【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种火车电缆槽道用450mpa级低成本高强度钢及其制备方法，属于低合金高强度结构钢领域。
技术介绍
1、q355b钢的屈服强度达到355mpa，是一种低合金高强度结构钢，因其良好的焊接性和较高的强度而被广泛应用于各种工程结构中。在铁路行业，火车电缆槽道是关键组件之一，是高铁安全运行的重要保证，由于火车行驶和铁路维护工作的需要，电缆槽道需承受一定的机械负载。这包括直接的碾压负载，如：火车轮压，以及间接的振动和冲击负载。然而，目前成熟商用标准的q355b钢材质的火车电缆槽道因其强韧性较低，在服役一段时间后需要更换，尤其是在复杂工况下更换时间大幅度缩短，大大限制了铁路行业的发展，因此亟待开发一种具备高强度、高韧性的新型结构用钢来支撑我国铁路的高速发展。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种火车电缆槽道用450mpa级低成本高强度钢及其制备方法，通过精确添加一定含量的钛元素和控制氮含量，旨在避免形成tin夹杂物，同时确保合适的ti和c的元素比例。这样，一部分碳能固溶进基体中，而另一部分与钛元素结合形成tic。tic能有效地钉扎奥氏体晶粒，抑制奥氏体晶界的移动，从而获得更细小的晶粒，提高材料的强度和硬度。此外，通过改进热处理工艺，打破传统热处理模式，在淬火后获得具有更高硬度的马氏体组织。随后的回火热处理能够产生回火马氏体组织和弥散的fe3c，进一步提高材料的塑性，同时保持良好的强度。最终制备出具有最佳强度和塑性搭配的材料。
2、本专利技术的技术方案是：>
3、一种火车电缆槽道用450mpa级低成本高强度钢，以重量百分比计，该钢的化学成分为：c 0.10～0.30％，mn 0.8～1.2％，si 0.20～0.60％，ti 0.01～0.1％，p<0.01％，s<0.01％，o<0.0050％，n<0.0050％，余量为铁。
4、所述的火车电缆槽道用450mpa级低成本高强度钢，优选的，c：0.18～0.22％，ti：0.02～0.04％，c和ti的原子比控制在20～40之间。
5、所述的火车电缆槽道用450mpa级低成本高强度钢，优选的，n<0.0015％。
6、所述的火车电缆槽道用450mpa级低成本高强度钢的制备方法，包括如下步骤：
7、(1)按比例将各化学成分混合，经过冶炼和浇注获得钢锭；
8、(2)将获得的钢锭在奥氏体单相区锻造；
9、(3)将获得的钢锭进行热处理。
10、所述的火车电缆槽道用450mpa级低成本高强度钢的制备方法，步骤(2)中，锻造工艺为：初锻造温度1100～1200℃，锻造比大于8.0，锻后空冷至室温。
11、所述的火车电缆槽道用450mpa级低成本高强度钢的制备方法，步骤(3)中，热处理工艺为：首先在880～920℃保温50～70min后水淬至室温，然后在430～470℃保温120min～180min后空冷至室温。
12、所述的火车电缆槽道用450mpa级低成本高强度钢的制备方法，热处理后的性能指标如下：屈服强度达到450mpa以上，抗拉强度达到600mpa以上，延伸率达到25％以上，断面收缩率达到75％以上，洛氏硬度hrb达到95以上。
13、本专利技术的设计思想是：
14、本专利技术提出了一种低成本高性能火车用结构用钢的设计思路，通过采用微合金化和新型热处理工艺获得了一种新型高性能火车电缆槽道用低成本结构用钢的制备技术。首先，针对微合金化处理，在q355b钢中添加了微量的低成本ti元素。ti的加入有助于形成细小的tic，碳化物可以在热加工和热处理过程中钉扎奥氏体晶界，从而达到细化晶粒的目的，这些细晶粒的获得可以有效地提高材料的屈服强度。材料采用细晶强化机制可保证其在保持良好韧性的同时，具有更高的强度，更适合用于制造高强塑性的火车电缆槽道用钢。另一方面，新型高性能材料摒弃了传统的正火处理工艺，采用淬火和回火的热处理制度。采用匹配优化的热处理制度能够在新型材料中获得更多的马氏体结构和弥散的碳化物，进一步提高其屈服强度。通过淬火，钢材的微观组织得到了细化，而随后的回火则有助于调节马氏体组织，提高其塑韧性。
15、本专利技术的成分设计和热处理制度优化有两点，如下所述：
16、1)ti含量的添加及优化：钢中添加ti元素时，首先为了避免大颗粒具有典型棱角结构tin有害夹杂物的形成，必须严格控制氮元素的含量，确保钛的微量添加不会对钢的组织结构和力学性能产生负面影响，因此本专利技术钢中的氮含量控制在15ppm以下。其次，为了保证基体中固溶的ti的完全析出，通过控制钢中的c含量，确保c：ti原子比在20～40之间，通过tic析出相钉扎奥氏体晶粒获得均匀细小的微观组织，从而保证钢具有优异的强韧性。
17、2)热处理制度的创新：为解决传统正火处理后获得的铁素体组织强度不足问题。在本专利技术钢创新性的采用淬火+回火热处理制度。首先，采用淬火热处理，保证专利技术材料的微观组织为板条状马氏体和铁素体的双相组织，双相组织中的马氏体由于其具有高碳含量和扭曲的晶格结构，相比铁素体具有更高的强度和硬度，双相组织中的铁素体组织较软，保证材料的塑性。随后的回火处理制度旨在获得回火马氏体组织和保证fe3c碳化物的弥散均匀析出，这不仅提高了材料的强度，还改善了其塑性和韧性。本专利技术创新性的采用淬火+回火热处理工艺，获得典型的马氏体和铁素体双相组织，可显著提升火车电缆槽道用钢的综合性能。
18、本专利技术中主要元素含量范围说明如下：
19、c：碳与fe、ti元素形成fe3c和tic碳化物，在原始奥氏体晶界、板条边界等界面析出，钉扎位错、阻碍界面的移动，起到析出强化的作用，有效提高了材料的强度。碳含量的增加可以提高材料的强度和硬度，但是过高的含碳量会危害材料的塑性和韧性，同时也提高了焊接的难度，故本专利技术钢中的碳含量控制为0.18wt％～0.22wt％。
20、mn：锰可以通过固溶强化机制增强钢的强度和韧性。它在钢的晶格中替代铁原子，产生畸变，从而阻碍位错的移动，增加材料的屈服和抗拉强度。同时，可显著降低钢的马氏体形成温度ms点，提高合金钢的淬透性。但是，锰含量添加过高导致钢的韧性下降，使得材料变脆，同时会导致焊接性能下降，出现焊接裂纹和热影响区的脆化，故本专利技术钢中锰的含量控制为：0.8wt％～1.2wt％。
21、si：硅元素起到了几个关键作用：首先，作为脱氧剂，硅帮助去除钢液中的氧气，与氧反应形成硅二氧化物(sio2)，从而提高了钢的纯净度和整体质量。其次，硅通过固溶强化机制增强了钢的强度和硬度，这是因为硅原子在钢的晶格中替代铁原子，引入微小的畸变，使得位错移动变得更困难，从而提高了钢的机械性能。然而，硅的含量需要仔细控制，因为过高的硅含量可能会影响q355钢的焊接性能，主要是由于高硅含量可能导致焊缝金属中气孔的形成，降低焊接接头的质量，故本专利技术中硅含量控制为：0.20～0.60％。...
【技术保护点】
1.一种火车电缆槽道用450MPa级低成本高强度钢，其特征在于，以重量百分比计，该钢的化学成分为：C 0.10～0.30％，Mn 0.8～1.2％，Si 0.20～0.60％，Ti 0.01～0.1％，P<0.01％，S<0.01％，O<0.0050％，N<0.0050％，余量为铁。
2.根据权利要求1所述的火车电缆槽道用450MPa级低成本高强度钢，其特征在于，优选的，C：0.18～0.22％，Ti：0.02～0.04％，C和Ti的原子比控制在20～40之间。
3.根据权利要求1所述的火车电缆槽道用450MPa级低成本高强度钢，其特征在于，优选的，N<0.0015％。
4.一种权利要求1～3任一所述的火车电缆槽道用450MPa级低成本高强度钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.按照权利要求4所述的火车电缆槽道用450MPa级低成本高强度钢的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，锻造工艺为：初锻造温度1100～1200℃，锻造比大于8.0，锻后空冷至室温。
6.按照权利要求4所述的火车
7.按照权利要求6所述的火车电缆槽道用450MPa级低成本高强度钢的制备方法，其特征在于，热处理后的性能指标如下：屈服强度达到450MPa以上，抗拉强度达到600MPa以上，延伸率达到25％以上，断面收缩率达到75％以上，洛氏硬度HRB达到95以上。
...【技术特征摘要】
1.一种火车电缆槽道用450mpa级低成本高强度钢，其特征在于，以重量百分比计，该钢的化学成分为：c 0.10～0.30％，mn 0.8～1.2％，si 0.20～0.60％，ti 0.01～0.1％，p<0.01％，s<0.01％，o<0.0050％，n<0.0050％，余量为铁。
2.根据权利要求1所述的火车电缆槽道用450mpa级低成本高强度钢，其特征在于，优选的，c：0.18～0.22％，ti：0.02～0.04％，c和ti的原子比控制在20～40之间。
3.根据权利要求1所述的火车电缆槽道用450mpa级低成本高强度钢，其特征在于，优选的，n<0.0015％。
4.一种权利要求1～3任一所述的火车电缆槽道用450mpa级低成本高强度钢的制备方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：石全强，程陆凡，张立冰，王威，严伟，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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