[发明专利]一种抗零下70度低温冲击的B级钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金领域，具体是一种抗低温冲击的钢材及其制备方法。

背景技术

随着近年来国内外铁路行业的高速发展，为适应铁路货车重载提速要求，铁路货车对主要配件的耐低温性能要求越来越严格，特别是对货车的重要组成部分摇枕、侧架的材质B级钢的要求越来越严格，国内铁路行业对B级钢的低温冲击要求为-7℃时AKv为大于20J。

国内外重载高速列车在严寒地带的运行中,时常出现零部件的低温断裂,严重影响列车的正常运转。为此俄罗斯、乌克兰等冬季寒冷地带的国家对货车摇枕、侧架的耐低温性能要求已经达到-60℃时AKv为18J。

随着环境温度的降低，金属由韧性转变为脆性是普遍存在的现象，B级钢也不例外。随着温度的降低，其强度升高，塑性、韧性降低，在低温时受冲击载荷或缺口应力集中时可能会突然发生脆性断裂。要改善钢的低温韧性，就要降低低温钢的脆性转变温度，这样钢在较低的温度下工作，仍然保持较高的韧性，而不至于发生脆性破坏。一般情况下，使金属固溶强化的元素Si、W、Mo的等均使合金的低温韧性降低；特别是一些在钢的晶界上形成脆性相的元素P，更显著使钢的低温韧性降低；另外C元素过高也会使低温钢的低温韧性降低，其含量在低温钢应该被适度限制，而少数合金元素Ni、Mn能显著改善钢的低温韧性，应保证其一定的含量。

发明内容

本发明目的是为了解决现有B级钢抗低温冲击韧性低的问题，而提供一种抗零下70度低温冲击的B级钢及其制备方法。

本发明抗零下70度低温冲击的B级钢的化学成分由质量百分比为：C（碳）：0.16%～0.22%，Si（硅）：0.20%～0.30%，Mn（锰）：0.8%～1.0%，P（磷）≤0.02%，S（硫）≤0.02%，Cr（铬）：0.3%～0.5%，Ni（镍）：0.3%～0.4%，V（钒）：0.04%～0.07%，Re（铼）：0.03%～0.05%，Cu（铜）≤0.30%和余量的Fe（铁）组成。

本发明抗零下70度低温冲击的B级钢中加入适量的V（钒）,其作用主要体现在两个方面：一是以微合金化的形式即靠合金强化来提高B级钢的强度，特别是屈服强度得以显著提高；二是在B级钢中加入适量的V，其合金组织的晶粒度细化，从而显著提高低合金钢的低温韧性。

而通过在抗零下70度低温冲击的B级钢中加入稀土元素Re可以起到净化钢液、变性夹杂物和微合金化、细化晶粒的作用,能显著提高B级钢的常温和低温韧性。

本发明抗零下70度低温冲击的B级钢的制备方法按下列步骤实现：

一、在碱性电弧炉的炉底铺上占炉料总质量2%～2.5%的石灰，加入经抛丸除尘处理后的废钢，再加入占炉料总质量0.8%～0.90%的废电极配碳，加热至废钢熔化，脱磷后得到钢液；

二、向步骤一中的钢液中加入占炉料总质量17%～20%的铁矿石，脱碳至钢液中C含量≤0.10wt%，脱磷至P含量为0.010wt%～0.015wt%，然后升高温度至1600～1610℃，保持8～10分钟，扒渣处理后得到氧化后的钢液；

三、向氧化后的钢液中加入占炉料总质量0.4%的Fe-Mn合金进行预脱氧，然后加入占炉料总质量1.5%～1.7%的石灰、占炉料总质量0.6-0.7%的氟石和占炉料总质量0.6%～0.7%的硅砖造稀薄渣，再加入占炉料总质量0.7%～0.8%的碳粉，造渣15～20min，得到白渣钢液；

四、白渣钢液中加入占炉料总质量0.8%～0.9%的Fe-Mn合金、占炉料总质量0.6～0.7%的Fe-Cr合金、占炉料总质量0.35%～0.45%的Fe-Si合金、占炉料总质量0.1%～0.15%的Fe-V合金、占炉料总质量0.35%～0.40%的Fe-Ni合金和占炉料总质量0.08%～0.12%的电极，然后插入占炉料总质量0.1%～0.15%的Al脱氧，以1600℃～1620℃的温度出钢，出钢后向钢包内加入占炉料总质量0.06%～0.08%的稀土Re丝，钢液静止4～5min，浇注后冷却到室温得到B级钢；

五、将步骤四得到的B级钢升温到760～780℃，保温80～100min后再升温到920～930℃，保温110～130min，然后先空冷10～20min再风冷至200℃以下完成一次正火；再将B级钢升温到760～780℃，保温80～100min后再升温到870～880℃，保温110～130min，先空冷10～20min再风冷至200℃以下完成二次正火，得到抗零下70度低温冲击的B级钢；

其中步骤三中Fe-Mn合金中Mn含量为98wt%；