专利名称：一种抗零下70度低温冲击的b级钢及其制备方法
技术领域：
本发明涉及冶金领域，具体是ー种抗低温冲击的钢材及其制备方法。
背景技术：
随着近年来国内外鉄路行业的高速发展，为适应铁路货车重载提速要求，铁路货车对主要配件的耐低温性能要求越来越严格，特别是对货车的重要组成部分摇枕、侧架的材质B级钢的要求越来越严格，国内鉄路行业对B级钢的低温冲击要求为_7°C时AKv为大于 20J。国内外重载高速列车在严寒地带的运行中，时常出现零部件的低温断裂，严重影响列车的正常运转。为此俄罗斯、乌克兰等冬季寒冷地带的国家对货车摇枕、侧架的耐低温性能要求已经达到_60°C时AKv为18J。随着环境温度的降低，金属由韧性转变为脆性是普遍存在的现象，B级钢也不例夕卜。随着温度的降低，其強度升高，塑性、韧性降低，在低温时受冲击载荷或缺ロ应力集中时可能会突然发生脆性断裂。要改善钢的低温韧性，就要降低低温钢的脆性转变温度，这样钢在较低的温度下工作，仍然保持较高的韧性，而不至于发生脆性破坏。一般情况下，使金属固溶強化的元素S1、W、Mo的等均使合金的低温韧性降低；特别是一些在钢的晶界上形成脆性相的元素P，更显著使钢的低温韧性降低；另外C元素过高也会使低温钢的低温韧性降低，其含量在低温钢应该被适度限制，而少数合金元素N1、Mn能显著改善钢的低温韧性，应保证其一定的含量。
发明内容
本发明目的是为了解决现有B级钢抗低温冲击韧性低的问题，而提供ー种抗零下70度低温冲击的B级钢及其 制备方法。本发明抗零下70度低温冲击的B级钢的化学成分由质量百分比为:C (碳):0.16% 0.22%, Si (硅):0.20% 0.30%, Mn (锰):0.8% 1.0%, P (磷)く 0.02%, S (硫)く 0.02%, Cr (铬):0.3% 0.5%, Ni (镍):0.3% 0.4%, V (钒):0.04% 0.07%, Re (铼):0.03% 0.05%, Cu (铜)彡0.30%和余量的Fe (铁)组成。本发明抗零下70度低温冲击的B级钢中加入适量的V (钒)，其作用主要体现在两个方面:一是以微合金化的形式即靠合金強化来提高B级钢的強度，特别是屈服強度得以显著提高；ニ是在B级钢中加入适量的V，其合金组织的晶粒度细化，从而显著提高低合金钢的低温韧性。而通过在抗零下70度低温冲击的B级钢中加入稀土元素Re可以起到净化钢液、变性夹杂物和微合金化、细化晶粒的作用，能显著提高B级钢的常温和低温韧性。本发明抗零下70度低温冲击的B级钢的制备方法按下列步骤实现:一、在碱性电弧炉的炉底铺上占炉料总质量2% 2.5%的石灰，加入经抛丸除尘处理后的废钢，再加入占炉料总质量0.8% 0.90%的废电极配碳，加热至废钢熔化，脱磷后得到钢液；ニ、向步骤一中的钢液中加入占炉料总质量17% 20%的铁矿石，脱碳至钢液中C含量彡0.10wt%，脱磷至P含量为0.010wt% 0.015wt%，然后升高温度至1600 1610°C，保持8 10分钟，扒渣处理后得到氧化后的钢液；三、向氧化后的钢液中加入占炉料总质量0.4%的Fe-Mn合金进行预脱氧，然后加入占炉料总质量1.5% 1.7%的石灰、占炉料总质量0.6-0.7%的氟石和占炉料总质量0.6% 0.7%的硅砖造稀薄渣，再加入占炉料总质量0.7% 0.8%的碳粉，造渣15 20min，得到白渣钢液；四、白渣钢液中加入占炉料总质量0.8% 0.9%的Fe-Mn合金、占炉料总质量0.6 0.7%的Fe-Cr合金、占炉料总质量0.35% 0.45%的Fe-Si合金、占炉料总质量0.1% 0.15%的Fe-V合金、占炉料总质量0.35% 0.40%的Fe-Ni合金和占炉料总质量0.08% 0.12%的电极，然后插入占炉料总质量0.1% 0.15%的Al脱氧，以1600°C 1620°C的温度出钢，·出钢后向钢包内加入占炉料总质量0.06% 0.08%的稀土 Re丝，钢液静止4 5min，浇注后冷却到室温得到B级钢；五、将步骤四得到的B级钢升温到760 780°C，保温80 IOOmin后再升温到920 930°C，保温110 130min，然后先空冷10 20min再风冷至200°C以下完成一次正火；再将B级钢升温到760 780°C，保温80 IOOmin后再升温到870 880°C，保温110 130min，先空冷10 20min再风冷至200°C以下完成二次正火，得到抗零下70度低温冲击的B级钢；其中步骤三中Fe-Mn合金中Mn含量为98wt% ；步骤四中Fe-Mn合金中Mn含量为98wt%, Fe-Cr合金中Cr含量为60wt%，Fe-Si合金中Si含量为75wt%，Fe-V合金中V含量为60wt%，Fe-Ni合金中Ni含量为99.9wt%。本发明采用二次正火エ艺对B级钢进行热处理，利用一次正火较高的温度，使B级钢中的难溶成分溶于奥氏体，再利用第二次正火较低的温度，获得均匀细小的奥氏体晶粒，以确保冷却后得到的B级钢金相组织为均匀分布的细小铁素体+珠光体的结构。本发明通过向B级钢加入使钢组织晶粒细化的V (钒)合金，以及大幅提高低温冲击韧性的稀土合金，并配合二次正火エ艺得到的抗零下70度低温冲击的B级钢在-70°C吋，AKv冲击值大于20J，其他机械性能Rm屈服强度≥550MPa, Rel抗拉强度≥350MPa, 6延伸率≥24%，Z收缩率≥36%，HBW布氏硬度为137 228。本发明主要应用于低温钢的制造。
图1是实施例一得到的抗零下70度低温冲击的B级钢采用4XC金相显微镜放大100倍得到的金相图片。
具体实施例方式具体实施方式
一:本实施方式抗零下70度低温冲击的B级钢的化学成分由质量百分比为:C (碳):0.16% 0.22%, Si (硅):0.20% 0.30%, Mn (锰):0.8% 1.0%, P (磷)≤ 0.02%, S (硫)≤ 0.02%, Cr (铬):0.3% 0.5%, Ni (镍):0.3% 0.4%, V (钒):0.04% 0.07%, Re (铼):0.03% 0.05%, Cu (铜)≤ 0.30% 和余量的 Fe (铁)组成。
通过在抗零下70度低温冲击的B级钢中加入适量的V (钒)来提高B级钢的屈服強度，并使合金组织的晶粒度细化来提高B级钢的低温冲击值。而加入适量的稀土(Re)，可以提高钢的晶粒度，使钢组织晶粒细化，并且稀土 Re还可以生成熔点较高的稀土夹杂物，容易球化，利于硫化物夹杂和硅酸盐夹杂上浮排除，去除B级钢中的有害杂质，实验表明B级钢中加入适量的稀土比相同成分未加稀土的钢的晶粒度提高两个级别，含氧量降低至
2X 10_6左右，从而改善了钢的低温冲击韧性。
具体实施方式
ニ:本实施方式与具体实施方式
一不同的是抗零下70度低温冲击的B级钢的化学成分由质量百分比为:C (碳):0.2%，Si (硅):0.29%，Mn (锰):0.97%，P (磷):0.018%, S (硫):0.017%, Cr (铬):0.44%, Ni (镍):0.35%, V (钒):0.06%, Re (铼):0.035%,Cu (铜):0.12%和余量的Fe (铁)组成。
具体实施方式
三:本实施方式抗零下70度低温冲击的B级钢的制备方法按下列步骤实施:一、在碱性电弧炉的炉底铺上占炉料总质量2% 2.5%的石灰，加入经抛丸除尘处理后的废钢，再加入占炉料总质量0.8% 0.90%的废电极配碳，加热至废钢熔化，脱磷后得到钢液；ニ、向步骤一中的钢液中加入占炉料总质量17% 20%的铁矿石，脱碳至钢液中C含量彡0.10wt%，脱磷至P含量为0.010wt% 0.015wt%，然后升高温度至1600 1610°C，保持8 10分钟，扒渣处理后得到氧化后的钢液；三、向氧化后的钢液中加入占炉料总质量0.4%的Fe-Mn合金进行预脱氧，然后加入占炉料总质量1.5% 1.7%的石灰、占炉料总质量0.6-0.7%的氟石和占炉料总质量0.6% 0.7%的硅砖造稀薄渣，再加入占炉料总质量0.7% 0.8%的碳粉，造渣15 20min，得到白渣钢液；
四、白渣钢液中加入占炉料总质量0.8% 0.9%的Fe-Mn合金、占炉料总质量0.6 0.7%的Fe-Cr合金、占炉料总质量0.35% 0.45%的Fe-Si合金、占炉料总质量0.1% 0.15%的Fe-V合金、占炉料总质量0.35% 0.40%的Fe-Ni合金和占炉料总质量0.08% 0.12%的电极，然后插入占炉料总质量0.1% 0.15%的Al脱氧，以1600°C 1620°C的温度出钢，出钢后向钢包内加入占炉料总质量0.06% 0.08%的稀土 Re丝，钢液静止4 5min，浇注后冷却到室温得到B级钢；五、将步骤四得到的B级钢升温到760 780°C，保温80 IOOmin后再升温到920 930°C，保温110 130min，然后先空冷10 20min再风冷至200°C以下完成一次正火；再将B级钢升温到760 780°C，保温80 IOOmin后再升温到870 880°C，保温110 130min，先空冷10 20min再风冷至200°C以下完成二次正火，得到抗零下70度低温冲击的B级钢；其中步骤三中Fe-Mn合金中Mn含量为98wt% ；步骤四中Fe-Mn合金中Mn含量为98wt%, Fe-Cr合金中Cr含量为60wt%，Fe-Si合金中Si含量为75wt%，Fe-V合金中V含量为60wt%，Fe-Ni合金中Ni含量为99.9wt%。本实施方式步骤一中原料废钢中不得混有铅、锡、神、锌金属。其中冶炼钢水所用原材料统称炉料，通过向B级钢加入使钢组织晶粒细化的V (钒)合金，以及大幅提高低温冲击韧性的稀土合金，并配合二次正火エ艺得到的抗零下70度低温冲击的B级钢在-70°C吋，AKv冲击值大于20J。
具体实施方式
四:本实施方式与具体实施方式
三不同的是步骤ニ脱碳至钢液中C含量彡0.08wt%,脱磷至P含量为0.011wt% 0.014wt%。其它步骤及參数与具体实施方式
二相同。
具体实施方式
五:本实施方式与具体实施方式
三或四不同的是步骤四白渣钢液中加入占炉料总质量0.85%的Fe-Mn合金、占炉料总质量0.65%的Fe-Cr合金、占炉料总质量
0.40%的Fe-Si合金、占炉料总质量0.12%的Fe-V合金、占炉料总质量0.38%的Fe-Ni合金和占炉料总质量0.1%的电极。其它步骤及參数与具体实施方式
三或四相同。
具体实施方式
六:本实施方式与具体实施方式
三至五之一不同的是步骤四浇注后冷却到室温得到B级钢中的浇注温度为1585°C 1610°C。其它步骤及參数与具体实施方式
三至五之一相同。
具体实施方式
七:本实施方式与具体实施方式
三至六之一不同的是步骤五B级钢升温到760°C，保温90min后再升温到920°C，保温120min，然后先空冷IOmin再风冷至160°C完成一次正火；再将B级钢升温到760V，保温90min后再升温到870°C，保温120min，先空冷IOmin再风冷至200°C以下完成二次正火。其它步骤及參数与具体实施方式
三至六之一相同。实施例一:本实施例抗零下70度低温冲击的B级钢的制备方法按下列步骤实现:一、在碱性电弧炉的炉底铺上占炉料总质量2.2%的石灰，加入经抛丸除尘处理后的废钢，再加入占炉料总质量0.85%的废电极配碳，加热至废钢熔化，脱磷后得到钢液；ニ、向步骤一中的钢液中加入占炉料总质量18%的铁矿石，脱碳至钢液中C含量为
0.06wt%,脱磷至P含量为0.012wt%,然后升高温度至1600°C，保持8分钟，扒渣处理后得到氧化后的钢液；三、向氧化后的钢液中加入占炉料总质量0.4%的Fe-Mn合金进行预脱氧，然后加入占炉料总质量1.6%的石灰、占炉料总质量0.6%的氟石和占炉料总质量0.6%的硅砖造稀薄洛，再加入占炉料总质量0.8%的碳粉，造渣15min，得到白渣钢液；四、白渣钢液中加入占炉料总质量0.85%的Fe-Mn合金、占炉料总质量0.65%的Fe-Cr合金、占炉料总质量0.40%的Fe-Si合金、占炉料总质量0.12%的Fe-V合金、占炉料总质量0.38%的Fe-Ni合金和占炉料总质量0.10%的电极，然后插入占炉料总质量0.13%的Al脱氧，以1610°C的温度出钢，出钢后向钢包内加入占炉料总质量0.07%的稀土 Re丝，钢液静止4min，浇注后冷却到室温得到B级钢； 五、将步骤四得到的B级钢升温到760 0C，保温90min后再升温到920 °C，保温120min，然后先空冷IOmin再风冷至160°C完成一次正火；再将B级钢升温到760°C，保温90min后再升温到870°C，保温120min，先空冷IOmin再风冷至室温完成二次正火，得到抗零下70度低温冲击的B级钢；其中步骤三中Fe-Mn合金中Mn含量为98wt% ；步骤四中Fe-Mn合金中Mn含量为98wt%, Fe-Cr合金中Cr含量为60wt%，Fe-Si合金中Si含量为75wt%，Fe-V合金中V含量为60wt%，Fe-Ni合金中Ni含量为99.9wt%。
根据GB/T14203-93钢光谱试验标准，采用意大利F20光谱仪器，测得本实施例得到的抗零下70度低温冲击的B级钢化学成分光谱分析结果如下:
权利要求
1.ー种抗零下70度低温冲击的B级钢，其特征在于抗零下70度低温冲击的B级钢的化学成分由质量百分比为:C:0.16% 0.22%, S1:0.20% 0.30%, Mn:0.8% 1.0%,P ≤ 0.02%, S ≤ 0.02%, Cr:0.3% 0.5%, N1:0.3% 0.4%, V:0.04% 0.07%, Re:0.03% .0.05%, Cu く 0.30%和余量的Fe组成。
2.根据权利要求1所述的ー种抗零下70度低温冲击的B级钢，其特征在于抗零下70度低温冲击的B级钢的化学成分由质量百分比为:C:0.2%，S1:0.29%，Mn:0.97%，P:0.018%,S:0.017%, Cr:0.44%, N1:0.35%, V:0.06%, Re:0.035%, Cu:0.12% 和余量的 Fe 组成。
3.如权利要求1所述的ー种抗零下70度低温冲击的B级钢的制备方法，其特征在于抗零下70度低温冲击的B级钢的制备方法按下列步骤实现: 一、在碱性电弧炉的炉底铺上占炉料总质量2% 2.5%的石灰，加入经抛丸除尘处理后的废钢，再加入占炉料总质量0.8% 0.90%的废电极配碳，加热至废钢熔化，脱磷后得到钢液； ニ、向步骤一中的钢液中加入占炉料总质量17% 20%的铁矿石，脱碳至钢液中C含量≤0.10wt%，脱磷至P含量为0.010wt% 0.015wt%，然后升高温度至1600 1610°C，保持8 10分钟，扒渣处理后得到氧化后的钢液； 三、向氧化后的钢液中加入占炉料总质量0.4%的Fe-Mn合金进行预脱氧，然后加入占炉料总质量1.5% 1.7%的石灰、占炉料总质量0.6-0.7%的氟石和占炉料总质量0.6% .0.7%的硅砖造稀薄渣，再加入占炉料总质量0.7% 0.8%的碳粉，造渣15 20min，得到白渣钢液； 四、白渣钢液中加入占炉料总质量0.8% 0.9%的Fe-Mn合金、占炉料总质量0.6 .0.7%的Fe-Cr合金、占炉料总质量0.35% 0.45%的Fe-Si合金、占炉料总质量0.1% .0.15%的Fe-V合金、占炉料总质量0.35% 0.40%的Fe-Ni合金和占炉料总质量0.08% .0.12%的电极，然后插入占炉料总质量0.1% 0.15%的Al脱氧，以1600°C 1620°C的温度出钢，出钢后向钢包内加入占炉料总质量0.06% 0.08%的稀土 Re丝，钢液静止4 5min，浇注后冷却到室温得到B级钢； 五、将步骤四得到的B级钢升温到760 780°C，保温80 IOOmin后再升温到920 930°C，保温110 130min，然后先空冷10 20min再风冷至200°C以下完成一次正火；再将B级钢升温到760 780°C，保温80 IOOmin后再升温到870 880°C，保温110 .130min，先空冷10 20min再风冷至200°C以下完成二次正火，得到抗零下70度低温冲击的B级钢； 其中步骤三中Fe-Mn合金中Mn含量为98wt% ； 步骤四中Fe-Mn合金中Mn含量为98wt%, Fe-Cr合金中Cr含量为60wt%，Fe-Si合金中Si含量为75wt%，Fe-V合金中V含量为60wt%，Fe-Ni合金中Ni含量为99.9wt%。
4.根据权利要求3所述的ー种抗零下70度低温冲击的B级钢的制备方法，其特征在于步骤ニ脱碳至钢液中C含量彡0.08wt%,脱磷至P含量为0.011wt% 0.014wt%。
5.根据权利要求4所述的ー种抗零下70度低温冲击的B级钢的制备方法，其特征在于步骤四白渣钢液中加入占炉料总质量0.85%的Fe-Mn合金、占炉料总质量0.65%的Fe-Cr合金、占炉料总质量0.40%的Fe-Si合金、占炉料总质量0.12%的Fe-V合金、占炉料总质量.0.38%的Fe-Ni合金和占炉料总质量0.1%的电极。
6.根据权利要求5所述的ー种抗零下70度低温冲击的B级钢的制备方法，其特征在于步骤四浇注后冷却到室温得到B级钢中的浇注温度为1585°C 1610°C。
7.根据权利要求3至6任一项所述的ー种抗零下70度低温冲击的B级钢的制备方法，其特征在于步骤五B级钢升温到760V，保温90min后再升温到920°C，保温120min，然后先空冷IOmin再风冷至160°C完成一次正火；再将B级钢升温到760°C，保温90min后再升温到870°C，保温120min， 先空冷IOmin再风冷至200°C以下完成二次正火。
全文摘要
一种抗零下70度低温冲击的B级钢及其制备方法，它涉及冶金领域，具体是一种抗低温冲击的钢材及其制备方法，本发明要解决现有B级钢抗低温冲击韧性低的问题。B级钢的化学成分由C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、V、Re、Cu、和余量的Fe组成。方法一、碱性电弧炉内加入石灰，废钢和电极配碳，加热至废钢熔化；二、钢液中加入铁矿石，升温扒渣；三、再加入Fe-Mn合金，石灰，氟石，硅砖和碳粉，得到白渣钢液；四、加入各种合金和电极，用Al脱氧，出钢后加入稀土Re丝，浇注后得到B级钢；五、采用二次正火处理B级钢。本发明的B级钢在-70℃时，AKv冲击值大于20J，主要应用于低温钢的制造。
文档编号C21D1/28GK103114250SQ201310071198
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月6日 优先权日2013年3月6日
发明者鲍玉龙, 徐长顺 申请人:齐齐哈尔市精铸良铸造有限责任公司