高速鐵路扣件用彈條用鋼及其冶煉生產方法技術

本發明專利技術公開了一種高速鐵路扣件用彈條用鋼，其化學成分（以質量百分比計）配比為：C0.40～0.52%、Si1.8～2.1%、Mn0.75～0.85%、Cr0.6～0.8%、V0.21～0.25%、Ti0.02～0.05%、Cu0.20～0.25%、稀土REM0.01～0.04%、Ca0.0001～0.002%、Mg0.00005～0.0015%、Alt0.002～0.03%、P≤0.015%、S≤0.008%、O≤0.0012%、N0.002～0.007%，其余為Fe和其他元素。其冶煉生產方法為：初煉-鋼包精煉-真空處理-連鑄/模鑄成型，該工藝能顯著降低鋼中夾雜物數量，控制夾雜物尺寸和形貌，提高鋼的疲勞性能，進而可以應用于有高疲勞性能要求的相關彈簧鋼品種生產中。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于高速鐵路扣件的彈條用鋼及該彈條用鋼的冶煉生產方法及由該彈條用鋼制成的高速鐵路用扣件。
技術介紹
隨著我國高速鐵路的發展，對于鐵路扣件系統的需求量越來越大，質量要求也越來越高，特別是對于時速高達350km/h無碴軌道扣件系統的性能要求更是嚴格。扣件是軌道重要組成部件，其主要作用是固定鋼軌正確位置，阻止鋼軌的縱向和橫向位移，防止鋼軌傾翻。彈條是扣件系統中最重要的配件之一，它主要是利用彈性變形時所儲存的能量起到緩和機械上的震動和沖擊作用。由于其在使用過程中承受著長期的、周期性的彎曲、扭轉等交變應力，故要求彈條具有很高的綜合機械性能。目前，彈條用鋼大多屬高碳高硅系列彈簧鋼，如60Si2Mn、60Si2MnA、60Si2CrA等，該系列鋼表面脫碳傾向嚴重且敏感，這將直接影響彈條的疲勞性能。由于60Si2Mn、60Si2MnA·等鋼種的自身缺陷，國內外在汽車懸掛簧的生產應用中已基本淘汰，轉而采用55SiCr等國內較為成熟的新鋼種。1984年日本在修訂JIS彈簧鋼標準時，增加了相當于SAE9254的SUP12。Si-Cr系鋼SUP12 (SAE9254)既吸收了 Si-Mn鋼的良好抗彈減性能，Cr-Mn鋼的高淬透性，又克服了 Si-Mn鋼的易脫碳傾向，是一種極有發展前途的彈簧鋼。我國和德國在修訂彈簧鋼標準時都去掉一個Si-Mn鋼，增加了一個Si-Cr鋼也客觀反映了這種趨勢。我國鐵路工務I、111和II型彈條分別采用60Si2Mn、60Si2CrA彈簧鋼制造。根據對I (B)型、III型彈條最大單元應力分析，均存在材料強度儲備偏低的問題。II型彈條采用60Si2CrA彈簧鋼制造，易出現晶界裂紋。晶界裂紋可直接產生疲勞源，從而降低彈條的使用壽命及可靠性。英國BS970和德國38Si7鋼種材料同樣存在強度儲備及抗彈減性能偏低的問題。例如英國PANDR0L公司e型彈條經過五年使用后，已有42%的彈條低于設計要求，另外有42%的彈條扣壓力已處于臨界狀態。由于彈條的實際使用應力已達到或超過了材料的屈服強度，其扣壓力將繼續衰減，直至與材料的屈服應力平衡為止。因此說明BS970-88251A58鋼種的基本強度和抗彈減性能尚有待提聞?？紤]到上述背景，為滿足我國高速鐵路發展的需要，開發一種抗脫碳性強、高強度、高韌性、高耐腐蝕性的高速鐵路彈條用鋼顯得尤為迫切。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術的目的之一是針對目前國內彈條用鋼的強度偏低、韌性不足、容易脫碳等方面的問題，研究開發一種新型高速鐵路彈條用鋼；本專利技術的目的之二是提供一種具有高疲勞性能彈條用鋼的生產方法。本專利技術的目的之一通過以下技術方案來實現一種高速鐵路扣件系統彈條用鋼，以質量百分比計，其化學成分配比為c 0. 40 0. 52%、Si I. 8 2. 1%、Mn 0. 75 0. 85%、Cr 0. 6 0. 8%、V 0. 21 0. 25%、Ti 0. 02 0. 05%、Cu 0. 20 0. 25%、稀土 REM 0. 01 0. 045%、Ca 0. 0001 0. 002%、Mg 0. 00005 0.0015%、Alt (Alt表示鋼中全鋁含量，跟鋼中的氧行量和及雜物有關，是鋼成分的重要指標之一)0. 002 0. 03%、P ( 0. 015%、S ( 0. 008%、O ( 0. 0012%、N 0. 002 0. 007%，其余為Fe和其他元素。所述彈條用鋼將碳含量控制在0. 40 0. 52%范圍內，通過降低C含量提高Si含量既能保證鋼具有一定的強度，又能在一定程度上避免高的碳含量對鋼的韌性、塑性產生的不利影響。本專利技術優選碳含量范圍0. 42 0. 50%。Si含量控制在I. 8 2. 1%范圍內。較高的Si含量可以彌補降低C含量帶來的強度降低的不足，同時Si能增強彈簧鋼的抗彈減性。當Si含量小于I. 0%時，Si溶于鐵素體達不到增加鋼的強度及增強彈簧鋼抗彈減性的效果；iSi含量超過3. 0%時，進一步提高Si含量對增加鋼的抗彈減性作用不大，同時Si是促進石墨化元素，會增加鋼的脫碳傾向。Mn含量控制在0. 75 0. 85%之間。Mn能提高鋼的淬透性，含量過低淬透性不夠，含量過高會降低鋼的韌性。Mn還能提高鋼的強度，研究表明，Mn增加0. 3%提高的強度相當于C增加0. 1%所提高的強度。本專利技術優選Mn含量范圍0. 75 0. 80%。P含量< 0. 015%。P能在鋼液凝固時形成微觀偏析，在奧氏體化加熱時P偏析在奧氏體晶界上以致晶界脆化，從而增大鋼的脆性，故P含量上限設定為0.015%。S含量彡0. 008%。S也能像P —樣脆化奧氏體晶界，同時S還能形成MnS夾雜，影響鋼的疲勞性能，故將鋼中S含量控制在0. 008%以下。Cr含量為0. 6 0. 8%。Cr能提高鋼的淬透性，同時Cr是強碳化物形成元素，能防止石墨化，減輕鋼的脫碳傾向。但是過高的Cr含量將降低鋼的抗彈減性。V的含量控制在0. 21 0. 25%范圍內。V是強碳化物形成元素，V的碳化物可抑制鋼在熱軋及熱處理過程中奧氏體化時晶粒的粗化，起到細化晶粒的作用。V還能起到沉淀強化的作用，細小的碳化物可提高位錯運動阻力，從而提高鋼的強度、韌性和抗彈減性。低的V含量作用不明顯，過高的V含量會形成大顆粒V的碳化物，這些大顆粒的碳化物會像鋼中的非金屬夾雜物一樣影響鋼的疲勞性能。故本專利技術將V含量控制在0. 21 0. 25%范圍之內。添加含量0. 02 0. 05%的Ti用于固氮捕氫。Ti能細化晶粒，改善鋼的抗彈減性。Ti在鋼中形成的TiC和TiN等碳氮化物是鋼中陷阱能最高的氫陷阱，能夠捕集氫使其均勻地分散在晶內，抑制氫的擴散，改善鋼的耐延遲斷裂性能。Ti含量不宜過高，否則會形成大顆粒的氮化物夾雜，影響鋼的疲勞性能。Ca是鋼液凈化劑和夾雜物變性劑。彈簧鋼中Ca主要用來對夾雜物進行變性處理，從而提高鋼的疲勞性能。鋼中Ca含量控制在0. 0001 0. 002%范圍之內。生產過程中，鋼水中不可避免的含有Mg，為了保證鋼中夾雜物成分，控制其含量為0.00005 0. 0015%。N能與鋼中的合金元素形成氮化物或碳氮化物，細化晶粒，改善鋼的韌性，為了保證這些化合物的形成，鋼中需要有一定的N含量，但是過高的N含量會降低鋼材的力學性能并在鋼中形成大顆粒的氮化物夾雜，嚴重降低鋼的疲勞壽命，故將鋼中N含量控制在0. 002 0. 007% 之間。0含量彡0.0012%。鋼中0大多以夾雜物形式存在，研究表明，鋼中0含量與鋼的疲勞壽命成反比，所以將其上限設定為0. 0012%。Alt為鋼的脫氧劑，且能與氮結合，消除氮的危害，細化晶粒，改善鋼的韌性，Alt含量控制范圍為0. 002 0. 030%。Cu的含量為0. 20 0. 25%。Cu能增加鋼的抗腐蝕性能。稀土 REM含量為0. 01 0. 04%。稀土元素能改善鋼的淬透性和抗腐蝕性能。另夕卜，稀土在鋼中通常通過擴散機制富集于晶界處，這就減少了雜質元素(如P、S)在晶界的偏聚，強化了晶界，改善了與晶界相關的性能，如低溫脆性、韌性等。同時，添加一定量的稀土能對鋼中的Al2O3和MnS夾雜進行變性，提高鋼的疲本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種高速鐵路扣件用彈條用鋼，其特征在于以質量百分比計，其化學成分配比為C 0. 40 0. 52%、Si I. 8 2. 1%、Mn 0. 75 0. 85%、Cr 0. 6 0. 8%、V 0. 21 0. 25%、Ti 0. 02 0. 05%、Cu 0. 20 0. 25%、稀土 REM 0. 01 0. 04%、CaO. 0001 0. 002%、Mg0. 00005 0. 0015%、Alt 0. 002 0. 03%、P 彡 0. 015%、S 彡 0. 008%、0^0. 0012%、N0. 002 0. 007%，其余為Fe和其他元素。2.按照權利I要求所述的高速鐵路扣件用彈條用鋼，其特征在于所述C優選含量是0. 42 0. 50%o3.按照權利I要求所述的高速鐵路扣件用彈條用鋼，其特征在于所述Mn優選含量是0. 75 0. 80%o4.按照權利I要求所述的高速鐵路扣件用彈條用鋼，其特征在于所述稀土REM優選含量是0. 01 0. 03%。5.一種如權利要求I 4所述的任一種高速鐵路扣件用彈條用鋼的冶煉生產方法，其特征在于，包括如下步驟 第一步，初煉爐熔煉初煉爐采用電弧爐或轉爐冶煉； 采用電弧爐冶煉時， a)原料采用廢鋼或者廢鋼與鐵水的混合物，其中廢鋼比例不低于50%，入爐之前控制原料中的 Ol. 0%, P〈0. 05% ； b)吹氧，氧氣純度>99.5%，氧化初期控制原料溫度彡15500C，連續脫碳量彡0. 40%,以確保原料處于液態沸騰狀態而除去鋼中氣體和夾雜； c)氧化過程中形成流動性良好的泡沫渣，爐渣堿度為2 3; d)氧化后期通過調整造渣材料的加入量來控制鋼中的渣量在2 3%;所述造渣材料為CaO、CaF2 ； e)結束吹氧，根據爐渣堿度R(Ca0/Si02)補加石灰，從而控制鋼中磷含量穩定在0. 01%以下，出鋼，初煉爐熔煉結束； 采用轉爐冶煉時a)轉爐終點碳的控制采用高...

【專利技術屬性】
技術研發人員：成國光，周國治，田俊，盛偉，顧升興，吳鵬，付傳鋒，嚴運濤，陳勝，游和清，楊明華，劉宇，孟永帥，
申請(專利權)人：南車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司，北京科技大學，
類型：發明
國別省市：