一种高铁焊接型转向架用的低密度钢及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种低密度钢，包括以下质量百分比的化学成分：C0.27～0.38％，Al 4.5～5.5％，Mn 9.6～11.9％，Mg 0.0005～0.0015％，O0.0005～0.0010％，Si≤0.20％，S≤0.005％，P≤0.005％，N≤0.0005％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中，所述C、Al和Mn的质量百分比满足：0.2≤[(Mn/C)

【技术实现步骤摘要】
一种高铁焊接型转向架用的低密度钢及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于钢铁冶炼和热处理领域，具体涉及一种低密度钢及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]转向架是轨道车辆结构中最为重要的部件之一，集承载、牵引、缓冲、转向及制动等功能于一身，对整个轨道车辆的安全运行起到至关重要的作用。
[0003]转向架根据制造工艺的不同，分为传统的焊接型和全装配无焊接型，前者采用钢材，后者则采用轻质化新材料。目前焊接型转向架依然占据主导地位。焊接型转向架多采用Cr
‑
Ni
‑
Cu合金体系的S355J2W和SMA490BW耐候钢。这两种钢都要经过正火热处理。正火可以使钢材的结晶晶粒细化，不但可以提高强度，还能显著提高冲击韧性，降低构件的开裂倾向，进而提高钢的焊接性能。另外，正火还能提高钢性能的稳定性。高铁列车由于速度快，对焊接型转向架用钢性能规定了更高的要求，具体地：屈服强度不低于355MPa，抗拉强度不低于490MPa，断后延伸率不低于20％，
‑
40℃夏比冲击功不低于27J，同时还要有良好的焊接性能、抗疲劳性能和耐大气腐蚀能力。
[0004]为了进一步提高速度、节能减排，人们降低高铁列车重量(“轻量化”)的愿望越来越强烈，并持续进行努力和尝试。高铁列车每节车厢安装有2个转向架。以常见的8节车厢的短编组列车为例，整个高铁列车安装有16个转向架。高铁的车体已经采用了轻质的铝合金，轻量化的关注点集中到了焊接型转向架。传统耐候钢属于低碳低合金钢，密度通常为7.85g/cm3，如何在现有S355J2W和SMA490BW耐候钢工艺设备基础上研发出轻质、高强、高韧、焊接性能好的焊接型转向架用钢，成为高铁列车轻量化研究的热点。
[0005]现有技术中已经出现通过添加铝来降低钢材密度，从而达到轻量化目的。如公开号CN103741057A(公开日2014年4月23日)的中国专利技术专利申请“一种低密度高耐海洋环境腐蚀钢板及其生产工艺”，公开号CN106756478A(公开日2017年5月31日)的中国专利技术专利申请“一种经济型耐海水腐蚀用低密度低合金钢及其制备方法”，公开号CN114480984 A(公开日2022年5月13日)的中国专利技术专利申请“一种Ti合金化低密度高强钢及其制备方法”，公开号CN115323278A(公开日2022年11月11日)的中国专利技术专利申请“一种屈服700MPa级低密度钢及其热处理方法”，以及公开号CN114107830A(公开日2022年3月1日)的中国专利技术专利申请“一种宽温域使用低密度耐磨钢及其制备方法”，等。但是CN103741057A和CN106756478A，两种低密度钢中铝的质量百分比最高仅2.0％，对于轻量化贡献不显著。CN114480984 A、CN115323278 A和CN114107830 A，所涉及的低密度高强钢的碳含量过高，碳的质量百分比最低为0.7％，CN 114480984A中碳含量甚至超过1.0％。过高的碳含量会严重降低钢的塑韧性，使钢变脆，还会降低钢的焊接性能，因此均无法满足转向架的性能要求。CN114892084A和CN112281074A，钢在控轧控冷后都采用了快冷工艺，无法与现有的转向架用正火钢板的工艺设备匹配。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种高铁焊接型转向架用低密度钢，以代替S355J2W和SMA490BW耐候钢。该低密度钢板在满足高速列车焊接型转向架性能要求的同时，显著减轻转向架的重量，实现列车轻量化，从而减少能源消耗，提高能源利用率，有利于高铁进一步提速。本专利技术还提供该一种高铁焊接型转向架用低密度中厚钢板的制备方法。
[0007]为实现上述技术效果，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0008]一种高铁焊接型转向架用低密度钢，包括以下质量百分比的化学成分：
[0009]C 0.27～0.38％，Al 4.5～5.5％，Mn 9.6～11.9％，Mg 0.0005～0.0015％，O0.0005～0.0010％，Si≤0.20％，S≤0.005％，P≤0.005％，N≤0.0005％，余量为Fe和不可避免的杂质；
[0010]其中，为使正火后，钢中奥氏体大于δ铁素体，所述C、Al和Mn的质量百分比满足：0.2≤[(Mn/C)
0.5
]/Al2≤0.3。
[0011]优选地，所述低密度钢，包括如下质量百分比的化学成分：
[0012]C 0.28～0.33％，Al 4.7～5.2％，Mn 10.4～11.6，Mg 0.0006～0.0010％，O0.0005～0.0010％，Si≤0.2％，S≤0.004％，P≤0.0035％，N≤0.00035％，余量为Fe和不可避免的杂质。所述C、Al和Mn的质量百分比满足：0.23≤[(Mn/C)
0.5
]/Al2≤0.3。
[0013]本专利技术的另一个目的在于提供一种高铁焊接型转向架用低密度中厚钢板的制备方法，包括以下步骤:
[0014](5)铸造：
[0015]按照本专利技术所述的低密度钢的成分配比进行冶炼，将获得的钢水浇铸成钢锭；
[0016](6)加热：
[0017]将钢锭加热至1100～1200℃，并保温2～3h，以进行均质化处理；
[0018](7)轧制：
[0019]采用两阶段轧制，在奥氏体再结晶区进行第一阶段轧制，不控制开轧温度，终轧温度大于950℃，压下率为52.5％～63.7％；然后待钢板温度下降到两相区进行第二阶段轧制，开轧温度为900～950℃，终轧温度为700～800℃；两阶段轧制的总压下率为80～90％，得到热轧钢材，空冷至室温；
[0020](8)正火处理：
[0021]将冷却至室温的热轧钢板在750～1200℃保温1h，随后空冷至室温，即得。
[0022]优选地，所述步骤(1)中，钢锭的厚度为50～150mm。
[0023]优选地，所述步骤(2)中，钢锭的保温温度满足：
[0024]T
h
＝1233.3+16.67
×
[Al]×
100
‑
16.67
×
[Mn]×
100；
[0025]其中[Al]和[Mn]分别是Al和Mn在所述低密度钢中的质量百分含量。
[0026]优选地，所述步骤(3)中，热轧钢板的厚度为10～25mm。
[0027]优选地，所述步骤(3)中，第二阶段轧制时的开轧温度满足：
[0028]Ts＝966.67+8.33
×
[Al]×
100
‑
8.33
×
[Mn]×
100，
[0029]终轧温度满足
[0030]Te＝833.33+16.67
×
[Al]×
100
‑
16.67
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高铁焊接型转向架用的低密度钢，包括以下质量百分比的化学成分：C 0.27～0.38％，Al 4.5～5.5％，Mn 9.6～11.9％，Mg 0.0005～0.0015％，O0.0005～0.0010％，Si≤0.20％，S≤0.005％，P≤0.005％，N≤0.0005％，余量为Fe和不可避免的杂质；其中，所述C、Al和Mn的质量百分比满足：0.2≤[(Mn/C)
0.5
]/Al2≤0.3。2.根据权利要求1所述的低密度钢，其特征在于，所述低密度钢包括如下质量百分比的化学成分：C 0.28～0.33％，Al 4.7～5.2％，Mn 10.4～11.6，Mg 0.0006～0.0010％，O0.0005～0.0010％，Si≤0.2％，S≤0.004％，P≤0.0035％，N≤0.00035％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述C、Al和Mn的质量百分比满足：0.23≤[(Mn/C)
0.5
]/Al2≤0.3。3.一种高铁焊接型转向架用低密度中厚钢板的制备方法，包括以下步骤:(1)铸造：按照权利要求1或2中所述的低密度钢的成分配比进行冶炼，将获得的钢水浇铸成钢锭；(2)加热：将钢锭加热至1100～1200℃，并保温2～3h，以进行均质化处理；(3)轧制：采用两阶段轧制，在奥氏体再结晶区进行第一阶段轧制，不控制开轧温度，终轧温度大于950℃，压下率为52.5％～63.7％；然后待钢板温度下降到两相区进行第二阶段轧制，开轧温度为900～950℃，终轧温度为700～800℃；两阶段轧制的总压下率为80～90％，得到热轧钢材，空冷至室温；(4)正火处理：将冷却至室温的热轧钢板在750～1200℃保温1h，随后空冷至室温，即得。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，钢锭的厚度为50～150mm。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，钢锭的保温温度满足：T
h
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴斯，张关震，吴毅，赵飒，张澎湃，张恒，张明明，徐璐，卢思哲，
申请(专利权)人：北京中铁科新材料技术有限公司中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所铁科金化科技有限公司中国铁道科学研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：