[發明專利]一種屈服強度390MPa級別高鐵轉向架構架用鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 201910362422.6
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110029279B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 王純;余偉;劉敏;陳雨來;何春雨;程知松
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04;C22C38/02;C22C38/42;C22C38/50;C22C38/48;C22C38/46;C21D8/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明公開了一種屈服強度390MPa級別高鐵轉向架構架用鋼及其制備方法，其化學成分質量分數為C0.07～0.12％，Mn：0.50～1.00％，Si：0.15～0.35％，P≤0.020％，S≤0.01％，Ni：0.20～0.50％，Cr：0.30～0.80％，Cu：0.2～0.05％，Ti：0.015～0.025％，Nb：0.01?0.04％，V：0～0.07％，Ca:0.001?0.002％。其余為Fe和不可避免的雜質。上述成分冶煉、澆鑄后，經1200℃加熱后，熱加工至所需尺寸，再控制冷卻。鋼的顯微組織為鐵素體+珠光體，屈服強度390MPa～460MPa，抗拉強度520MPa～620MPa，斷后伸長率≥20％，?40℃V型缺口沖擊功≥120J，鋼的碳當量CEQ≤0.35％，抗裂紋敏感性指數Pcm≤0.20％。所述鋼種具有成本低、綜合力學性能優異、易焊接、耐腐蝕等特點。

技術領域

本發明公開了一種屈服強度390MPa級別高鐵轉向架構架用鋼及其制備方法，屬于金屬材料領域，所述鋼種能夠滿足高鐵輕量化、高寒地區服役、易焊接和耐腐蝕的需求。

背景技術

隨著我國鐵路的第六次大提速，中國已經邁進了高速鐵路時代。高速列車轉向架用鋼要求不僅具有一定的強度和較高的韌性，同時還應具有良好的焊接性能、抗疲勞性能和耐腐蝕性能。目前所用的轉向架用鋼如Q345系列和S355鋼強度低，低溫韌性較差，且高鐵轉向架鋼材目前多采用歐洲標準。因此，開發自主知識產權的新型高速列車轉向架用鋼具有十分現實的意義。

中國發明專利CN 105063485 A中355MPa級低溫韌性厚板鋼采用低碳（%C≤0.14%）、鈮釩微合金化，嚴格控制磷硫含量，采用TMCP工藝，最終獲得屈服強度≥365MPa，抗拉強度≥500MPa，-60℃的Charpy橫向沖擊功≥100J。另外，中國發明專利CN 104498827 A中355MPa級大線能量焊接用鋼采用低碳（%C≤0.10%）和低碳當量，適量添加Nb、Ti，提高再結晶區軋制階段壓下率，優化TMCP工藝，控制終冷溫度，獲得屈服強度≥355MPa，抗拉強度≥510MPa，延伸率≥20%，-40℃的1/4處和心部常規沖擊功均值≥200J。上述兩種方法都存在鋼中含碳、錳元素含量較高、工藝較繁瑣等缺點。

發明內容

本發明涉及一種屈服強度390MPa級別高鐵轉向架構架用鋼，滿足高鐵輕量化、高寒地區服役、易焊接和耐腐蝕的需求。

一種屈服強度390MPa級別高鐵轉向架構架用鋼，其化學成分質量分數為C0.07～0.12%，Mn：0.50～1.00%，Si：0.15～0.35%，P≤0.020%，S≤0.01%，Ni：0.20～0.50%，Cr：0.30～0.80%，Cu：0.2～0.5%，Ti：0.015～0.025%，Nb：0.01-0.04%，V：0～0.07%，Ca:0.001-0.002%。其余為Fe和不可避免的雜質。

如上所述一種屈服強度390MPa級別高鐵轉向架構架用鋼的制備方法，制備步驟如下：按照上述化學成分進行冶煉、澆鑄，將鑄坯加熱到1150-1220℃完全奧氏體化后，再進行軋制，粗軋終軋溫度≥1020℃，精軋開軋溫度≤950℃，精軋終止溫度800~880℃，軋后采用5~10℃/s的速度冷卻至550~650℃，然后空冷或緩慢冷卻至室溫。

本發明鋼的顯微組織為鐵素體+珠光體，屈服強度390MPa~460MPa，抗拉強度520MPa~620MPa，斷后伸長率≥20%，-40℃條件下的V型缺口沖擊功≥120J，韌脆轉變溫度達到-60℃。鋼的碳當量CEQ≤0.35%，抗裂紋敏感性指數Pcm≤0.20%。

采用390MPa級高鐵轉向架用鋼，可以提升鋼板的力學性能，滿足極寒天氣高鐵的使用需求；還可以采用合金和微合金化方法，提升鋼的耐工業大氣和濱海大氣腐蝕能力，使轉向架壽命滿足車輛與車輛壽命周期一致，大幅度減少車輛維護成本。考慮390MPa級高鐵轉向架用鋼的強度級別，以及需要的低溫服役性能、耐蝕性能和焊接性能。在成分設計中考慮如下元素及其影響：