一种铁路用钢板及其提高屈服强度的制造方法与流程

本发明属于钢铁
技术领域：
，具体涉及一种铁路用钢板及其提高屈服强度的制造方法。
背景技术：
：随着近几年铁路车辆向高速、重载、低成本的新发展方向。铁路用钢原材料钢板也开始了更新换代的需求，提高钢板强度是实现铁路车辆轻量化、重载、低成本最直接的手段之一。目前提高铁路用轧态交货钢板强度的方式多数是以下两种方式：1、通过添加大量的合金元素nb、v、cr、ni、mo、cu等，这种方式导致碳当量偏高，进而导致焊接裂纹敏感性升高，降低材料焊接性能。2、通过水冷或者风冷设备，降低轧制过程中的终冷温度，这种方式会导致钢板内应力升高，影响材料加工成型性能，且容易导致钢板冷却不均匀，性能不均匀的情况发生。例如，申请号为201510652360.4的中国专利申请，公开了一种提高厚度≥50mm规格正火钢板强度的淬火机加速冷却方法，正火板出淬火炉后随淬火机辊道进入淬火机开始水冷，根据钢种、规格确定开启四个或六个低压段，并调节低压段各区开口度、上下开口度比值及辊道速度，使钢板“返红”温度达580-630℃后自然冷却，水冷能大幅提高正火钢板的强度。申请号为201510323163.8的中国专利申请公开了一种正火后风冷的热处理生产方法，利用风冷代替水冷,达到提高钢板强度的目的，实现了采用正火后风冷的方法生产低成本低合金系列钢板的效果。这两种方法都有可能导致钢板内应力升高，影响材料加工成型性能。均未能解决目前提高铁路用轧态交货钢板屈服强度的问题。技术实现要素：发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种铁路用钢板，该钢板具有较高的屈服强度。本发明的另一目的是提供一种上述钢板的提高屈服强度的制造方法。技术方案：本发明所述的一种铁路用钢板，由以下质量百分比的成分组成：c：0.08～0.10％、mn：0.90～1.60％、si：0.25～0.35％、p：≤0.020wt.％、s：≤0.010wt.％、cr：0.10～0.30％、cu：0.10～0.40％、nb：0.010～0.040％、ti：0.010～0.020％、al：0.010～0.050％；余量为fe和杂质；该钢的碳当量ce＜0.45，金相组织为均匀细小的铁素体+珠光体组织+碳化物析出物。该铁路用钢板合金成分的设计原理是：c是钢中不可缺少的提高钢材强度及硬度的元素，对钢组织影响显著。c溶入基体形成间隙固溶体，起到固溶强化的作用，显著增加基体的强度。但碳元素对碳当量数值的影响最大，c元素含量升高时，钢板材料焊接性能下降。mn可以提高钢板材料强度，但mn元素是除碳元素之外，对碳当量影响次之的元素，过高的mn含量会使钢的可焊性和焊接热影响区韧性恶化。cu能有效提高钢的耐腐蚀性能，但过高含量的cu容易导致热脆，使钢板产生裂纹。cr能在钢表面形成致密的氧化膜，可有效提高钢的耐蚀性能，也可提高材料强度，当其与cu同时加入钢中时，效果尤为明显；但含量太高会恶化钢的焊接性能。nb可以细化晶粒，提高钢板强度，同时可以提高耐腐蚀性能，且不参与碳当量的计算，因此对于焊接性能要求较高时，可以考虑适当添加nb代替v元素。碳当量计算公式为ceq(％)＝c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(ni+cu)/15，当碳当量在0.45以上，对钢板焊接性能有较大影响。因此对需要焊接的钢板，碳当量应控制＜0.45。依据上述控制原则，遵循各个化学元素在性能指标中发挥作用的大小，先主后次进行成分设计，优先考虑c、mn元素的上下限，再根据碳当量小于0.45的原则确定其他合金元素的含量。进一步的，该铁路用钢板由以下质量百分比的成分组成：c：0.090～0.095％、mn：1.30～1.40％、si：0.28～0.30％、p：≤0.020wt.％、s：≤0.010wt.％、cr：0.15～0.26％、cu：0.25～0.35％、nb：0.030～0.035％、ti：0.014～0.018％、al：0.030～0.040％；余量为fe和杂质。所述钢板的厚度规格范围为6-30mm。对应于上述铁路用钢板，本发明所述的提高屈服强度的制造方法所采用的技术方案是：工序包括：铁水预处理→转炉冶炼→lf精炼→rh精炼→连铸→坯料加热→轧制→控制冷却→中低温回火；其中，所述坯料加热工序中，将坯料在1050-1220℃的环境下加热1.5-3.5小时；所述轧制工序采用两阶段轧制，压下率大于60％，粗轧开轧温度980-1180℃，精轧开轧温度830-950℃，终轧温度780-900℃；所述控制冷却工序控制返红温度为590-690摄氏度；所述中低温回火工序中，回火温度为600-680℃，再保温30-50min。所述铁水预处理工序包括对铁水包内喷吹石灰粉和镁粉进行复合喷吹脱硫，铁水预处理后s的质量百分比含量≤0.010％。所述转炉冶炼工序采用顶底复吹结合副枪进行冶炼；即通过顶吹氧气，底吹惰性气体，结合副枪进行冶炼，这样既保持了顶吹技术的优点，又吸取了某些底吹法的优点以弥补顶吹的不足，因而吹炼平稳，有利于低硫低磷钢的生产；所述lf精炼工序和所述rh精炼工序采用双钢包车式的lf-双工位rh精炼技术。采用lf/rh装置精炼可使钢水升温、钢水成分均匀，合金微调和钢水脱硫、脱气等；为生产成分要求严格的高净洁度要求钢水生产提供了保证。进一步的，所述lf精炼工序采用包括造渣、深脱硫、窄成份控制、夹杂物球化以及静搅拌的手段，使钢水成份、温度均匀，夹杂物得到充分上浮并满足形态要求。进一步的，所述rh精炼工序通过控制真空度和真空处理时间，降低钢种气体和夹杂物的含量。所述连铸工序采用全程无氧化保护浇注，并采用连续弯曲、连续矫直、全程多支点密排辊以及凝固末端轻压下方式连铸成坯。确保铸坯平整及内部金属致密。有益效果：该铁路用钢板通过合理的成分设计，使得钢板获得优异的焊接性能，同时具有较低的成本。其制造方法通过控轧控冷轧制工艺+中低温快速回火技术获得均匀细小的铁素体+珠光体组织+少量的碳化物析出物，使钢板屈服强度大幅提高，解决目前钢板屈服强度富余量不足或者不满足技术要求的问题。同时消除钢板内应力，使钢板具有高强韧性、耐腐蚀性以及良好的加工成型性能。附图说明图1是实施例1的金相结构图；图2是实施例2的金相结构图；图3是轧制状态的钢板内应力检测示意图；图4是中低温回火后钢板内应力检测示意图。具体实施方式以下提供6组实施例以及6组对比例对本发明的铁路用钢的性能做详细说明。各案例钢的化学成分如表1所示：表1钢的化学成分(余量为fe和杂质)编号cmnsipscrnbcuvtialce10.0810.270.020.0090.260.030.250.0180.020.3220.090.90.340.0180.0070.290.040.380.020.010.3230.0851.60.250.0150.060.10.010.380.010.050.4040.0951.40.30.0120.0090.150.020.10.0140.040.3750.091.30.350.0140.010.30.0350.40.0180.010.3960.11.50.280.0170.0060.260.0380.350.0150.030.43对比10.0941.40.310.0150.0080.270.020.250.0160.020.40对比20.0891.30.30.0160.0070.190.030.20.0120.040.36对比30.0961.20.330.0180.0060.250.0360.330.0170.030.37对比40.0880.950.270.0150.0050.250.0180.280.0110.020.32对比50.11.550.330.0110.0070.30.40.060.020.030.46对比60.171.350.30.010.090.280.360.350.0160.020.47其中，对比例1-4均按照本发明的成分要求进行设计，对比例5-6未采用本发明成分设计。其中对比例5未添加nb元素，而添加了v，对比例6超出本发明c含量的上限要求，导致碳当量超出要求量。各实施例采用本发明的制造方法制得，其工艺路线的工序包括：铁水预处理→转炉冶炼→lf精炼→rh精炼→连铸→坯料加热→轧制→控冷→中低温回火→成品标识→检验→入库→发货。各案例的制造工艺参数如表2所示：表2实施例钢的工艺参数其中，对比例1-4均未进行回火热处理，对比例5-6进行回火热处理。以上案例的各种性能见表3～表5所示：表3钢的力学性能表4-40℃钢的力学性能由表3、表4的数据可以得到：实施例1-6经中低温回火后，钢板屈服强度、抗拉强度均较轧态性能有大幅提升，屈服强度的提升效果要优于抗拉性能。同时低温冲击韧性也出现了改善的趋势。结合对比例5，添加v元素而未加入nb，只影响碳当量的数值和焊接性能。不影响钢板相关力学性能。对比例6的c含量过高，除了影响碳当量的数值和焊接性能。还影响钢板相关力学性能，导致强度过高，冲击韧性较差，经过中低温回火后也无法改善。表5钢的耐候性能由表5可以看出，轧态和中低温回火状态下，钢板均具有良好的耐腐蚀性能，经过72h周期浸润腐蚀试验，相对腐蚀率与q345b比较≤50％，耐候性能明显优普通碳钢。对比例6由于c元素含量较高，导致钢板表面变差，降低了其耐腐蚀性能。进一步对实施例1和2的金相结构进行检测，如图1、2所示，该钢通过控轧控冷轧制工艺+中低温快速回火技术获得均匀细小的铁素体+珠光体组织+少量碳化物析出物，进一步提高轧态钢板的屈服强度，同时获得低温冲击性能优异，耐腐蚀性、以及良好的焊接性能。结合图3图4所示，轧制状态钢板内应力较高，且不均匀，中低温回火后释放了钢板内应力，使钢板具有优异的加工成型性能。当前第1页1 2 3