一種含釩鈦動車組車軸用鋼及其熱處理工藝專利背景

車軸是各種車輛中涉及安全的最重要的運動和承載部件之一。由于車軸承受著動載荷，受力狀態(tài)比較復雜，如彎曲載荷、扭轉(zhuǎn)載荷、彎扭復合載荷，并受到一定沖擊，特別是高速動車組車軸，其受力狀態(tài)更為復雜。因此，高速動車組車軸在服役過程中可能會因為疲勞、彎曲、扭轉(zhuǎn)或拉伸應力等而發(fā)生斷裂，其中疲勞斷裂是高速車軸的普遍斷裂形式。為確保車輛的安全運行，高速動車組車軸必須具有足夠的可靠性和疲勞安全系數(shù)。高速動車組車軸材料是決定車軸使用壽命和可靠性的關鍵因素之一，因此，全球十分重視對高速動車組車軸用鋼的研發(fā)和疲勞性能的研究。隨著中國高速鐵路的快速發(fā)展，對動車組車軸的需要急劇增加，截至2016年6月，仍主要依賴于進口，因此，迫切需要開發(fā)適用于中國鐵路發(fā)展特點的高強高韌及長疲勞壽命的新材質(zhì)車軸鋼。

自2016年6月以來，中國開展了抗疲勞破壞車軸鋼的研究開發(fā)。如中國專利申請201110417295.9中的抗疲勞破壞車軸鋼，仍然采用傳統(tǒng)中碳車軸鋼的高C含量思路，C含量（0.42～0.45％）較高，這使得鋼的韌性較差，無法滿足動車組車軸對韌性的要求，且抗疲勞性能改善的幅度有限高。中國專利申請201210384581.4中的一種新型空心車軸用合金鋼，盡管碳含量較低，具有較好的強韌性配合，但疲勞強度仍較低。從歐洲引進的動車組車軸主要采用調(diào)質(zhì)處理的合金鋼EA4T，雖然給出了化學成分及力學性能要求，但沒有給出關鍵熱處理工藝參數(shù)，更重要的是鋼中的影響淬透性的合金元素含量偏低，導致大規(guī)格的動車組車軸內(nèi)部的組織（存在不允許存在的鐵素體）和性能（近心部強度、韌性和疲勞性能偏低）往往難以達到標準的要求。這些均在實際應用中受到了限制，更為關鍵的是車軸鋼抗疲勞性能改善的幅度均有限，影響其推廣應用。

一種含釩鈦動車組車軸用鋼及其熱處理工藝專利目的

《一種含釩鈦動車組車軸用鋼及其熱處理工藝》的目的在于提供一種抗拉強度750～900兆帕、屈服強度≥600兆帕、-40℃千伏₂≥150焦，同時要求具有優(yōu)異的抗疲勞性能的高速動車組車軸用鋼及其熱處理工藝。

一種含釩鈦動車組車軸用鋼及其熱處理工藝技術方案

《一種含釩鈦動車組車軸用鋼及其熱處理工藝》按重量百分比含有C：0.24～0.30，Si：0.20～0.40，Mn：0.70～1.00，Cr：0.90～1.20，Ni：0.70～1.30，Mo：0.20～0.30，Cu：0.10～0.60，Zr：0.01～0.04，V：0.04～0.08，Ti：0.015～0.030，Ca：0.001～0.005，P≤0.010，S≤0.008，T[O]≤0.0015，Als：0.015～0.045，余為Fe和其它不可避免的雜質(zhì)；所述鋼的組織為回火索氏體 少量下貝氏體，其中，車軸近表面回火索氏體含量為100％，車軸1/2半徑處回火索氏體含量在80～90％。進一步地，按重量百分比含有C：0.29，Si：0.24，Mn：0.91，Cr：0.97，Ni：0.87，Mo：0.2，Cu：0.56，Zr：0.03，V：0.04，Ti：0.021，Ca：0.003，P：0.005，S：0.001，T[O]：0.0006，Als：0.035，余為Fe和其它不可避免的雜質(zhì)。進一步地，其縱向力學性能達到：Rm：750兆帕～900兆帕，ReL或Rp0.2≥600兆帕，A≥18％，Z≥40％，-40℃縱向沖擊吸收功千伏₂≥150焦；斷裂韌性KQ值≥120兆帕·米^1/2；光滑試樣的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限RfL≥375兆帕，缺口試樣的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限RfE≥310兆帕，缺口敏感性RfL/RfE≤1.15；過盈量為0.04毫米試樣的微動疲勞極限≥215兆帕；鹽霧腐蝕14循環(huán)周次試樣的腐蝕疲勞極限為≥275兆帕；鋼材的奧氏體晶粒度大于等于8.0級。上述含釩鈦動車組車軸用鋼的熱處理工藝，包括如下步驟：（1）正火：將含釩鈦高速動車組車軸用鋼加熱至溫度870～900℃，在該溫度段加熱保溫時間按1.2～1.7分鐘/毫米計算，空冷；（2）淬火：將含釩鈦高速動車組車軸用鋼加熱至溫度850～880℃，在該溫度段加熱保溫時間按1.5～2.0分鐘/毫米計算，隨后冷卻；（3）回火：將含釩鈦高速動車組車軸用鋼加熱至溫度620～680℃，在該溫度段加熱保溫時間按2～2.5分鐘/毫米計算，隨后空冷至室溫。進一步地，步驟（1）-（3）中加熱速度均為50～100℃/小時。進一步地，步驟（2）中，在淬火槽中，通過噴嘴對車軸進行水下噴水快速水冷至室溫。進一步地，冷卻速度控制在1.5～2.5℃/秒。進一步地，步驟（1）中以80℃/小時加熱至溫度870℃，加熱保溫時間300分鐘，空冷。進一步地，步驟（2）中以80℃/小時加熱至溫度860℃，加熱保溫時間270分鐘，快速水冷；和/或，步驟（3）中以80℃/小時加熱至溫度650℃，加熱保溫時間420分鐘，空冷。進一步地，其用于含釩鈦動車組車軸用鋼的制造工藝，包括步驟：電弧爐或轉(zhuǎn)爐冶煉→LF爐精煉→RH或VD真空脫氣→連鑄→鑄坯加熱爐加熱→車軸坯軋制→車軸坯鍛造→毛坯車軸粗車→車軸齊端面加工→正火 調(diào)質(zhì)熱處理→車軸外圓精車加工→車軸內(nèi)孔鏜削加工→外圓磨削→探傷。

一種含釩鈦動車組車軸用鋼及其熱處理工藝改善效果

《一種含釩鈦動車組車軸用鋼及其熱處理工藝》與2016年6月以前的技術相比具有強度高、抗疲勞性能優(yōu)良的優(yōu)點。可獲得700兆帕以上的高強度，其塑性和韌性明顯優(yōu)于商業(yè)鋼，其疲勞極限要顯著高于商業(yè)鋼，呈現(xiàn)出良好的強度韌性配合及優(yōu)異的抗疲勞性能。其中：Rm：750兆帕～900兆帕，ReL或Rp0.2≥600兆帕，A≥18％，Z≥40％，-40℃縱向沖擊吸收功千伏₂≥150焦；斷裂韌性KQ值≥120兆帕·米^1/2；光滑試樣的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限RfL≥375兆帕，缺口試樣的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限RfE≥310兆帕，缺口敏感性RfL/RfE≤1.15；過盈量為0.04毫米試樣的微動疲勞極限≥215兆帕；鹽霧腐蝕14循環(huán)周次試樣的腐蝕疲勞極限為≥275兆帕；鋼材的奧氏體晶粒度大于等于8.0級；高速動車組車軸“正火 調(diào)質(zhì)（淬火 高溫回火）”熱處理后鋼的組織為回火索氏體 少量下貝氏體，其中，車軸近表面回火索氏體含量為100％，車軸1/2半徑處回火索氏體含量在80～90％。

《一種含釩鈦動車組車軸用鋼及其熱處理工藝》涉及合金鋼領域，具體涉及適用于抗拉強度750～900兆帕、屈服強度≥600兆帕、-40℃千伏₂≥150焦，同時要求具有優(yōu)異的抗疲勞性能的高速動車組車軸用鋼及其熱處理工藝。

1.《一種含釩鈦動車組車軸用鋼及其熱處理工藝》按重量百分比含有C：0.24～0.30，Si：0.20～0.40，Mn：0.70～1.00，Cr：0.90～1.20，Ni：0.70～1.30，Mo：0.20～0.30，Cu：0.10～0.60，Zr：0.01～0.04，V：0.04～0.08，Ti：0.015～0.030，Ca：0.001～0.005，P≤0.010，S≤0.008，T[O]≤0.0015，Als：0.015～0.045，余為Fe和其它不可避免的雜質(zhì)；所述鋼的組織為回火索氏體 少量下貝氏體，其中，車軸近表面回火索氏體含量為100％，車軸1/2半徑處回火索氏體含量在80～90％。

2.如權利要求1所述的含釩鈦動車組車軸用鋼，其特征在于，按重量百分比含有C：0.29，Si：0.24，Mn：0.91，Cr：0.97，Ni：0.87，Mo：0.2，Cu：0.56，Zr：0.03，V：0.04，Ti：0.021，Ca：0.003，P:0.005，S:0.001，T[O]:0.0006，Als：0.035，余為Fe和其它不可避免的雜質(zhì)。

3.如權利要求1或2所述的含釩鈦動車組車軸用鋼，其特征在于，其縱向力學性能達到：R_m：750兆帕～900兆帕，R_eL或R_p0.2≥600兆帕，A≥18％，Z≥40％，-40℃縱向 沖擊吸收功千伏₂≥150焦；斷裂韌性K_Q值≥120兆帕·米^1/2；光滑試樣的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限R_fL≥375兆帕，缺口試樣的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限R_fE≥310兆帕，缺口敏感性R_fL/R_fE≤1.15；過盈量為0.04毫米試樣的微動疲勞極限≥215兆帕；鹽霧腐蝕14循環(huán)周次試樣的腐蝕疲勞極限為≥275兆帕；鋼材的奧氏體晶粒度大于等于8.0級。

4.如權利要求1-3所述含釩鈦動車組車軸用鋼的熱處理工藝，其特征在于，包括如下步驟：（1）正火：將含釩鈦高速動車組車軸用鋼加熱至溫度870～900℃，在該溫度段加熱保溫時間按1.2～1.7分鐘/毫米計算，空冷；（2）淬火：將含釩鈦高速動車組車軸用鋼加熱至溫度850～880℃，在該溫度段加熱保溫時間按1.5～2.0分鐘/毫米計算，隨后冷卻；（3）回火：將含釩鈦高速動車組車軸用鋼加熱至溫度620～680℃，在該溫度段加熱保溫時間按2～2.5分鐘/毫米計算，隨后空冷至室溫。

5.如權利要求4所述含釩鈦動車組車軸用鋼的熱處理工藝，其特征在于，步驟（1）-（3）中加熱速度均為50～100℃/小時。

6.如權利要求4或5所述含釩鈦動車組車軸用鋼的熱處理工藝，其特征在于，步驟（2）中，在淬火槽中，通過噴嘴對車軸進行水下噴水快速水冷至室溫。

7.如權利要求6所述含釩鈦動車組車軸用鋼的熱處理工藝，其特征在于，冷卻速度控制在1.5～2.5℃/秒。

8.如權利要求4-7所述含釩鈦動車組車軸用鋼的熱處理工藝，其特征在于，步驟（1）中以80℃/小時加熱至溫度870℃，加熱保溫時間300分鐘，空冷。

9.如權利要求4-8所述含釩鈦動車組車軸用鋼的熱處理工藝，其特征在于，步驟（2）中以80℃/小時加熱至溫度860℃，加熱保溫時間270分鐘，快速水冷；和/或，步驟（3）中以80℃/小時加熱至溫度650℃，加熱保溫時間420分鐘，空冷。

10.如權利要求4-9所述含釩鈦動車組車軸用鋼的熱處理工藝，其特征在于，其用于含釩鈦動車組車軸用鋼的制造工藝，包括步驟：電弧爐或轉(zhuǎn)爐冶煉→LF爐精煉→RH或VD真空脫氣→連鑄→鑄坯加熱爐加熱→車軸坯軋制→車軸坯鍛造→毛坯車軸粗車→車軸齊端面加工→正火 調(diào)質(zhì)熱處理→車軸外圓精車加工→車軸內(nèi)孔鏜削加工→外圓磨削→探傷。

《一種含釩鈦動車組車軸用鋼及其熱處理工藝》按重量百分比含有C：0.24～0.30，Si：0.20～0.40，Mn：0.70～1.00，Cr：0.90～1.20，Ni：0.70～1.30，Mo：0.20～0.30，Cu：0.10～0.60，Zr：0.01～0.04，V：0.04～0.08，Ti：0.015～0.030，Ca：0.001～0.005，P≤0.010，S≤0.008，T[O]≤0.0015，Als：0.015～0.045，余為Fe和其它不可避免的雜質(zhì)；鋼的組織為回火索氏體 少量下貝氏體，其中，車軸近表面回火索氏體含量為100％，車軸1/2半徑處回火索氏體含量在80～90％；上述含釩鈦動車組車軸用鋼的熱處理工藝，包括如下步驟：（1）正火：將含釩鈦高速動車組車軸用鋼加熱至溫度870～900℃，在該溫度段加熱保溫時間按1.2～1.7分鐘/毫米計算，空冷；（2）淬火：將含釩鈦高速動車組車軸用鋼加熱至溫度850～880℃，在該溫度段加熱保溫時間按1.5～2.0分鐘/毫米計算，隨后冷卻；（3）回火：將含釩鈦高速動車組車軸用鋼加熱至溫度620～680℃，在該溫度段加熱保溫時間按2～2.5分鐘/毫米計算，隨后空冷至室溫。在另一個優(yōu)選實施例中，可以采用如下方案：（1）適當降低傳統(tǒng)碳素車軸鋼中的C元素含量，改善鋼的韌性和塑性；（2）向鋼中添加Ni、Cu元素改善鋼的淬透性和耐蝕性，并加入微量的Zr、V、Ti元素以細化晶粒，從而提高鋼的韌性特別是低溫韌性，并改善鋼的強度和韌性配合，提高鋼的抗疲勞性能；（3）加入適量的Ca元素，對鋼中的夾雜物進行變性處理，同時嚴格控制鋼中雜質(zhì)元素T[O]、P、S等的含量，以進一步提高鋼的抗疲勞性能。該發(fā)明的關鍵之處在于將成分優(yōu)化調(diào)整與冶金質(zhì)量控制有機地結合起來，在獲得高強度的同時，獲得優(yōu)異的抗疲勞破壞性能和較低的成本。該發(fā)明鋼的具體化學成分（重量％）如下：C：0.24～0.30，Si：0.20～0.40，Mn：0.70～1.00，Cr：0.90～1.20，Ni：0.70～1.30，Mo：0.20～0.30，Cu：0.10～0.60，Zr：0.01～0.04，V：0.04～0.08，Ti：0.015～0.030，Ca：0.001～0.005，P≤0.010，S≤0.008，T[O]≤0.0015，Als：0.015～0.045，余為Fe和其它不可避免的雜質(zhì)。

上述各元素的作用及配比依據(jù)如下：C:C元素是車軸鋼獲得高的強度、硬度所必需的。傳統(tǒng)車軸鋼中的C含量較高，如2016年6月以前的鐵路貨車車軸用鋼LZ50中的碳含量為0.50％左右。高的C含量雖然對鋼的強度、硬度等有利，但對鋼的塑性和韌性極為不利，且使屈強比降低、脫碳敏感性增大，惡化鋼的抗疲勞性能和加工性能。因此適當降低鋼中的C含量，將其控制在0.30％以下。然而，淬火和高溫回火后為了獲得所需的高強度和所必須的疲勞性能，C含量須在0.24％以上，因而C含量宜控制為0.24～0.30％。Si：Si是鋼中主要的脫氧元素，具有很強的固溶強化作用，但Si含量過高將使鋼的塑性和韌性下降，C的活性增加，促進鋼在軋制和熱處理過程中的脫碳和石墨化傾向，并且使冶煉困難和易形成夾雜物，惡化鋼的抗疲勞性能。因此控制Si含量為0.20～0.40％。Mn:Mn是脫氧和脫硫的有效元素，還可以提高鋼的淬透性和強度，含量小于0.70％時，難以起到上述作用。但淬火鋼回火時，Mn和P有強烈的晶界共偏聚傾向，促進回火脆性，惡化鋼的韌性，因而控制Mn含量在1.00％以下。Cr：Cr能夠有效地提高鋼的淬透性和回火抗力，以獲得所需的高強度；同時Cr還可降低C的活度，可降低加熱、軋制和熱處理過程中的鋼材表面脫碳傾向，有利用獲得高的抗疲勞性能。但含量過高會惡化鋼的韌性，因而控制Cr含量為0.90～1.20％。Ni：Ni可提高鋼的淬透性、耐蝕性和保證鋼在低溫下的韌性?？紤]到經(jīng)濟性，控制Ni含量為0.80～1.30％。Mo：Mo在鋼中的作用主要為提高淬透性、提高回火抗力及防止回火脆性。此外，Mo元素與Cr元素的合理配合可使淬透性和回火抗力得到明顯提高。Mo含量過低則上述作用有限，Mo含量過高，則上述作用飽和，且提高鋼的成本。因此，控制Mo含量為0.20～0.30％。Cu:Cu在固溶強化、提高淬透性方面與Ni相似。同時，在鋼中加入銅還可提高鋼的抗腐蝕疲勞性能，因為細小的Cu沉淀阻滯了疲勞的初期階段脈狀結構的形成，并且銅析出物具有良好的塑性，可阻礙疲勞裂紋的擴展；另外，Cu還有一定的提高鋼耐蝕性作用；從而提高鋼的腐蝕疲勞強度。但Cu含量過高，鋼在加熱軋制或鍛造過程中容易引起熱脆。綜合考慮，范圍可控制在0.10～0.60％。Zr：加入少量鋯有脫氣、凈化和細化晶粒作用，有利于提高鋼的低溫沖擊性能和強度、疲勞性能指標。綜合考慮，范圍可控制在0.010～0.040％。V：V是強碳化物形成元素，與C結合所形成的細小彌散碳化物可阻止加熱時晶粒長大，起細晶強化和沉淀強化的作用，從而可同時提高鋼的強度、韌性和抗疲勞性能。V含量低于0.03％，上述作用不明顯；V含量高于0.10％，上述作用飽和，且提高鋼的成本。因而控制V含量為0.04～0.08％。Ti：在鋼中加入微合金元素Ti能起到固溶、偏聚和沉淀作用，當它們與碳、氮、硫等交互作用能產(chǎn)生細晶強化、析出物彌散強化以及夾雜物改性等，使鋼的強度和韌性加強，并可提高鋼的回火穩(wěn)定性。綜合考慮，Ti的范圍可控制在0.015％～0.030％。Ca:Ca具有脫氧脫硫和對非金屬夾雜物變性處理的作用，從而改善鋼的韌性和抗疲勞性能。Ca含量小于0.001％起不到上述作用，但含量超過0.005％，則加入相當困難，且夾雜物量增多。因而控制Ca含量為0.001～0.005％。P：P能在鋼液凝固時形成微觀偏析，隨后在奧氏體化溫度加熱時偏聚在晶界，使鋼的脆性顯著增大，所以控制P的含量在0.012％以下。S：鋼中不可避免的不純物，形成MnS夾雜和在晶界偏聚會惡化鋼的韌性和抗疲勞性能，因而控制其含量在0.008％以下。

T[O]：氧在鋼中形成各種氧化物夾雜。在應力的作用下，在這些氧化物夾雜處容易產(chǎn)生應力集中，導致微裂紋的萌生，從而惡化鋼的力學性能特別是韌性和抗疲勞性能。因此，在冶金生產(chǎn)中須采取措施盡可能降低其含量?？紤]到經(jīng)濟性，控制其含量在0.0015％以下。該發(fā)明含釩鈦高速動車組車軸用鋼生產(chǎn)工藝流程為：電弧爐或轉(zhuǎn)爐冶煉→LF爐精煉→RH或VD真空脫氣→連鑄→鑄坯加熱爐加熱→車軸坯軋制→車軸坯鍛造→毛坯車軸粗車→車軸齊端面加工→正火 調(diào)質(zhì)熱處理→車軸外圓精車加工→車軸內(nèi)孔鏜削加工→外圓磨削→探傷。該發(fā)明關鍵的熱處理工藝步驟如下：（1）正火：將最大直徑為200毫米左右、長度達2200毫米左右的含釩鈦高速動車組車軸用鋼加熱（加熱速度為50～100℃/小時）至溫度870～900℃，在該溫度段加熱保溫時間按1.2～1.7分鐘/毫米計算，空冷。經(jīng)正火后不僅細化了晶粒,而且改善了組織的不均勻性,為隨后的最終熱處理做好組織準備。（2）淬火：將最大直徑為200毫米左右、長度達2200毫米左右的含釩鈦高速動車組車軸用鋼加熱（加熱速度為50～100℃/小時）至溫度850～880℃，在該溫度段加熱保溫時間按1.5～2.0分鐘/毫米計算，隨后在淬火槽中，通過噴嘴對車軸進行水下噴水快速水冷（冷卻速度控制在1.5～2.5℃/秒）至室溫。（3）回火：將最大直徑為200毫米左右、長度達2200毫米左右的含釩鈦高速動車組車軸用鋼加熱（加熱速度為50～100℃/小時）至溫度620～680℃，在該溫度段加熱保溫時間按2～2.5分鐘/毫米計算，隨后空冷至室溫。經(jīng)過回火，可獲得均勻細密回火索氏體 少量下貝氏體的金相組織，從而可獲得良好的韌塑性及合適的強度指標。在另一個優(yōu)選實施例中，可以采用如下方案：該發(fā)明含釩鈦高速動車組車軸用鋼生產(chǎn)工藝流程為：電弧爐或轉(zhuǎn)爐冶煉→LF爐精煉→RH或VD真空脫氣→連鑄→鑄坯加熱爐加熱→車軸坯軋制→車軸坯鍛造→毛坯車軸粗車→車軸齊端面加工→正火 調(diào)質(zhì)（淬火 高溫回火）熱處理→車軸外圓精車加工→車軸內(nèi)孔鏜削加工→外圓磨削→探傷。該發(fā)明含釩鈦高速動車組車軸用鋼的熔煉化學成分、主要熱處理工藝參數(shù)與性能的實施例如下：熱處理工藝步驟及參數(shù)為：（1）正火：以80℃/小時加熱至溫度870℃，加熱保溫時間300分鐘，空冷。（2）淬火：以80℃/小時加熱至溫度860℃，加熱保溫時間270分鐘，快速水冷（冷卻速度控制在1.5～2.5℃/秒）。（3）回火：以80℃/小時加熱至溫度650℃，加熱保溫時間420分鐘，空冷。最大直徑為Φ200毫米、長度達2200毫米高速動車組車軸的熔煉化學成分質(zhì)量百分比（wt％）見表1，高速動車組車軸經(jīng)過以上熱處理后的性能指標見表2。

采用該發(fā)明的化學成分、工藝流程和熱處理工藝工藝參數(shù)生產(chǎn)的含釩鈦高速動車組車軸用鋼，測定鋼材的縱向力學性能可達到：R_m：750兆帕～900兆帕，R_eL或R_p0.2≥600兆帕，A≥18％，Z≥40％，-40℃縱向沖擊吸收功千伏₂≥150焦；斷裂韌性K_Q值≥120兆帕·米^1/2；光滑試樣的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限R_fL≥375兆帕，缺口試樣的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限R_fE≥310兆帕，缺口敏感性R_fL/R_fE≤1.15；過盈量為0.04毫米試樣的微動疲勞極限≥215兆帕；鹽霧腐蝕14循環(huán)周次試樣的腐蝕疲勞極限為≥275兆帕；鋼材的奧氏體晶粒度大于等于8.0級；高速動車組車軸“正火 調(diào)質(zhì)（淬火 高溫回火）”熱處理后鋼的組織為回火索氏體 少量下貝氏體，其中，車軸近表面回火索氏體含量為100％，車軸1/2半徑處回火索氏體含量在80～90％。

2020年7月17日，《一種含釩鈦動車組車軸用鋼及其熱處理工藝》獲得安徽省第七屆專利獎優(yōu)秀獎。 2100433B

專利榮譽

2021年6月24日，《一種氣化爐燒嘴及其使用方法、含其的氣化爐》獲得第二十二屆中國專利優(yōu)秀獎。

一種高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼及其制造方法專利目的

《一種高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼及其制造方法》的第一個目的是提供一種高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼。

《一種高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼及其制造方法》的第二個目的是提供這種高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼的制造方法。

一種高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼及其制造方法技術方案

《一種高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼及其制造方法》提供的高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼具有如下以重量百分比計的化學成分：C：0.02～0.10％；Si：≤0.1％；Mn：0.10～0.80％；P：≤0.05％；S：≤0.015％；T.Al：0.01～0.10％；Nb：0.002～0.02％；其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

《一種高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼及其制造方法》的高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼具有的抗拉強度為350兆帕～430兆帕。

《一種高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼及其制造方法》的高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼的合金設計理由如下：

C：0.02～0.10％。C是重要的固溶強化元素，可以使材料獲得高的強度，但高的碳含量會使材料的沖壓性和焊接性惡化，所以碳不能太高，再結合考慮材料需要達到的350～430兆帕的強度級別和性能范圍，因此碳控制在0.02～0.10％。

Si：≤0.1％。Si是鐵素體固溶強化元素，極大地提高強度，但對于熱鍍鋅鋼板來說，Si含量高時在鋼板表面析出產(chǎn)生氧化膜影響表面處理，從而降低鋼板和液體鋅的濕潤粘附張力，會直接影響基板的可鍍性，從而影響熱鍍鋅鋼板表面質(zhì)量，所以Si元素控制盡量少。

Mn：為了保證鋼的綜合機械性能（強度、韌性），需要添加一定量的Mn，Mn尤其對抗拉強度影響較大。但Mn含量高時一方面會影響基板的可鍍性和表面質(zhì)量，同時也對焊接性不利，所以在保證材料強度的前提下盡量減少錳元素的添加量。

T.Al：0.02～0.10％。Al的主要功能是脫氧劑，不宜過低，但過高時影響連鑄生產(chǎn)。

P：≤0.05％。P是一種價廉的固溶強化元素，適量的P對強度是有益的，但過高時影響焊接性。所以《一種高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼及其制造方法》在保證材料強度的前提下盡量控制P元素；

S：≤0.015％。S在鋼中易形成MnS，引起熱脆，同時影響焊接性，所以S要盡量低，一般控制在0.015％以下。

Nb：0.002～0.02％。一方面Nb通過抑制再結晶細化晶粒提高材料的強度和韌性，另一方面，NbC、NbN等析出物彌散分布，通過位錯的“繞過析出物”和“切過析出物”兩種機理起到析出強化的作用，但考慮《一種高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼及其制造方法》的材料強度相對較低，抗拉強度350兆帕，所以添加了很少量的Nb元素，在降低C、Si、Mn、P元素含量的情況下保證材料的強度，同時使材料有高的屈強比（0.7以上），從而保證材料有好的綜合機械性能、良好的焊接性和表面質(zhì)量。

《一種高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼及其制造方法》的第二方面提供上述高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼的制備方法，包括冶煉、連鑄、熱軋、酸洗、冷軋軋制、退火和熱鍍鋅工序，其中熱軋工序控制加熱溫度≤1250℃，終軋溫度≥870℃，卷取溫度在600℃～680℃；退火工序控制溫度在720℃～820℃。

按如下以重量百分比計的化學成分進行冶煉：C：0.02～0.10％；Si≤0.1％；Mn：0.10～0.80％；P≤0.05％；S≤0.015％；T.Al：0.01～0.10％；Nb：0.002～0.02％；其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

然后通過連鑄鑄成板坯。

熱軋工序中控制以下參數(shù)：

終軋溫度：熱軋時材料是進行完全再結晶軋制，為了避免材料進入兩相區(qū)軋制導致混晶，所以終軋溫度≥870℃，控制在Ar3溫度之上。

卷曲溫度：卷曲溫度過高，會導致晶粒粗大最終對成品材料強度影響較大。綜合考慮到析出物的析出和長大，采用600～680℃的高溫卷曲，以得到較細小的鐵素體基體晶粒組織和尺寸適當?shù)奶?、氮析出物原始組織。

然后按常規(guī)進行酸洗冷軋。

退火工序如圖1所示。再結晶退火溫度是控制高強鋼性能最為重要的工藝因素，在保證材料完全再結晶退火和奧氏體組織不粗化的前提下盡量采取低的退火溫度；但考慮到鋅層的可鍍性，所以退火溫度不要太低。《一種高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼及其制造方法》的高屈強比熱鍍鋅鋼板制備方法中，臨界再結晶退火溫度為720～820℃。

一種高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼及其制造方法改善效果

《一種高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼及其制造方法》涉及的一種抗拉強度350～430兆帕熱鍍鋅汽車結構件的生產(chǎn)制造技術，具有良好的焊接性、高屈強比和優(yōu)質(zhì)的表面質(zhì)量，基板為冷軋板，鍍層分有熱鍍純鋅及鋅鐵合金化熱鍍鋅，微觀組織如圖2所示為均勻的鐵素體基體加沿晶界彌散析出的滲碳體。

《一種高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼及其制造方法》通過控制一定量的碳含量，低的錳含量（0.3以下），不加Si，不添加Mo和Cr，添加少量的微合金元素Nb，通過碳錳的固溶強化和NbC的析出強化的效果得到抗拉強度350～430兆帕的析出強化鋼，同時較低的Si、Mn含量使熱鍍鋅鋼板有好的可鍍性從而保證材料有高的表面質(zhì)量。《一種高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼及其制造方法》鋼種的微觀組織如圖2所示，為均勻的鐵素體基體加沿晶界彌散析出的滲碳體。

《一種高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼及其制造方法》鋼材的成分體系低硅、低錳，且不含鉻、鉬等合金元素，故成本低。

《一種高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼及其制造方法》鋼材的橫向力學性能滿足屈服強度260～330兆帕，抗拉強度350～430兆帕，延伸率EL₈₀≥26％。

《一種高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼及其制造方法》屬于金屬材料領域，涉及熱鍍鋅結構件用鋼，特別涉及高屈強比熱鍍鋅結構件用鋼。