一种铁路货车用高强、耐低温及耐硫酸腐蚀S450AW钢的制备方法与流程

本发明涉及材料冶金领域，尤其涉及一种铁路货车用高强、耐低温及耐硫酸腐蚀s450aw钢的制备方法。

背景技术：

1、我国是能源大国，煤炭依然是主要的能源，在煤炭的运输中大部分是依靠铁路运输，主要使用的是铁路货运车型的敞车。铁路运煤敞车在漏天条件下工作，其运行环境十分复杂，在经受雨雪风霜和各种复杂的混合性腐蚀介质的协同作用下，货运敞车的车体及其部件极易发生腐蚀，其中较为典型的环境是运煤货车底部形成酸性介质腐蚀环境，对敞车车底造成强烈硫酸腐蚀。目前铁路车辆用钢q450nqr1具有高强度和良好的耐候性能，但是并不具备耐硫酸腐蚀性能，无法有效地抵御硫酸腐蚀。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种铁路货车用高强、耐低温及耐硫酸腐蚀s450aw钢的制备方法，其耐硫酸腐蚀性能指标满足要求，屈服强度rel≥450mpa，抗拉强度rm≥550mpa，延伸率a≥19％，-40℃低温冲击≥60j。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、本发明一种铁路货车用高强、耐低温及耐硫酸腐蚀s450aw钢的制备方法，所述s450aw钢按重量百分比含量计的化学成分为：c：0.09％～0.11％；si：0.20％～0.30％；mn：1.20％～1.30％；p：≤0.012％；s：≤0.010％；cu：0.40％～0.45％；ni:0.40％～0.45％；cr:0.40％～0.45％；sb:0.05％～0.08％；v：0.10％～0.12％；re:0.0020％～0.0030％，其余为fe和不可避免的微量杂质；其炼钢工艺流程为：转炉—炉外精炼—连铸；轧钢工艺流程为：步进式加热炉—高压水除磷—bd初轧—ccs精轧—冷却—矫直；

4、炼钢工艺中控制的技术参数为：采用vn合金配v，n元素百分含量≥0.01％；连铸过热度≤40℃；铸机拉速0.50m/min～0.55m/min；结晶器冷却水温度≥26℃。

5、轧制工艺中控制的技术参数为：1)加热温度1150—1200℃，保温时间≥2.5小时；2)开轧温度≤1150℃；3)终轧温度≤850℃。

6、进一步的，所述s450aw钢按重量百分比含量计的化学成分为：c：0.10％；si：0.22％；mn：1.28％；p：0.012％；s：0.005％；cu：0.42％；ni:0.41％；cr:0.43％；sb:0.05％；v：0.11％；re:0.0025％，其余为fe和不可避免的微量杂质。

7、进一步的，所述s450aw钢按重量百分比含量计的化学成分为：c：0.11％；si：0.24％；mn：1.25％；p：0.010％；s：0.003％；cu：0.43％；ni:0.42％；cr:0.44％；sb:0.05％；v：0.11％；re:0.0024％，其余为fe和不可避免的微量杂质。

8、成分设计原理如下：

9、c：c是提高钢材强度最有效的元素，c含量的增加钢的抗拉强度和屈服强度随之提高，但延伸率和冲击韧性下降，耐腐蚀能力也会下降，而且钢材的焊接热影响区还会出现淬硬现象，导致焊接冷裂纹的产生。为保证材料获得良好的综合性能，本发明钢c元素含量设计为0.09％～0.11％。

10、mn：mn是重要的强韧化元素，且成分低廉，随着锰含量的增加，钢的强度明显提升，改善钢的加工性能，而韧脆转变温度几乎不发生变化。但锰含量过高，会抑制铁素体的转变，影响钢的屈服强度，不利于屈强比的控制。本发明材料的mn元素含量设计为mn：1.20％～1.30％。

11、si：si能改善钢的耐腐蚀性能，常被添加到不锈钢、低合金钢、耐蚀合金中，以提高这些合金的耐蚀性，使它们具有耐氯化物应力腐蚀破裂、耐点蚀、耐热浓硝酸腐蚀、抗氧化、耐海水腐蚀等性能。研究表明，在湿热大气环境中，si能明显改善碳钢和低合金钢的耐大气腐蚀性能，另外，si还能提高低合金钢在海水中飞溅带的耐蚀性。本发明材料的si元素含量设计为0.20％～0.30％。

12、p，s：p，s是钢中的杂质元素。p具有一定的提高耐腐蚀性作用，但p是一种易于偏析的元素，在钢的局部产生严重偏析，降低塑性及韧性，对低温韧性极为有害。s元素在钢中易于偏析和富集，是对耐腐蚀性能用害的元素。本发明钢，在冶金质量方面严格控制了硫、磷含量水平，即p：≤0.015％；s：≤0.010％。

13、v：v和c、o、n都有很强的结合能力，并与之形成极其稳定的化合物，因而能细化晶粒，降低钢的热敏感性和回火脆性。能显著改善普通低合金钢的焊接性能。本发明钢的v元素含量设计为0.10％～0.12％。

14、cu：cu除了具有与ni大体相同的作用外，cu的析出物还有提高钢的高温强度和耐大气腐蚀性能。本发明钢的cu元素含量设计为0.40％～0.45％％。

15、ni：ni是一种比较稳定的元素，加入ni能使钢的自腐蚀电位向正方向变化，增加了钢的稳定性，此外，ni的加入主要是为了与cu形成cu一ni合金，防止“铜脆”的发生，综合考虑ni含量控制范围是0.40％～0.45％。

16、cr：cr能提高钢的强度、硬度和耐大气腐蚀性能，加入其他合金元素时，效果较显著。铬可以减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢的淬透性，并有二次硬化作用，但亦增加钢的回火脆性倾向。但铬含量过高时，会降低基材和热影响区的韧性。本发明钢的cr元素含量设计为0.40％～0.45％。

17、re:re在钢中有净化和明显的变质知用。钢的洁净度不断提高，稀土元素的微合金化作用日益突出。稀土的微合金化包括微量稀土元素的固溶强化、稀土元素与其他溶质元素和化合物的交互作用、稀土元素的存在状态(原子、夹杂物或化合物)、大小、形态和分布，特别是在晶界的偏聚以及稀土对钢表面和基体组织结构的影响。因此，本发明钢的re元素含量设计为0.0020％～0.0030％。

18、sb：sb元素的加入可以抑制阳极反应在钢表面形成cu2sb薄膜对耐稀硫酸腐蚀起到很好的效果,因此，本发明钢的sb元素含量设计为0.05％～0.08％

19、与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

20、采用低碳微合金化化学成分设计，使材料具有良好的强韧及耐硫酸腐蚀性能，适合耐硫酸环境中用钢。

21、采用vn微合金化，利用v和c、o、n都有很强的结合能力，并与之形成极其稳定的化合物，细化材料的晶粒。

22、其耐硫酸腐蚀性能指标满足，屈服强度rel≥450mpa，抗拉强度rm≥550mpa，延伸率a≥19％，-40℃低温冲击≥60j。

技术特征：

1.一种铁路货车用高强、耐低温及耐硫酸腐蚀s450aw钢的制备方法，其特征在于，所述s450aw钢按重量百分比含量计的化学成分为：c：0.09％～0.11％；si：0.20％～0.30％；mn：1.20％～1.30％；p：≤0.012％；s：≤0.010％；cu：0.40％～0.45％；ni:0.40％～0.45％；cr:0.40％～0.45％；sb:0.05％～0.08％；v：0.10％～0.12％；re:0.0020％～0.0030％，其余为fe和不可避免的微量杂质；其炼钢工艺流程为：转炉—炉外精炼—连铸；轧钢工艺流程为：步进式加热炉—高压水除磷—bd初轧—ccs精轧—冷却—矫直；

2.根据权利要求1所述的铁路货车用高强、耐低温及耐硫酸腐蚀s450aw钢的制备方法，其特征在于，所述s450aw钢按重量百分比含量计的化学成分为：c：0.10％；si：0.22％；mn：1.28％；p：0.012％；s：0.005％；cu：0.42％；ni:0.41％；cr:0.43％；sb:0.05％；v：0.11％；re:0.0025％，其余为fe和不可避免的微量杂质。

3.根据权利要求1所述的铁路货车用高强、耐低温及耐硫酸腐蚀s450aw钢的制备方法，其特征在于，所述s450aw钢按重量百分比含量计的化学成分为：c：0.11％；si：0.24％；mn：1.25％；p：0.010％；s：0.003％；cu：0.43％；ni:0.42％；cr:0.44％；sb:0.05％；v：0.11％；re:0.0024％，其余为fe和不可避免的微量杂质。

技术总结
本发明公开了一种铁路货车用高强、耐低温及耐硫酸腐蚀S450AW钢的制备方法，其化学成分为：C：0.09％～0.11％；Si：0.20％～0.30％；Mn：1.20％～1.30％；P：≤0.012％；S：≤0.010％；Cu：0.40％～0.45％；Ni:0.40％～0.45％；Cr:0.40％～0.45％；Sb:0.05％～0.08％；V：0.10％～0.12％；RE:0.0020％～0.0030％；其制备方法包括炼钢工艺和轧钢工艺。本发明的S450AW钢的耐硫酸腐蚀性能指标满足要求，屈服强度Rel≥450MPa，抗拉强度Rm≥550MPa，延伸率A≥19％，‑40℃低温冲击≥60J。

技术研发人员：宋振东,卜向东,乔瑞栋,刘丽娟,惠治国,王永明,郭利宏
受保护的技术使用者：包头钢铁（集团）有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13