素，使得钢板在成分和工 艺上的成本大幅提高，市场难以接受。
发明内容
本发明的目的是针对目前在机车车头用钢方面存在的不足，提供一种钢板厚度规 格在40 65毫米、并具有较高的强度、良好的低温韧性及优良的焊接性能的机车车头用钢 板及其生产方法。实现上述目的的技术措施一种具有良好低温韧性的机车车头用钢板，其化学成分及重量百分比为C: 0. 11 0. 26、Si 0. 66 1. 00、Mn 1. 25 2. 20、P 彡 0. 025、S ^ 0. 010、Ni 0. 05 0. 30、Al 0. 015 0. 080、Nb 0. 062 0. 12，余量为Fe及不可避免的杂质。其特征在于Ni的重量百分比优选范围为0. 10 0. 30。其特征在于Ni的重量百分比优选范围还为0. 15 0. 25。其特征在于A1的重量百分比优选范围为0. 02 0. 07。其特征在于A1的重量百分比优选范围还为0. 03 0. 05。其特征在于Nb的重量百分比优选范围为0. 07 0. 10。生产一种具有良好低温韧性的机车车头用钢板的方法，其步骤1)按照洁净钢的冶炼工艺进行冶炼并浇注成坯；2)对铸坯分三段进行加热首先进行预热，其预热温度控制在280 360°C，预热 时间为25 40分钟；进行再加热，其温度控制为840 910°C，加热时间为40 60分 钟；进行第三次加热，其加热温度控制为1140 1250°C，加热时间控制为45 65分钟；3)进行均热，其均热温度控制为1150 1240°C，时间45 65分钟；4)分两段进行轧制粗轧阶段，其开轧温度控制在1120 1220°C，终轧温度控制 在1040 1080°C，累计压下率70 90%，道次压下率15 30% ；精轧阶段，其开轧温度 控制在920 980°C，终轧温度控制在780 880°C，后三道次累计压下率60 90% ；
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5)采用冷却水进行层流冷却冷却速度控制为10 20°C /秒，冷却到560 650 0C ；6)进行正火正火温度控制为870 930°C，正火时间板厚X0. 8 1. 0分钟/毫米。本发明的主要合金元素含量基于以下原理C是提高钢强度最经济有效的合金元素，但过高会显著恶化钢的焊接性能，本发明 C含量的设计与生产工艺相结合，控制C含量为0. 11 0. 26%。合金元素Si可通过固溶强化提高钢的强度，本发明钢中的Si含量设计为0. 66 1. 00%。钢中添加Mn，不仅可以通过Mn的固溶强化提高钢的强度，而且可降低钢的相变温 度，细化晶粒，提高钢的低温韧性，本发明钢Mn含量设计为1. 25 2. 20%。P是低合金钢中的杂质元素之一，当焊接金属凝固时，P促进低熔点夹杂物的生 成，既易产生高温裂纹，又增加低温裂纹敏感性，使焊缝的延展性和韧性变坏，而且含P量 高，使钢具有较明显的冷脆倾向。本发明钢中的P含量控制较低水平，P含量< 0. 025%。S是钢中的有害元素，生成的硫化物夹杂严重影响钢的力学性能，因此应尽量降低 钢中的S含量，使其含量在0. 010%以下。Ni能提高钢的低温韧性，本发明钢要求具有良好的低温韧性，本发明钢通过添加 适当的Ni来提高钢的低温韧性，Ni含量控制在0. 05 0. 30%。Nb是最主要的微合金元素之一，在本发明钢中起沉淀强化和细化晶粒的作用，通 过沉淀强化保证本发明钢正火处理后具有高的强度，细化晶粒是提高钢韧性的最有效技术 途径之一，本发明钢通过添加微合金元素Nb，有效细化晶粒提高钢的低温韧性，本发明钢中 Nb含量设计为0. 062 0. 12%。Al在钢中的一般作用是作为脱氧剂，在本发明中，Al的作用主要是生成氧化铝细 化晶粒，提高钢的低温韧性，Al含量设计为0. 015 0. 080%。本发明具有以下特点(1)本发明钢通过廉价的C、Mn元素和微合金化技术产生细化晶粒和沉淀强化作 用保证钢板的强度，避免了大量添加合金元素，节省了成本。(2)通过控轧控冷+正火工艺，相对控轧控冷+调质工艺节省了工艺成本；(3)本发明钢具有良好低温韧性机车车头用超厚钢板的力学性能优异，屈服强度 彡420MPa，抗张强度彡520MPa，延伸率彡20%, _50°C V型缺口夏比冲击功彡100J，同时具 有成本低廉的特点。
具体实施例方式下面做进一步描述实施例1一种具有良好低温韧性的机车车头用钢板，其化学成分及重量百分比为C: 0. 11、Si 0. 92, Mn :2· 14, P :0· 022、S :0· 008, Ni :0· 05, Al :0· 015, Nb :0· 062，余量为 Fe 及
不可避免的杂质。生产一种具有良好低温韧性的机车车头用钢板的方法，其步骤
1)按照洁净钢的冶炼工艺进行冶炼并浇注成坯；2)对铸坯分三段进行加热首先进行预热，其预热温度控制在280 290°C，预热 时间为25分钟；进行再加热，其温度控制为840 850°C，加热时间为40分钟；进行第三 次加热，其加热温度控制为1140 1150°C，加热时间控制为45分钟；3)进行均热，其均热温度控制为1150 1160°C，时间45分钟；4)分两段进行轧制粗轧阶段，其开轧温度控制在1120 1130°C，终轧温度控制 在1040 1046°C，累计压下率70 %，道次压下率15 % ；精轧阶段，其开轧温度控制在920 925°C，终轧温度控制在780 785°C，后三道次累计压下率60% ；轧制的钢板厚度为45毫 米。5)采用冷却水进行层流冷却冷却速度控制为5°C /秒，冷却到580°C ；6)进行正火正火温度控制为870 880°C，正火时间45毫米(板厚)X0. 8分 钟/毫米=36分钟。实施例2一种具有良好低温韧性的机车车头用钢板，其化学成分及重量百分比为C: 0. 127、Si 0. 66, Mn :1· 80, P :0· 018、S :0· 005, Ni :0· 10, Al :0· 021, Nb :0· 07，余量为 Fe 及
不可避免的杂质。生产一种具有良好低温韧性的机车车头用钢板的方法，其步骤1)按照洁净钢的冶炼工艺进行冶炼并浇注成坯；2)对铸坯分三段进行加热首先进行预热，其预热温度控制在295 305°C，预热 时间为36分钟；进行再加热，其温度控制为860 870°C，加热时间为45分钟；进行第三 次加热，其加热温度控制为1160 1166°C，加热时间控制为50分钟；3)进行均热，其均热温度控制为1170 1178°C，时间51分钟；4)分两段进行轧制粗轧阶段，其开轧温度控制在1135 1140°C，终轧温度控制 在1050 1060°C，累计压下率78%，道次压下率20% ；精轧阶段，其开轧温度控制在935 940°C，终轧温度控制在790 795°C，后三道次累计压下率72% ；轧制的钢板厚度为50毫 米。5)采用冷却水进行层流冷却冷却速度控制为7°C /秒，冷却到595°C ；6)进行正火正火温度控制为880 885°C，正火时间50毫米(板厚)X0. 8分 钟/毫米=40分钟。实施例3一种具有良好低温韧性的机车车头用钢板，其化学成分及重量百分比为C: 0. 151、Si :0. 77,Mn :1· 25,P :0· 017, S :0· 005,Ni :0· 19,Al :0· 043,Nb :0· 086，余量为 Fe 及
不可避免的杂质。生产一种具有良好低温韧性的机车车头用钢板的方法，其步骤1)按照洁净钢的冶炼工艺进行冶炼并浇注成坯；2)对铸坯分三段进行加热首先进行预热，其预热温度控制在340 350°C，预热 时间为38分钟；进行再加热，其温度控制为880 890°C，加热时间为50分钟；进行第三 次加热，其加热温度控制为1210 1230°C，加热时间控制为58分钟；3)进行均热，其均热温度控制为1200 1210°C，时间60分钟；
5行轧制粗轧阶段，其开轧温度控制在1195 1205°C，终轧温度控制 在1055 1065°C，累计压下率85%，道次压下率25% ；精轧阶段，其开轧温度控制在955 965°C，终轧温度控制在850 860°C，后三道次累计压下率85% ；轧制的钢板厚度为55毫 米。5)采用冷却水进行层流冷却冷却速度控制为9°C /秒，冷却到645°C ；6)进行正火正火温度控制为895 905°C，正火时间55毫米(板厚)X0. 9分 钟/毫米=50分钟。实施例4一种具有良好低温韧性的机车车头用钢板，其化学成分及重量百分比为C: 0. 26,Si 0. 86,Mn :1· 98,P :0· 017,S :0· 005,Ni :0· 25,Al :0· 056,Nb :0· 12，余量为 Fe 及不
可避免的杂质。生产一种具有良好低温韧性的机车车头用钢板的方法，其步骤1)按照洁净钢的冶炼工艺进行冶炼并浇注成坯；2)对铸坯分三段进行加热首先进行预热，其预热温度控制在355 360°C，预热 时间为40分钟；进行再加热，其温度控制为900 910°C，加热时间为60分钟；进行第三 次加热，其加热温度控制为1240 1250°C，加热时间控制为65分钟；3)进行均热，其均热温度控制为1230 1240°C，时间65分钟；4)分两段进行轧制粗轧阶段，其开轧温度控制在1210 1220°C，终轧温度控制 在1070 1080°C，累计压下率90%，道次压下率30% ；精轧阶段，其开轧温度控制在970 980°C，终轧温度控制在870 880°C，后三道次累计压下率89% ；轧制的钢板厚度为60毫 米。5)采用冷却水进行层流冷却冷却速度控制为10°C /秒，冷却到660°C ；6)进行正火正火温度控制为920 930°C，正火时间60毫米(板厚)X 1分钟 /毫米=60分钟。实施例5—种具有良好低温韧性的机车车头用钢板，其化学成分及重量百分比为C: 0. 22、Si 1. 0、Μη :2· 2、Ρ :0· 017、S :0· 005, Ni :0· 30, Al :0· 08, Nb :0· 10，余量为 Fe 及不可
避免的杂质。生产一种具有良好低温韧性的机车车头用钢板的方法，其步骤1)按照洁净钢的冶炼工艺进行冶炼并浇注成坯；2)对铸坯分三段进行加热首先进行预热，其预热温度控制在335 345°C，预热 时间为34分钟；进行再加热，其温度控制为880 890°C，加热时间为55分钟；进行第三 次加热，其加热温度控制为1215 1225°C，加热时间控制为62分钟；3)进行均热，其均热温度控制为1210 1220°C，时间60分钟；4)分两段进行轧制粗轧阶段，其开轧温度控制在1200 1210°C，终轧温度控制 在1055 1065°C，累计压下率85%，道次压下率25% ；精轧阶段，其开轧温度控制在955 965°C，终轧温度控制在850 860°C，后三道次累计压下率90% ；轧制的钢板厚度为60毫 米。5)采用冷却水进行层流冷却冷却速度控制为9°C /秒，冷却到650°C ；
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6)进行正火正火温度控制为900 910°C，正火时间60毫米(板厚)X 1分钟
/毫米=60分钟。上述试验例经检测，其性见表1。表1本发明实施例钢的力学性能 从表1可看出，本发明完全能满足目前制造机车车头的性能要求。
权利要求
一种具有良好低温韧性的火车车头用钢板，其化学成分及重量百分比为C0.11～0.26、Si0.66～1.00、Mn1.25～2.20、P≤0.025、S≤0.010、Ni0.05～0.30、Al0.015～0.080、Nb0.062～0.12，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的一种具有良好低温韧性的火车车头用钢板，其特征在于附的 重量百分比优选范围为0. 10 0. 30。
3.如权利要求1或2所述的一种具有良好低温韧性的火车车头用钢板，其特征在于 Ni的重量百分比优选范围还为0. 15 0. 25。
4.如权利要求1所述的一种具有良好低温韧性的火车车头用钢板，其特征在于A1的 重量百分比优选范围为0. 02 0. 07。
5.如权利要求1或4所述的一种具有良好低温韧性的火车车头用钢板，其特征在于 Al的重量百分比优选范围还为0. 03 0. 05。
6.如权利要求1所述的一种具有良好低温韧性的火车车头用钢板，其特征在于Nb的 重量百分比优选范围为0. 07 0. 10。
7.生产权利要求1所述的一种具有良好低温韧性的火车车头用钢板的方法，其步骤1)按照洁净钢的冶炼工艺进行冶炼并浇注成坯；2)对铸坯分三段进行加热首先进行预热，其预热温度控制在280 360°C，预热时间 为25 40分钟；进行再加热，其温度控制为840 910°C，加热时间为40 60分钟；进 行第三次加热，其加热温度控制为1140 1250°C，加热时间控制为45 65分钟；3)进行均热，其均热温度控制为1150 1240°C，时间45 65分钟；4)分两段进行轧制粗轧阶段，其开轧温度控制在1120 1220°C，终轧温度控制在 1040 1080°C，累计压下率70 90%，道次压下率15 30% ；精轧阶段，其开轧温度控制 在920 980°C，终轧温度控制在780 880°C，后三道次累计压下率60 90% ；5)采用冷却水进行层流冷却冷却速度控制为10 20°C/秒，冷却到560 650°C ；6)进行正火正火温度控制为870 930°C，正火时间板厚X0.8 1.0分钟/毫米。
全文摘要
本发明涉及机车车头用钢板及其生产方法。其化学成分及重量百分比C0.11～0.26、Si0.66～1.00、Mn1.25～2.20、P≤0.025、S≤0.010、Ni0.05～0.30、Al0.015～0.080、Nb0.062～0.12，余量为Fe及不可避免的杂质。方法；按照洁净钢工艺冶炼并浇注成坯；对铸坯分三段进行加热；进行均热；分两段进行轧制；进行层流冷却；进行正火。本发明在保证钢板的力学性能的同时，避免了大量添加合金元素，工艺成本低，其屈服强度≥420MPa，抗张强度≥520MPa，延伸率≥20％，-50℃V型缺口夏比冲击功≥100J。
文档编号C21D8/02GK101914727SQ201010282199
公开日2010年12月15日 申请日期2010年9月15日 优先权日2010年9月15日
发明者任池锦, 刘志勇, 宋育来, 梁文, 胡敏, 陈吉清, 陈邦文, 黄成红 申请人:武汉钢铁(集团)公司