本发明属于结构钢
技术领域：
，具体涉及一种高强韧性机车钩尾框用钢及其制备方法。
背景技术：
：钩尾框作为铁路运输车钩缓冲装置的重要组成部分，在车辆牵引、连挂以及缓冲时，钩尾框实现了车辆间纵向力的传递，因为钩尾框承受了巨大的纵向冲击载荷，钩尾框性能与质量对行车安全具有重要影响。2000年，我国要求钩尾框只能用e级钢材料，代替传统的普通碳素铸钢，成为我国铁路货车钩尾框的主导材料。2008年，攀钢成功开发铁道车辆用25mncrnimoa锻造钩尾框钢，技术达到国内先进水平，其化学成分见表1，力学性能见表2。采用表1-2设计制得的25mncrnimoa钩尾框钢，其钢材实物性能rel：692～1040mpa、rm：850～1080mpa、a：14～19％、z：45～68％、akv2：40～80j。表125mncrnimoa钢的化学成分(质量分数，％)表225mncrnimoa钢的力学性能近年来，随着铁路货运运输领域重载与提速战略的实施，铁路货运列车生产技术和车辆性能获得不断提升，每辆货车载重由60吨先后提升到70吨、80吨，运行时速由80公里提升到100～120公里，列车编组由1万吨提升到2万吨。同时，作为最大纵向力承受零件的钩尾框的性能(力学性能与低温韧性)要求也越来越高，以更好地满足重载机车发展需要。本发明针对铁路机车载重量和速度提升的使用要求，在25mncrnimoa钩尾框基础上，通过钢的内控成分设计、微合金化和调质热处理工艺优化设计，提供了一种高强韧性机车钩尾框用钢及其制备方法。技术实现要素：本发明目的在于，提供了一种高强韧性机车钩尾框用钢及其制备方法，以25mncrnimoa钢为基础，调整内控成分，添加nb、ti微合金化元素；严格控制钢中p、s、as、sn、pb、sb、bi有害元素含量，以及钢中气体含量；本发明还提供了钢的连铸工艺、轧制工艺制备方法，生产的钩尾框钢成分偏析小、微观组织均匀，满足了强度和塑性、韧性指标同步提升的设计目标和用户技术要求。为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种高强韧性机车钩尾框用钢，通过合理的成分设计及工艺控制，实现了材料的强度和塑性、韧性指标同步提升的目标要求。其化学成分质量百分比为：c：0.24～0.28％、si：0.20～0.40％、mn：1.20～1.50％、p：≤0.025％、s：≤0.025％、cr：0.40％～0.60％、mo：0.20～0.30％、ni：0.35～0.55％、cu：≤0.20％、ti：0.02～0.10％、nb：0.02～0.05％、al≤0.040％、as：≤0.020％、sn：≤0.020％、pb：≤0.0025％、sb：≤0.025％、bi：≤0.005％、[o]≤15ppm、[n]≤90ppm、[h]≤1.5ppm，其余为fe和不可避免的杂质。本发明的技术特点之一在于钢的成分设计。以25mncrnimoa钢为基础，添加nb、ti微合金化元素，细化晶粒；严格控制钢中p、s、as、sn、pb、sb、bi有害元素含量，以及钢中气体含量，改善钢的低温冲击性能。为保证屈服强度和抗拉强度指标的提升，进一步优化的所述钩尾框用钢的组成按质量百分数为：c：0.25～0.27％、si：0.28～0.35％、mn：1.42～1.48％、p：≤0.015％、s：≤0.010％、cr：0.55％～0.60％、mo：0.26～0.30％、ni：0.50～0.55％、cu：≤0.10％、ti：0.02～0.04％、nb：0.02～0.03％、al：0.02～0.03％、as：≤0.010％、sn：≤0.010％、pb：≤0.0010％、sb：≤0.010％、bi：≤0.005％、[o]≤15ppm、[n]≤90ppm、[h]≤1.5ppm，其余为fe和不可避免的杂质。本发明的技术特点之二在于钢的调质热处理工艺设计。在表2所列调质热处理参数范围内，通过正交试验，进一步优化了调质热处理工艺参数：淬火：加热温度900±10℃，保温时间50min，水冷；回火：加热温度600±10℃，保温时间50min，水冷。在上述优化设计基础上，与表2原有性能指标要求相比，本发明钢的综合性能大幅提高，强度和塑性、韧性指标均实现了提升，本发明钢的性能指标满足：rel≥850mpa、rm≥950mpa、a≥16％、z≥55％、akv2(-40℃)≥50j；且按照gb/t6803试验标准要求，本发明钢的无塑性转变试验≤-56℃。本发明一种高强韧性机车钩尾框用钢，钢的化学成分设计要求如上所述，其制备方法包括以下步骤：(1)冶炼采用电炉冶炼，电炉冶炼入炉原料为低铜、低磷的优质废钢及铁水，铁水比例不小于60％；电炉冶炼采用大渣量深脱碳以加强脱p去除操作，造好泡沫渣，控制终点[c]≥0.10％，[p]≤0.010％，残余元素含量符合设计要求；控制出钢温度不小于1600℃，为保证合金充分熔化，并为后续精炼过程创造良好条件，电炉出钢尽可能加入合金量至化学成分下限；(2)精炼控制炉渣碱度大于4.0，精炼过程保持白渣时间大于20分钟，加强脱硫操作，精炼炉一次样前喂入铝线；lf出钢前，按照1.5～3.5m/t钢喂入钙线进行钙变质处理；精炼后真空处理，用定氢仪进行过程氢的测定，氢含量不大于1.5ppm，真空度小于67pa，保持时间大于27分钟，vd后软吹氩时间20～30分钟，软吹氩时严禁裸露钢水和大氩气量搅拌降温；(3)浇注采用规格圆坯连铸浇注铸坯，连铸中采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌；控制中间包钢水温度过热度15～30℃，拉速0.22～0.26m/min，以保证铸坯质量；(4)轧制钢坯在加热炉的均热温度为1200～1260℃，加热时间为10～11h，开轧温度1120～1180℃，终轧温度920～980℃；轧后钢材及时入坑缓冷，入坑温度大于700℃，缓冷足够时间，确保出坑温度小于200℃；(5)调质热处理淬火：加热温度900±10℃，保温时间50min，水冷；回火：加热温度600±10℃，保温时间50min，水冷。采用本发明制得的钩尾框钢在最终热处理完成后，具有优异的综合性能，与原设计相比，钢的强度和塑性、低温韧性指标均大幅提高，钢的无塑性转变温度≤-56℃。本发明钢满足了铁路机车载重量和速度提升的使用要求。具体实施方式本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅是为了帮助理解本发明，不应该视为对本发明的具体限制。下面结合实施例对本发明作进一步说明。实施例1-3：一种高强韧性机车钩尾框用钢。采用uhp超高功率电炉、lf炉外精炼、vd真空脱气处理工艺冶炼，连铸浇注圆形铸坯生产钢材。实施例是以φ650mm规格圆坯和φ180mm规格圆钢的生产工艺来具体说明本发明是如何实施的。生产工艺如下：(1)冶炼采用电炉冶炼，电炉冶炼入炉原料为低铜、低磷的优质废钢及铁水，铁水比例为70％。电炉冶炼采用大渣量深脱碳以加强脱p去除操作，造好泡沫渣，控制终点[c]：0.15％，[p]：0.007％，残余元素含量符合设计要求；控制出钢温度1630℃～1640℃之间，为保证合金充分熔化，并为后续精炼过程创造良好条件，电炉出钢尽可能加入合金量至化学成分下限。(2)精炼控制炉渣碱度大于4.0，精炼过程保持白渣时间为24分钟，加强脱硫操作，精炼炉一次样前喂入铝线。lf出钢前，按照2.0m/t钢喂入钙线进行钙变质处理。精炼后真空处理，用定氢仪进行过程氢的测定，氢含量不大于1.5ppm，真空度小于67pa，保持时间27分钟，vd后软吹氩时间26分钟，软吹氩时严禁裸露钢水和大氩气量搅拌降温。(3)浇注采用规格圆坯连铸浇注铸坯，连铸中采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌。控制中间包钢水温度过热度17～25℃，拉速0.23～0.25m/min，制得规格合格圆坯。(4)轧制钢坯在加热炉的均热温度为1220～1260℃，加热时间为11h，开轧温度1120～1180℃，终轧温度940～980℃；轧后钢材及时入坑缓冷，入坑温度710℃，缓冷时间42h，出坑温度150℃，制得φ180mm规格圆钢。采用实施例1-3制得的钩尾框钢在最终热处理完成后，具有优异的综合性能和低温性能；优于原设计钩尾框钢的综合性能。表3是实施例的化学成分，表4是连铸中间包钢水温度、拉坯速度，表5为实施例物理性能技术指标。表3实施例化学成分(重量，％)表3实施例化学成分(重量，％)(续表)表4连铸中间包钢水温度、拉坯速度实施例连铸中间包钢水温度，℃连铸拉坯速度，m/min115250.24215260.23315300.23表5物理性能技术指标本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。当前第1页12