一种微合金化长寿命、高强韧性高铁板簧用钢及其生产工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种微合金化长寿命、高强韧性高铁板簧用钢，其由以下质量百分比的化学元素组成：C：0.45%‑0.47%，Si：0.20%‑0.30%，Mn：0.95%‑1.10%，Cr：1.00%‑1.20%，V：0.10%~0.20%，Cu≤0.20%，Ni：0.10%~0.20%，Nb：0.02%~0.03%，P≤0.010%，S≤0.003%，Sn≤0.005%，[H]≤0.00015%，[O]≤0.0015%，[N]≤0.0050%，余量为Fe。本发明专利技术还公开了该高铁板簧用钢的生产工艺，本发明专利技术成分设计合理、工艺先进，与目前市场上供应的高铁板簧用钢相比具有更高的纯净度、更高的强韧性、更细的晶粒度、更高的疲劳寿命。A类、B类、D类、Ds类夹杂物已稳定控制在≤1.0级，C类夹杂物未检测出。

【技术实现步骤摘要】
一种微合金化长寿命、高强韧性高铁板簧用钢及其生产工艺
本专利技术属于合金钢
，涉及钢铁行业中的弹簧扁钢，具体涉及一种微合金化长寿命、高强韧性高铁板簧用钢钢种设计及其生产工艺。
技术介绍
近年来，中国高铁横空出世，一鸣惊人。在引进国外技术消化吸收的基础上，根据我国国情、路情进行创新，建立了具有自主知识产权、世界领先的技术标准体系，在短短不到十年的时间里，便在国内纵横东南西北，目前国家正在布局“八纵八横”高铁网。目前我国高铁总里程超过3.5万公里，位居世界第一，我国也是世界上唯一一个高铁成网运行的国家，高铁加快了中国城市化和工业化的进程。高铁是我国制造业成就的体现，是我国高端制造业走向世界的名片。但是我国高铁核心部件，轴承、车轴、车轮、减振簧等依然依赖进口，国产化还面临很多困难，我国高铁相关配套部件远远落后于高铁本身的发展速度，尤其是基础材料、高精度加工设备等。高铁动车组是一种客运电力机车，运行速度250km/h～360km/h，对安全性和舒适性要求非常高，国外普遍使用51CrV4制造高铁板簧，相当于我国《弹簧钢》(GB/T1222-2016)标准中51CrMnV弹簧材质，该板簧用于动车转向架电动机悬挂系统，在工作中受40KN的垂向载荷和12mm的横向位移，其质量的好坏严重影响高铁行车安全。现有钢种51CrV4(51CrMnV)由于强韧性限制，制成的板簧重量大，影响了高铁的重量，造成大量的能源消耗；而且由于现有轧制工艺的限制，现有板簧疲劳寿命只能达到500万次，无法替代进口产品。这就需要开发一种具有自主知识产权的全新的长寿命、高强韧性高铁板簧用钢。材料的强韧性主要依靠合金元素及其组织形态，而疲劳寿命涉及到纯净度、脱碳层、组织均匀性等。国家《弹簧钢》(GB/T1222-2016)标准中对51CrMnV弹簧材质进行了以下规定：C:0.47％-0.55％，Si:0.17％-0.37％，Mn:0.70％-1.10％，Cr:0.90％-1.20％，P≤0.025％，S≤0.020％，V:0.10％～0.25％，Ni≤0.35％，Cu≤0.25％，O≤0.0025％。850℃±20℃油淬+450℃±50℃回火热处理后综合机械性能：Rm≥1350MPa，Rel≥1200MPa，A≥6％，Z≥30％；脱碳层≤厚度的1.2％；末端淬透性：J1.5：57HRC～65HRC，J3：56HRC～65HRC，J5：55HRC～64HRC，J7：54HRC～64HRC，J9：53HRC～63HRC，J11：51HRC～63HRC，J13：50HRC～63HRC，J15：48HRC～62HRC，J20：44HRC～62HRC，J25：41HRC～62HRC，J30：37HRC～61HRC，J35：35HRC～60HRC，J40：34HRC～60HRC，J45：33HRC～59HRC，J50：32HRC～58HRC；非金属夹杂物A粗≤1.5级，A细≤2.0级，B粗≤1.5级，B细≤2.0级，C粗≤1.0级，C细≤1.5级，D粗≤1.0级，D细≤1.5级，Ds≤2.0级。目前进口的高铁板簧用钢，经表面加工+热处理+板簧加工，可以达到Rm：1350～1500MPa，Rel：1200～1300MPa，A：6％～10％，Z：30％～40％；脱碳层≤厚度的1.2％；末端淬透性：J1.5：57HRC～65HRC，J3：56HRC～65HRC，J5：55HRC～64HRC，J7：54HRC～64HRC，J9：53HRC～63HRC，J11：51HRC～63HRC，J13：50HRC～63HRC，J15：48HRC～62HRC，J20：44HRC～62HRC，J25：41HRC～62HRC，J30：37HRC～61HRC，J35：35HRC～60HRC，J40：34HRC～60HRC，J45：33HRC～59HRC，J50：32HRC～58HRC；非金属夹杂物A粗≤1.5级，A细≤2.0级，B粗≤1.5级，B细≤2.0级，C粗≤1.0级，C细≤1.5级，D粗≤1.0级，D细≤1.5级，Ds≤2.0级。但这种钢生产的板簧为确保其安全性，导致板簧厚度大，运载效率低；由于未能充分细化晶粒，导致板簧强韧性差，使用寿命低，综合使用成本高。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种具备长寿命、高强韧性高铁板簧用钢，本专利技术的产品具备较国家《弹簧钢》(GB/T1222-2016)标准中51CrMnV弹簧材质更高的强韧性、纯净度和疲劳寿命；本专利技术的另一目的在于提供该高铁板簧用钢的生产工艺。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种微合金化长寿命、高强韧性高铁板簧用钢，其由以下质量百分比的化学元素组成：C：0.45％-0.47％，Si：0.20％-0.30％，Mn：0.95％-1.10％，Cr：1.00％-1.20％，V：0.10％～0.20％，Cu≤0.20％，Ni：0.10％～0.20％，Nb：0.02％～0.03％，P≤0.010％，S≤0.003％，Sn≤0.005％，[H]≤0.00015％，[O]≤0.0015％，[N]≤0.0050％，余量为Fe。本专利技术的进一步改进方案为：一种微合金化长寿命、高强韧性高铁板簧用钢生产工艺，包括如下步骤：(1)KR脱硫：采用KR脱硫方法，在铁水包中搅拌铁水，形成漩涡，向漩涡中投入自制脱硫剂，使脱硫剂与铁水中的硫充分反应，再通过彻底扒渣去除脱硫产物，降低铁水S含量，确保脱硫后铁水S≤0.003％；(2)转炉冶炼：在100吨以上的顶底复吹式转炉中冶炼，以纯铁水为原料进行初炼，实现预脱P，出钢加入石灰、合成精炼渣及多种高纯合金进行预脱氧及成分初调；(3)精炼：在100吨以上的LF炉中进行钢水深脱氧及合金化，精炼过程全程搅拌，精炼前期大搅拌，通过钢渣反应强化脱S、去除夹杂；精炼后期采用弱搅拌，防止钢水二次氧化；(4)真空脱气：在LF精炼后采用RH循环脱气设备进行真空脱气和去除夹杂物处理；(5)夹杂物变性与软吹：真空处理之后喂60m～80m硅钙丝线对夹杂物变性并于第一时间进行软吹，软吹时间为35分钟以上，确保夹杂物充分上浮去除；(6)连铸：采用大圆坯连铸机，使用低硅中间包覆盖剂、弹簧钢专用结晶器保护渣，采用保护渣自动烘烤、自动添加装置确保均匀及时添加，实行全程全保护浇铸生产连铸圆坯；(7)开坯：采用蓄热式步进加热炉加热；(8)钢坯精整：对钢坯进行表面剥皮，去除脱碳层；(9)加热：采用蓄热式步进加热炉加热，钢坯加热采用全自动智能燃烧系统；(10)轧制：利用连轧、穿水生产线生产扁钢。(11)精整：采用人工检查修磨进行逐支检查消缺，确保钢材表面质量。进一步的，所述步骤(2)转炉冶炼时，采用挡渣锥和滑板进行复合挡渣，下渣检测自动报警连锁装置，确保无渣出钢，实现“零”回P。进一步的，所述步骤(3)精炼时，造碱度R：5-8的精炼渣；控制石灰与精炼渣的配比在2:1。进一步的，所述步骤(4)真空脱气时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微合金化长寿命、高强韧性高铁板簧用钢，其特征在于，由以下质量百分比的化学元素组成：C：0.45%-0.47%，Si：0.20%-0.30%，Mn：0.95%-1.10%，Cr：1.00%-1.20%，V：0.10%~0.20%，Cu≤0.20%，Ni：0.10%~0.20%，Nb：0.02%~0.03%，P≤0.010%，S≤0.003%，Sn≤0.005%，[H]≤0.00015%，[O]≤0.0015%，[N]≤0.0050%，余量为Fe。/n

【技术特征摘要】
1.一种微合金化长寿命、高强韧性高铁板簧用钢，其特征在于，由以下质量百分比的化学元素组成：C：0.45%-0.47%，Si：0.20%-0.30%，Mn：0.95%-1.10%，Cr：1.00%-1.20%，V：0.10%~0.20%，Cu≤0.20%，Ni：0.10%~0.20%，Nb：0.02%~0.03%，P≤0.010%，S≤0.003%，Sn≤0.005%，[H]≤0.00015%，[O]≤0.0015%，[N]≤0.0050%，余量为Fe。


2.一种生产如权利要求1所述的微合金化长寿命、高强韧性高铁板簧用钢的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）KR脱硫：采用KR脱硫方法，在铁水包中搅拌铁水，形成漩涡，向漩涡中投入自制脱硫剂，使脱硫剂与铁水中的硫充分反应，再通过彻底扒渣去除脱硫产物，降低铁水S含量，确保脱硫后铁水S≤0.003%；
（2）转炉冶炼：在100吨以上的顶底复吹式转炉中冶炼，以纯铁水为原料进行初炼，实现预脱P，出钢加入石灰、合成精炼渣及多种高纯合金进行预脱氧及成分初调；
（3）精炼：在100吨以上的LF炉中进行钢水深脱氧及合金化，精炼过程全程搅拌，精炼前期大搅拌，通过钢渣反应强化脱S、去除夹杂；精炼后期采用弱搅拌，防止钢水二次氧化；
真空脱气：在LF精炼后采用RH循环脱气设备进行真空脱气和去除夹杂物处理；
（5）夹杂物变性与软吹：真空处理之后喂60m~80m硅钙丝线对夹杂物变性并于第一时间进行软吹，软吹时间为35分钟以上，确保夹杂物充分上浮去除；
（6）连铸：采用大圆坯连铸机，使用低硅中间包覆盖剂、弹簧钢专用结晶器保护渣，采用保护渣自动烘烤、自动添加装置确保均匀及时添加，实行全程全保护浇铸生产连铸圆坯；
（7）开坯：采用蓄热式步进加热炉加热；
（8）钢坯精整：对钢坯进行表面剥皮，去除脱碳层；
（9）加热：采用蓄热式步进加热炉加热，钢坯加热采用全自动智能燃烧系统；
（10）轧制：利用连轧、穿水生产线生产扁钢；
（11）精整：采用人工检查修磨进行逐支检查消缺，确保钢材表面质量。


3.根据权利要求2所述的一种微合金化长寿命、高强韧...

【专利技术属性】
技术研发人员：左辉，王子健，唐宁，石可伟，许正周，郑力宁，肖波，翟万里，
申请(专利权)人：江苏利淮钢铁有限公司，江苏沙钢集团淮钢特钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32