一种牵引电机转轴用钢及其制备方法

技术领域

本申请涉及钢材制备技术领域，尤其涉及一种牵引电机转轴用钢及其制备方法。

背景技术

列车牵引电机转轴是电力机车以及动车组列车的重要动力部件，起到传递牵引力以及制动力的重要作用。牵引电机转轴在运行过程中受到扭转、弯曲等长期作用，对牵引电机转轴用钢提出了极高要求。对于轴类零部件来说，均匀性显得尤为重要，表现在两个方面：(1)横截面的均匀性。横截面的成分偏析，将会导致截面上材料的组织、性能产生差异，成分富集点出现“硬点”，贫成分点则形成“软点”，造成零部件在“硬点”或“软点”出现应力集中，导致零部件损坏；

(2)纵向的均匀性。来自同一钢锭的不同部位的同一批轴件，当采用同样的热处理工艺时，由于钢锭本身的成分波动，导致同一批轴件的性能出现差异，影响最终的使用性能。

目前，为改善横截面的均匀性，行业多采用电渣重熔。但是对纵向的均匀性，传统的电渣重熔工艺则难以改善。这是由于传统电渣重熔所用电极(母材)通常为模铸钢锭或模铸钢锭锻造加工，这种电极保留了模铸时不可避免的上下端成分差异，以C质量分数0.2～0.5％的中碳钢为例，上下端的C含量波动可达到±0.05％，而在随后的电渣重熔过程中，这种C含量的宏观差异无法消除，导致电渣重熔钢锭纵向的C含量波动也在大约±0.05％。因此，现有技术难以保证电渣钢在横纵向都具有优良均匀性。

发明内容

本申请提供了一种牵引电机转轴用钢及其制备方法，以解决现有牵引电机转轴用钢的均匀性不佳的技术问题。

第一方面，本申请提供了一种牵引电机转轴用钢的制备方法，所述方法包括：

将钢水进行连铸，并控制任一时刻的钢水从钢包流出至钢水完全凝固的总时间，得到具有目标截面尺寸的钢坯；

将所述钢坯进行并列固定，得到组合电极；

将所述组合电极进行电渣重熔冶炼，得到电渣重熔钢锭；

将所述电渣重熔钢锭进行锻造，得到牵引电机转轴用钢坯料。

可选的，所述任一时刻的钢水从钢包流出至钢水完全凝固的总时间为500秒以内。

可选的，所述目标截面尺寸为250mm×250mm以下。

可选的，所述连铸的拉速为1.4-2.2米/分钟。

可选的，所述并列钢坯的数量为1-9支。

可选的，所述将所述钢坯进行并列固定，得到组合电极，包括：

通过焊接方式将所述钢坯进行并列固定，得到组合电极。

可选的，所述焊接方式采用钢坯之间的摩擦焊。

可选的，所述将所述组合电极进行电渣重熔冶炼，得到电渣重熔钢锭，包括：

将所述组合电极进行电渣重熔冶炼，并控制流经电渣重熔结晶器的冷却水进出水的温差，得到电渣重熔钢锭；其中，

所述流经电渣重熔结晶器的冷却水进出水的温差为1℃以内。

可选的，所述将所述电渣重熔钢锭进行锻造，得到牵引电机转轴用钢坯料，包括：

将所述电渣重熔钢锭进行自由锻造，得到牵引电机转轴用钢坯料；其中，控制所述电渣重熔钢锭的横截面面积与所述牵引电机转轴用钢坯料的横截面面积之比；

所述电渣重熔钢锭的横截面面积与所述牵引电机转轴用钢坯料的横截面面积之比为大于6。

第二方面，本申请提供了一种牵引电机转轴用钢，所述牵引电机转轴用钢由第一方面任意一项实施例所述的方法制备得到。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例提供的该牵引电机转轴用钢的制备方法，为实现电渣钢在横纵向的C含量波动都在±0.01％以内，提出了利用小截面连铸坯作为电渣重熔电极，制造电渣重熔钢锭的工艺方法。将所制造的电渣重熔钢锭进行锻造，制作具有高均匀性的电极转轴，提高转轴使用寿命。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种牵引电机转轴用钢的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。

在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。

除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

第一方面，本申请提供了一种牵引电机转轴用钢的制备方法，请参见图1，所述方法包括：

S1、将钢水进行连铸，并控制任一时刻的钢水从钢包流出至钢水完全凝固的总时间，得到具有目标截面尺寸的钢坯；

在一些实施方式中，所述任一时刻的钢水从钢包流出至钢水完全凝固的总时间为500秒以内。

控制一时刻的钢水从钢包流出至钢水完全凝固的总时间为500秒以内的积极效果：金属凝固时间越短，枝晶生长越快，溶质原子越不容易发生长距离扩散，因此，凝固金属的均匀性就越好。将钢水的凝固时间控制在500秒以内，正是利用了上述原理，实现凝固金属的均匀性，是最终产品均匀性控制的基础。

在一些实施方式中，所述连铸的拉速为1.4-2.2米/分钟。

控制连铸的拉速为1.4-2.2米/分钟的积极效果：使得上述钢水凝固时间达到控制时间范围内，并采用强冷措施，拉坯速度配合冷却水量加快钢水凝固时间，提升了钢坯的截面均匀性。

在一些实施方式中，所述目标截面尺寸为250mm×250mm以下。

控制钢坯的截面尺寸为250mm×250mm以下的积极效果：钢坯截面尺寸直接影响凝固时间，因受到钢材本身导热能力以及外加冷却水量极限的影响，截面越大，截面内部越不容易获得短的凝固时间。采用更小的截面，凝固时间则越短，在不同截面钢坯上进行反复试验，发现能实现良好成分均匀性的截面上限是250mm×250mm。更大截面尺寸的铸坯虽然具备经济性，但电极横截面上的成分差异越难以控制，截面成分波动变大，对电渣重熔钢锭横截面均匀性的控制带来较大的不利影响，导致最终产品的均匀性不满足碳含量波动在±0.01％的要求。

S2、将所述钢坯进行并列固定，得到组合电极；

在一些实施方式中，所述将所述钢坯进行并列固定，得到组合电极，包括：

通过焊接方式将所述钢坯进行并列固定，得到组合电极。

在一些实施方式中，所述焊接方式采用钢坯之间的摩擦焊。

通过焊接方式将所述钢坯进行并列固定的积极效果：为保证电渣重熔过程顺利开展，对组合电极进行焊接处理。更优选地，小截面钢坯之间的摩擦焊由于不引入外来焊接材料，更为优良。

在一些实施方式中，所述并列钢坯的数量为1-9支。

控制并列钢坯的数量为1-9支的积极效果：电渣重熔电极自上而下吊挂在电渣炉上方，电极或组合电极的外形尺寸受到电渣炉直径的影响，其上限在于组合电极在冶炼过程中不得触碰炉壁，同时还受到外部吊臂吊挂能力的限制，同时，钢坯数量越多，焊接作业难度越大。因此，并列钢坯的上限数量是9支。

S3、将所述组合电极进行电渣重熔冶炼，得到电渣重熔钢锭；

在一些实施方式中，所述将所述组合电极进行电渣重熔冶炼，得到电渣重熔钢锭，包括：

将所述组合电极进行电渣重熔冶炼，并控制流经电渣重熔结晶器的冷却水进出水的温差，得到电渣重熔钢锭，其中，

所述流经电渣重熔结晶器的冷却水进出水的温差为1℃以内。

控制流经电渣重熔结晶器的冷却水进出水的温差为1℃以内的积极效果：在电渣重熔过程中，控制冷却水的温差，提高电渣重熔钢锭的冷却效果，进一步提升了电渣重熔钢锭的截面成分均匀性，最终使锻造后的牵引电机转轴坯料横纵向C的质量分布差异在±0.01％以内，提高了电机转轴使用性能。该冷却水本身的温度应在15～50℃之间。

S4、将所述电渣重熔钢锭进行锻造，得到牵引电机转轴用钢坯料。

在一些实施方式中，所述将所述电渣重熔钢锭进行锻造，得到牵引电机转轴用钢坯料，包括：

将所述电渣重熔钢锭进行自由锻造，得到牵引电机转轴用钢坯料；其中，控制所述电渣重熔钢锭的横截面面积与所述牵引电机转轴用钢坯料的横截面面积之比；

所述电渣重熔钢锭的横截面面积与所述牵引电机转轴用钢坯料的横截面面积之比为大于6。

控制电渣重熔钢锭的横截面面积与牵引电机转轴用钢坯料的横截面面积之比为大于6的积极效果：在锻造过程中，金属凝固过程中不可避免形成的枝晶偏析，将会延变形方向压扁，从而形成偏析带。电渣重熔钢锭的横截面面积与牵引电机转轴用钢坯料的横截面面积之比越大，则偏析带被压扁的程度越厉害，偏析带甚至出现断裂的情况，越有利于整体均匀性的提高。大于6的比值则可能会导致锻造过程能量消耗过大，不具备经济性，且对偏析带的控制效果并不能显著提升。

采用以上方法制备的电机转轴钢坯直径为

第二方面，本申请提供了一种牵引电机转轴用钢，所述牵引电机转轴用钢由第一方面任意一项实施例所述的方法制备得到。

该牵引电机转轴用钢是基于上述牵引电机转轴用钢的制备方法来实现，该牵引电机转轴用钢的制备方法的具体步骤可参照上述实施例，由于该牵引电机转轴用钢采用了上述实施例的部分或全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。

实施例1

以

实施例2

以

实施例3

以

对比例1

以

对比例2

以

对比例3

以

对比例4

以

对比例5

以

通过实施例1-3和对比例1-5的比较可得，当钢水采用其它较缓慢的凝固方式，比如模铸或者大于250mm×250mm截面时，所得到的电渣重熔电极本身即具有更大的成分偏析，即使采用电渣重熔处理，也难以获得截面成分均匀的材料，C的偏析超过±0.01％；从对比例4和5也可得，即使当电渣重熔电极的凝固速度在本申请实施例要求保护的范围内时，配套的电渣重熔及锻造工艺超出本申请实施例要求保护范围时，也出现了C的偏析超过±0.01％的情况。

将实施例1-3和对比例1-5制得的钢按照电机转轴成品尺寸进行机加工后，装配于大功率机车用牵引电机，在大功率机车上装车进行试用，结果如下表1所示。

表1

由上表1可得，采用本申请实施例提供的方法制备的钢制成的电机转轴可实现60万公里不失效，满足铁路用电机长期使用的严格要求。通过实施例和对比例的比较可得，通过实施例和对比例的比较可得，当钢水采用其它较缓慢的凝固方式，比如模铸或者大于250mm×250mm截面时，所得到的电渣重熔电极本身即具有更大的成分偏析，即使采用电渣重熔处理，也难以获得截面成分均匀的材料，最终产品的使用寿命急剧降低；从对比例4和5也可得，即使当电渣重熔电极的凝固速度在本申请实施例要求保护的范围内时，配套的电渣重熔及锻造工艺超出本申请实施例要求保护范围时，最终产品的使用寿命提升幅度也不大，不满足长期使用要求。

本申请实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：

(1)本申请实施例提供的方法可灵活生产不同重量及规格的电机转轴产品；

(2)本申请实施例提供的钢适用于制备电机转轴。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。