[发明专利]低合金铸钢及其冶炼、热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低合金铸钢，尤其是一种动车组车钩用铸钢，同时还涉及其冶炼、热处理方法，属于冶金材料技术领域。

背景技术

随着铁路快速发展，需要实现客运高速化、快速化、轻量化，货运重载化、快捷化。车钩作为铁路动车组连接系统的重要部件，其质量性能直接影响着动车组的各项性能指标，连接系统的优劣直接影响了动车组的安全性和舒适性。

申请号为200610017797.1的中国专利申请公开了一种超高强度高韧性可焊接铸钢，其化学成分为：C：0.12～0.17；Si：0.10～0.50；Mn：0.8～1.2；S+P≤0.025；Ni：4.00～4.50；Cr：0.7～1.2；Mo：0.40～0.50；V：0.04～0.08；Cu：0.20～0.40，其余量为铁。

由于其中合金的添加量多且种类多，计算焊接碳当量较高，且容易出现较明显的缩松缩孔倾向，后续的热处理工艺也较为复杂繁琐，不能满足动车组车钩的要求。可以说，动车组用车钩铸钢材料一直是研究设计的重点和难点，据申请人了解，至今尚无合适的材料可以借用。

发明内容

本发明的目的是提供一种低合金铸钢，该钢种能够满足动车组用车钩性能的要求。同时也可以用于其他铁路部件和其他工程领域。

为达到上述目的，按照本发明的低合金铸钢化学成分质量百分比为：碳0.17-0.22％、硅0.20-0.60％、锰0.90-1.20％、镍0.30-0.50％、钒0.13-0.17％、铜小于等于0.30％、磷小于等于0.030％、硫小于等于0.030％，余量为铁和不可避免的杂质。

所述的低合金铸钢的冶炼方法，按以下的电弧炉氧化还原法步骤冶炼：

步骤一、加料——将废弃的碳素钢清洁、除锈后，与镍同时加入电弧炉内；

步骤二、氧化——待电弧炉内熔池温度达到1560℃时，加入铁矿石，通入氧气氧化，保持均匀沸腾、自动流渣、及时补加渣料；当碳量降至0.15-0.19％、熔池温度达到1600℃，扒除氧化渣，进入还原期；

步骤三、还原——加入碳粉进行还原，并按化学成分质量百分比控制加入铁-锰、铁-钒以及铁-硅合金；

步骤四、出钢——待化学成分达到要求后，在不低于1600℃时出钢。

所述的低合金铸钢的冶炼方法，在所述步骤一中，熔清碳应保证氧化期脱碳量≥0.30％(宜控制在0.30％-0.60％范围)，不足时配加碳粉。

所述低合金铸钢的冶炼方法，在所述步骤三中，加入碳粉的总量为3-4kg/吨钢。

所述低合金铸钢的冶炼方法，在所述步骤三，铁-锰、铁-钒以及铁-硅合金温度经烘烤(烘烤温度为300-500℃)后加入。

上述低合金铸钢的热处理方法包括，升温至900-960℃后保温3-5小时，然后自然冷却或吹风冷却至常温，然后再升温至600-650℃后保温3-4小时，再冷却。经正火+回火处理后，本发明的低合金铸钢力学性能至少可以达到：抗拉强度大于等于600MPa，屈服强度大于等于400MPa，延伸率大于等于23％，断面收缩率不小于35％，布氏硬度为163-250HB。

本发明仅增添了合金元素钒和镍，总体上合金的添加量较少，因此计算焊接碳当量很小，具有更出色的焊接性能；缩松缩孔的倾向也较小，具有更好的铸造工艺性；且热处理方法简便，只需进行简单的正火+回火即可，十分适合用于铸造诸如高速动车组用车钩等铁路部件。

200610017797.1不仅加入的合金元素种类比较多(Ni、Cr、Mo、V等)，同时合金元素添加量也较多，Ni达到了4.0-4.5％，Cr达到了0.7-1.2％，Mo达到了0.40-0.50％，从而使得其在冶炼过程中的成分控制非常困难、冶炼工艺复杂、生产成本高。而本发明由于添加合金的种类和含量都较少，只需添加两种合金元素钒和镍，因此，冶炼工艺和操作都很简便、生产成本低，而且可焊性好。

同时，200610017797.1对杂质元素硫(S)、磷(P)要求控制严格，硫(S)和磷(P)的总含量小于等于0.025％，这给工业冶炼控制带来很大难度，需要采用电炉+AOD精炼炉双联工艺冶炼，工业应用范围相对较窄，而本发明对杂质元素硫(S)、磷(P)要求控制比较宽松，P，S含量只需分别控制小于等于0.030％即可，普通电弧炉和中频感应电炉即可生产，适用面更广，从而有利于工业化实施和推广；此外，200610017797.1的热处理工艺复杂繁琐，推广面小，适用性差。