[发明专利]低成本E级钢

说明书

技术领域

本发明属于钢材，特别涉及一种低成本E级钢。

技术背景

E级钢作为一种铸造低碳、低合金钢，广泛应用于铁路机车车辆配件之各型缓冲器箱体、钩尾框、车钩钩体、钩舌等。技术条件规定这种铸造E级钢成分为：0.22％-0.28％C、0.20％-0.40％Si、1.20％-1.50％Mn、0.40％-0.6％Cr、0.35％-0.55％Ni、0.20％-0.30％Mo、S、P≤0.040％、Cu≤0.30％，铸件经调质处理后其随炉试棒机械性能要达到：抗拉强度σb≥830MPa、屈服强度σs≥690MPa、6≥14％、ψ≥30％、-40℃低温冲击AKv≥27J(在三个冲击试块的平均AKv值不小于27J的前提下，允许其中一个试块的AKv值达到18J以上即判定冲击合格)，硬度：241HBW-302HBW。自2005年起。市场上铸造E级钢用重要原材料(含60％Mo)Mo铁的价格急涨，一度达46万元/吨，2006另一重要原材料Ni板的价格也扶摇直上，铸造E级钢的成本大幅增加，而铸件的价格却不变。另外，在长期生产实践中，我们也发现了一些现用E级钢存在的问题，如：(1).含碳低，当C含量不足0.25％时，60％的铸件强度低、硬度低，需热处理返工处理，甚至是解剖实物箱体降低性能标准才能放行。(2).Mn、Cr、Ni含量较多，碳当量值较大，按MES1.16F给出的碳当量CE＝C％+Mn％/6+(Cr％+Mo％)/5+(Ni％+Cu％)/15计算公式，计算出其最小碳当量为0.6，最大碳当量为0.77，造成铸件易产生裂纹，且不利于铸件焊修。

参考多年来，我们生产美国MIENER缓冲器箱体经验，美国箱体这种铸件技术条件规定成分范围为：0.27％-0.33％C、0.70％-1.00％Mn、0.30％-0.50％Mo、0.03％-0.08％Al、≤0.20％Cu、≤0.25％Cr、≤0.25％Ni、S、P、Si含量与我国铁路用E级钢铸件规定相同，并规定碳当量不能超过0.68。机械性能要达到：抗拉强度σb≥830MPa、屈服强度σs≥690MPa、δ≥14％、ψ≥30％、-40℃低温冲击AKv≥20J(三个冲击试块的AKv值都要达到20J以上)，硬度：255HBW-321HBW。可见美国箱体机械性能要求与我国铁路用E级钢铸件也基本相同。但是美国箱体成分规范中C含量较我国铁路用E级钢铸件大，合金元素除Mo外均低于我国E级钢铸件，Cr、Ni更是作为残余元素存在，0.03％-0.08％的Al能改善材料的低温冲击性能。以Mo含量0.35％(实际生产中一般Mo含量在0.30％-0.33％)计算生产成本，仍低于我国E级钢铸件(Mo含量以0.25％计)，且碳当量0.53-0.68时，其热处理一次合格率高，铸件焊修性好。

结合上述两种铸件成分规范及我们掌握的金属材料知识，在含C量较低时，随含C量增加，热处理后钢的强度、硬度增加明显，新材料配方中应适当增加C含量；Si含量增加，增加铸造及热处理裂纹倾向，Si含量不宜增加；Mn和Cr虽然属于提高材料强度、硬度合金，但在现有E级钢成分规范中用量已足够多，且这二元素对增加材料碳当量作用明显，另外Mn还增加材料热处理氧化脱碳敏感倾向，这二元素在新材料配方中不宜增加，甚至Mn含量要稍降些；Al与铸件中的氮能形成AlN，一方面消除氮对脆性转变温度的有害作用，一方面控制钢的晶粒度，新材料配方中应要求适量的Al；S、P、Cu在钢中作为有害元素，控制在≤0.04％S、≤0.04％P、≤0.25％Cu  即可；Mo和Ni原材料价格较贵，在新材料通过热处理能达到其机械性能要求的前提下，应尽量少加，甚至不加，从而降低铸件成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本E级钢。即：调整E级钢中各合金元素配方，降低材料中贵重合金元素Mo、Ni含量，并通过相应热处理工艺的改进，在保证新E级钢机械性能的前提下，降低E级钢制零件的制作成本。

本低成本E级钢新材料配方的内容是：

低成本E级钢配方：

0.27％-0.32％C、0.20％-0.40％Si、1.10％-1.40％Mn、0.30％-0.50％Cr、0.15％-0.25％Ni或0.10％-0.20％Mo(Ni和Mo这两种贵重金属只存在一种即可)、0.03％-0.08％Al、S、P≤0.040％、Cu≤0.25％。

发明的优点特点：

本技术方案是一种低成本E级钢新材料配方，是一种微Ni无Mo或微Mo无Ni的低成本E级钢新材料成分配方。

本新材料适用于铁路客货车各型缓冲器箱体及钩尾框、钩舌等铸件。