专利名称：一种铁路机车车轴用钢及其制造方法
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Alt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Alt ^ 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 —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% ；Alt 0. 020-0. 050% ；P 彡0.015% 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^O. 035%, S ^ 0. 040% ；预处理后的铁水中P彡0. 070%、S彡0. 010% ；铁水温度不低 于 1250°C，一般为 1250°C -1500°C。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%, Alt 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% ；Alt 0. 020-0. 050% ；P彡0. 015% ；S彡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%。
之后，进行真空脱气、模铸成锭、红送钢锭、轧制成材。上述铁路机车车轴用钢的制造方法，其特征是在步骤I，钢水在钢包中进行初步 合金化时，铁合金中合金元素的含量要高、成分准确、有害元素含量低；铁合金加入量应使 钢水中对应元素的含量达到相应标准要求的中下限；在步骤II钢包出钢控制钢水中的微 量元素时，其它元素控制在标准的中上限。上述铁路机车车轴用钢的制造方法，其特征是在步骤I电炉出钢前可加入萤石， 加入量为3-4Kg/t。本铁路机车车轴用钢的制造方法主要关键技术是控制钢中微量元素Cr、Al、V含 量，同时降低P、S含量，从而保证其热处理后实际晶粒度提高1-2级，强度提高约10%，强 度、塑性和韧性明显高于标准要求，晶粒度和力学性能检验合格率达到100%。用本铁路机 车车轴用钢制造方法生产的铁路机车车轴钢晶粒细小，强度、塑性、韧性高，可更好地保证 铁路车辆运行安全。
具体实施例方式下面结合实施例详细说明本铁路机车车轴用钢及其制造方法的具体实施方式
，但 本铁路机车车轴用钢及其制造方法的具体实施方式
不局限于下述的实施例。铁路机车车轴用钢实施例一本实施例的成分的质量百分配比为C = O. 45% ；Si = 0. 25% ；Mn = 0. 73% ；P = 0. 008% ；S = 0. 002% ；Al = 0. 029 ；V = 0. 042% ；Cr = 0. 14% ；其余为 Fe 与不可避免的杂质。铁路机车车轴用钢实施例二
本实施例的成分的质量百分配比为C = O. 51% ；Si = 0. 25% ；Mn = 0. 74% ；P = 0. 009% ；S = 0. 001% ；Al = 0. 035 ；V = 0. 039% ；Cr = 0. 12% ；其余为 Fe 与不可避免的杂质。机车车轴用钢制造方法实施例之一本实施例是铁路机车车轴用JZ45钢(增加新的成分)，具体步骤如下I电炉冶炼 (1)电炉冶炼是将废钢熔化和氧化，把废钢18吨加入60吨高功率的电炉中，废钢 中的P = O. 033%, S = O. 029% ；再把47吨预处理后的铁水加入到同一电炉中，预处理后 的铁水温度为 1485°C、P = 0. 057%, S = 0. 009%。(2)加入铁水后开始吹氧助熔，吹氧5分钟后加入石灰1072Kg，白云石252Kg。在 冶炼过程中废钢和石灰、白云石迅速熔化，同时脱C、脱P、去气、去夹杂。(3)钢水温度达至IJ 1660-1680°C, C ^ 0. 10%, P ^ 0. 015%时出钢，本实施例的出钢温度为1663°C，C = 0. 22%,P = O. 006%；然后把钢水倒入装有硅 锰合金250kg、碳锰合金250kg、石灰500kg、合成渣300kg、硅铝钡800Kg，增碳剂14包(7Kg/ 包)并烘烤32分钟的钢包精炼炉的钢包内，钢水在该钢包内进行钢水初步合金化。II钢包炉精炼(1)把装有钢水的钢包精炼炉的钢包移到LF精炼工位，测温1551 °C，喂Al线 80Kg，送电，加电石65Kg。(2)取样分析，钢水的化学成分的重量百分配比为C = O. 29%;Si = 0. 23%;Mn = 0. 63%;P = 0. 007%;S = 0. 003% ;A1 = 0. 02%；Cr = 0. 02% ；V = 0.01% ；其余为Fe与不可避免的杂质。调渣加石灰200Kg、合成渣200Kg ；调成分加碳锰52Kg，碳粉58Kg。(3)取样分析，钢水的化学成分的重量百分配比为C = O. 38%;Si = 0. 25%;Mn = 0. 70%;P = 0. 008%;S = 0. 001%;A1 = 0. 02%；Cr = 0. 02% ；V = 0.01% ；其余为Fe与不可避免的杂质。调渣加石灰IOOKg ；调成分加钒铁53Kg、碳锰20Kg，铬铁50Kg。(4)取样分析，钢水的化学成分的重量百分配比为C = O. 45% ；Si = 0. 25% ；Mn = 0. 73% ；P = 0. 008% ；S = 0. 002% ；Al = 0. 029 ；，V = 0. 042% ；Cr = 0. 14% ；其余为 Fe 与不可避免的杂质。(5)测温1668 °C，精炼结束。之后，进行真空脱气处理、模铸成钢锭，浇铸过程取样分析化学成分，钢的熔炼成 分如下C = O. 45% ；Mn = 0. 73% ；Si = 0. 25% ；Cr = 0. 14% ；V = 0. 042% ；Alt = 0. 029% ；P = 0. 008% ；S = 0. 002% ；其余为Fe与不可避免的杂质。钢锭红送型材厂加热并轧制成280mm方钢。方钢按照GB/T5068标准要求检验，试样采用140 X 140mm大样坯860°C正火处理。 力学性能和晶粒度检验结果如表1 表 权利要求
1.一种铁路机车车轴用钢，它的成分的质量的百分配比为 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% ；Alt 0. 020-0. 050% ； P彡0. 015% ；S ^ 0. 005% ；其余为Fe与不可避免的杂质。
2.一种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彡0. 035%, S彡0. 040% ；预处理后的铁水中P彡0. 070%, S彡0. 010%，铁水温度不低 于 1250 0C ；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； 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、合成渣与硅铝钡并烘烤不少于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%, Alt 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. 200. 30% ； Cr 0. 10-0. 20% ；V 0. 030-0. 050% ；Alt 0. 020-0. 050% ； P 彡 0. 015% ；S 彡 0. 005% ； 其余为Fe与不可避免的杂质。
全文摘要
本发明涉及一种铁路机车车轴用钢及其制造方法，车轴用钢的成分的质量的百分比为C0.42-0.46％；Mn0.65-0.80％；Si0.20-0.30％；Cr0.10-0.20％；V0.030-0.050％；Alt0.020-0.050％；P≤0.015％；S≤0.005％；其余为Fe与不可避免的杂质。制造方法包括下述步骤I电炉冶炼先将废钢加入电炉中再加入铁水，然后开始吹氧加入造渣材料同时脱C、脱P，在P≤0.015％后，电炉出钢；电炉出钢前，加入含有对应元素的铁合金，然后进行初步合金化；II钢包炉精炼在还原条件下进一步脱氧、脱S至S≤0.005％，同时加入对应元素的铁合金，调整钢水成分。本铁路机车车轴用钢制造方法制的车轴钢强度高塑性好。
文档编号C21C5/52GK102108468SQ20101060131
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者王之香, 王玉玲, 邬中华 申请人:山西太钢不锈钢股份有限公司