一种抗零下70度低温冲击的B级钢的制备方法

摘要

一种抗零下70度低温冲击的B级钢及其制备方法，它涉及冶金领域，具体是一种抗低温冲击的钢材及其制备方法，本发明要解决现有B级钢抗低温冲击韧性低的问题。B级钢的化学成分由C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、V、Re、Cu、和余量的Fe组成。方法：一、碱性电弧炉内加入石灰，废钢和电极配碳，加热至废钢熔化；二、钢液中加入铁矿石，升温扒渣；三、再加入Fe-Mn合金，石灰，氟石，硅砖和碳粉，得到白渣钢液；四、加入各种合金和电极，用Al脱氧，出钢后加入稀土Re丝，浇注后得到B级钢；五、采用二次正火处理B级钢。本发明的B级钢在-70℃时，AKv冲击值大于20J，主要应用于低温钢的制造。

权利要求

1.一种抗零下70度低温冲击的B级钢的制备方法，其特征在于抗零下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％；

步骤四中Fe-Mn合金中Mn含量为98wt％,Fe-Cr合金中Cr含量为60wt％，Fe-Si合金中Si含量为75wt％，Fe-V合金中V含量为60wt％，Fe-Ni合金中Ni含量为99.9wt％。

2.根据权利要求1所述的一种抗零下70度低温冲击的B级钢的制备方法，其特征在于步骤二脱碳至钢液中C含量≤0.08wt％，脱磷至P含量为0.011wt％～0.014wt％。

3.根据权利要求2所述的一种抗零下70度低温冲击的B级钢的制备方法，其特征在于步骤四白渣钢液中加入占炉料总质量0.85％的Fe-Mn合金、占炉料总质量0.65％的Fe-Cr合金、占炉料总质量0.40％的Fe-Si合金、占炉料总质量0.12％的Fe-V合金、占炉料总质量0.38％的Fe-Ni合金和占炉料总质量0.1％的电极。

4.根据权利要求3所述的一种抗零下70度低温冲击的B级钢的制备方法，其特征在于步骤四浇注后冷却到室温得到B级钢中的浇注温度为1585℃～1610℃。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种抗零下70度低温冲击的B级钢的制备方法，其特征在于步骤五B级钢升温到760℃，保温90min后再升温到920℃，保温120min，然后先空冷10min再风冷至160℃完成一次正火；再将B级钢升温到760℃，保温90min后再升温到870℃，保温120min，先空冷10min再风冷至200℃以下完成二次正火。

说明书

一种抗零下70度低温冲击的B级钢的制备方法

技术领域

[0001] 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

[0002] 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。

[0003] 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。

[0004] 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

[0005] 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。

[0006] 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：0.03％～0.05％，Cu(铜)≤0.30％和余量的Fe(铁)组成。

[0007] 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。

[0008] 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。

[0009] 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：

[0010] 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；

[0011] 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；

[0012] 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；

[0013] 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；

[0014] 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；

[0015] 其中步骤三中Fe-Mn合金中Mn含量为98wt％；

[0016] 步骤四中Fe-Mn合金中Mn含量为98wt％,Fe-Cr合金中Cr含量为60wt％，Fe-Si合金中Si含量为75wt％，Fe-V合金中V含量为60wt％，Fe-Ni合金中Ni含量为99.9wt％。

[0017] 本发明采用二次正火工艺对B级钢进行热处理，利用一次正火较高的温度，使B级钢中的难溶成分溶于奥氏体，再利用第二次正火较低的温度，获得均匀细小的奥氏体晶粒，以确保冷却后得到的B级钢金相组织为均匀分布的细小铁素体+珠光体的结构。

[0018] 本发明通过向B级钢加入使钢组织晶粒细化的V(钒)合金，以及大幅提高低温冲击韧性的稀土合金，并配合二次正火工艺得到的抗零下70度低温冲击的B级钢在-70℃时，AKv冲击值大于20J，其他机械性能Rm屈服强度≥550MPa，Rel抗拉强度≥350MPa，δ延伸率≥24％，Z收缩率≥36％，HBW布氏硬度为137～228。本发明主要应用于低温钢的制造。

附图说明

[0019] 图1是实施例一得到的抗零下70度低温冲击的B级钢采用4XC金相显微镜放大100倍得到的金相图片。

具体实施方式

[0020] 具体实施方式一：本实施方式抗零下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：0.03％～0.05％，Cu(铜)≤0.30％和余量的Fe(铁)组成。

[0021] 通过在抗零下70度低温冲击的B级钢中加入适量的V(钒)来提高B级钢的屈服强度，并使合金组织的晶粒度细化来提高B级钢的低温冲击值。而加入适量的稀土(RE)，可以提高钢的晶粒度，使钢组织晶粒细化，并且稀土RE还可以生成熔点较高的稀土夹杂物,容易球化,利于硫化物夹杂和硅酸盐夹杂上浮排除，去除B级钢中的有害杂质，实验表明B级钢中加入适量的稀土比相同成分未加稀土的钢的晶粒度提高两个级别，含氧量降低至-62×10 左右，从而改善了钢的低温冲击韧性。

[0022] 具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是抗零下70度低温冲击的B级钢的化学成分由质量百分比为：C(碳)：0.2％，Si(硅)：0.29％，Mn(锰)：0.97％，P(磷)：0.018％，S(硫)：0.017％，Cr(铬)：0.44％，Ni(镍)：0.35％，V(钒)：0.06％，RE：0.035％，Cu(铜)：0.12％和余量的Fe(铁)组成。

[0023] 具体实施方式三：本实施方式抗零下70度低温冲击的B级钢的制备方法按下列步骤实施：

[0024] 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；

[0025] 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；

[0026] 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；

[0027] 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；

[0028] 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；

[0029] 其中步骤三中Fe-Mn合金中Mn含量为98wt％；

[0030] 步骤四中Fe-Mn合金中Mn含量为98wt％,Fe-Cr合金中Cr含量为60wt％，Fe-Si合金中Si含量为75wt％，Fe-V合金中V含量为60wt％，Fe-Ni合金中Ni含量为99.9wt％。

[0031] 本实施方式步骤一中原料废钢中不得混有铅、锡、砷、锌金属。其中冶炼钢水所用原材料统称炉料，通过向B级钢加入使钢组织晶粒细化的V(钒)合金，以及大幅提高低温冲击韧性的稀土合金，并配合二次正火工艺得到的抗零下70度低温冲击的B级钢在-70℃时，AKv冲击值大于20J。

[0032] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是步骤二脱碳至钢液中C含量≤0.08wt％，脱磷至P含量为0.011wt％～0.014wt％。其它步骤及参数与具体实施方式三相同。

[0033] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三或四不同的是步骤四白渣钢液中加入占炉料总质量0.85％的Fe-Mn合金、占炉料总质量0.65％的Fe-Cr合金、占炉料总质量0.40％的Fe-Si合金、占炉料总质量0.12％的Fe-V合金、占炉料总质量0.38％的Fe-Ni合金和占炉料总质量0.1％的电极。其它步骤及参数与具体实施方式三或四相同。

[0034] 具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三至五之一不同的是步骤四浇注后冷却到室温得到B级钢中的浇注温度为1585℃～1610℃。其它步骤及参数与具体实施方式三至五之一相同。

[0035] 具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三至六之一不同的是步骤五B级钢升温到760℃，保温90min后再升温到920℃，保温120min，然后先空冷10min再风冷至160℃完成一次正火；再将B级钢升温到760℃，保温90min后再升温到870℃，保温120min，先空冷10min再风冷至200℃以下完成二次正火。其它步骤及参数与具体实施方式三至六之一相同。

[0036] 实施例一：本实施例抗零下70度低温冲击的B级钢的制备方法按下列步骤实现：

[0037] 一、在碱性电弧炉的炉底铺上占炉料总质量2.2％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0.85％的废电极配碳，加热至废钢熔化，脱磷后得到钢液；

[0038] 二、向步骤一中的钢液中加入占炉料总质量18％的铁矿石，脱碳至钢液中C含量为0.06wt％，脱磷至P含量为0.012wt％，然后升高温度至1600℃，保持8分钟，扒渣处理后得到氧化后的钢液；

[0039] 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1.6％的石灰、占炉料总质量0.6％的氟石和占炉料总质量0.6％的硅砖造稀薄渣，再加入占炉料总质量0.8％的碳粉，造渣15min，得到白渣钢液；

[0040] 四、白渣钢液中加入占炉料总质量0.85％的Fe-Mn合金、占炉料总质量0.65％的Fe-Cr合金、占炉料总质量0.40％的Fe-Si合金、占炉料总质量0.12％的Fe-V合金、占炉料总质量0.38％的Fe-Ni合金和占炉料总质量0.10％的电极，然后插入占炉料总质量0.13％的Al脱氧，以1610℃的温度出钢，出钢后向钢包内加入占炉料总质量0.07％的稀土RE丝，钢液静止4min，浇注后冷却到室温得到B级钢；

[0041] 五、将步骤四得到的B级钢升温到760℃，保温90min后再升温到920℃，保温120min，然后先空冷10min再风冷至160℃完成一次正火；再将B级钢升温到760℃，保温
90min后再升温到870℃，保温120min，先空冷10min再风冷至室温完成二次正火，得到抗零下70度低温冲击的B级钢；

[0042] 其中步骤三中Fe-Mn合金中Mn含量为98wt％；

[0043] 步骤四中Fe-Mn合金中Mn含量为98wt％,Fe-Cr合金中Cr含量为60wt％，Fe-Si合金中Si含量为75wt％，Fe-V合金中V含量为60wt％，Fe-Ni合金中Ni含量为99.9wt％。

[0044] 根据GB/T14203-93钢光谱试验标准，采用意大利F20光谱仪器，测得本实施例得到的抗零下70度低温冲击的B级钢化学成分光谱分析结果如下：

[0045]

[0046] 根据GB/T228-2002金属拉力标准、GB/T1229-2002金属夏比冲击试验标准和GB/T231-2002金属布氏硬度试验标准，分别采用CSS-88300电子拉力试验机、JB-300冲击试验机、HB-3000C布氏硬度试验机和DWY-80冲击试验低温仪，测得抗零下70度低温冲击的B级钢的机械性能试验结果为：AKv(-70℃)冲击值为24J，Rm屈服强度为575MPa，Rel抗拉强度为370MPa，δ延伸率为28％，Z收缩率为39％，HBW布氏硬度为175。

[0047] 根据GB/T3012-2006铁路货车铸钢摇枕、侧架技术标准，采用4XC金相显微镜显示本实施例抗零下70度低温冲击的B级钢金属组织的金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度为9级，放大100倍的金相图片如图1所示。