珠光体型高铁车轮钢的研究进展

珠光体钢具有高强度和优异的耐磨性,广泛应用于铁路车轮。首先总结了目前我国高速动车组车轮的应用现状、轮辋强韧性水平及主要损伤形式;其次,结合350 km/h自主化高铁车轮钢的研发思路从珠光体组织及夹杂物改性控制方面重点介绍了轮辋材料强韧化机理及超高周疲劳性能的研究进展;最后,从冶金与材料学角度提出了未来更高时速高铁车轮用钢的发展思路。

热处理工艺对1500MPa级低碳Nb-Ti低合金钢组织及性能的影响

通过低成本成分设计,在控制轧制的基础上,分别采用直接淬火(DQ)、直接淬火+回火(DQ+T)以及再加热淬火+回火(RQ+T)工艺成功制得了抗拉强度1500 MPa级经济型低合金高强高韧钢。对比研究了DQ、DQ+T和RQ+T 3种工艺钢的微观组织和力学性能。结果表明:DQ工艺钢的微观组织为板条马氏体+少量铁素体及残留奥氏体的复相组织,其抗拉强度和屈服强度分别为1750 MPa和1300 MPa,-40℃下冲击吸收功为37 J。200℃回火1 h后,试验钢位错密度降低,大量细小ε碳化物在板条内析出。DQ+T工艺钢屈服强度达到1400 MPa,-40℃下冲击功为43 J。试验钢直接淬火后再加热至880℃,获得了平均晶粒尺寸为5.7μm的细小等轴奥氏体。相比于DQ及DQ+T工艺钢,RQ+T工艺钢获得了更高的韧性,冲击功达到56 J。研究发现,未溶的(Nb,Ti)(C,N)粒子能有效抑制奥氏体晶粒长大。组织细化及残留奥氏体是RQ+T工艺钢获得高韧性最主要的原因。

回火温度对1500MPa级Nb-Ti低合金直接淬火钢组织与性能的影响

通过低成本成分设计,在控制轧制的基础上,应用直接淬火+回火工艺制得抗拉强度1 500 MPa级经济型低合金高强高韧钢,测定了该合金成分体系的连续冷却转变曲线,研究了不同回火温度对直接淬火钢组织与力学性能的影响.结果表明:随着回火温度的升高,试验钢抗拉强度逐渐下降,屈服强度先升高后降低,-40℃冲击功则呈现出先升高、后降低、再升高的趋势.回火温度为200℃时,试验钢获得了最优的综合力学性能,抗拉强度达到1 730 MPa,屈服强度为1 400 MPa,-40℃冲击功为43 J.

新型Mn系超低碳贝氏体高强高韧钢的开发

在Nb、Ti微合金化超低碳含Mn钢的成分设计基础上,通过控制轧制获得扁平奥氏体,随后控制冷却获得贝氏体组织,开发出新型的高韧性超低碳贝氏体钢。实验结果表明,在0.03C～3.4Mn微合金钢中使扁平奥氏体的厚度细化至4μm左右,超低碳贝氏体组织的屈服强度达到600 MPa,抗拉强度达到780 MPa,上平台冲击功约230 J,实现了强度与韧性的良好配合。利用电子背散射衍射(EBSD)技术对试验钢相变产物的组织形貌进行了表征,并对强韧化机理、成分和工艺的优越性进行了初步的分析。

低碳钒微合金钢的淬透性研究

利用钢-淬透性的末端淬火实验,结合碳化钒的析出热力学计算,研究V对低碳钢淬透性的影响。结果表明:随着V含量的增加,实验钢的淬透性提高。VC的热力学计算结果表明,在880℃淬火温度下,0.22C钢中固溶V含量随着钢中添加的V含量增加而增加。当钢中添加V含量大于0.137%(质量分数)时,VC将在奥氏体中析出,固溶C含量开始减少。综合考虑固溶C含量、固溶V含量及原始奥氏体晶粒尺寸等因素,对实验钢理想临界直径进行计算,发现理想临界直径的变化趋势与末端淬火实验结果相吻合。

卷取温度对高Nb微合金钢组织、力学性能及第二相析出的影响

采用扫描电镜(SEM)、力学性能测试试验机和透射电镜(TEM)对一种高Nb微合金钢在400,450℃和500℃不同卷取温度下的组织、力学性能和第二相析出行为进行研究。结果表明:随着卷取温度的降低,卷取过程中过冷奥氏体转变所得贝氏体组织分别为粒状贝氏体(GB)、板条贝氏体铁素体(BF)+GB和板条BF。不同卷取温度下的实验钢析出的第二相主要为(Nb,Mo)C在位错线上的随机析出,部分区域观察到不同程度的相间析出。随着卷取温度的降低,(Nb,Mo)C析出量减少,粒子平均尺寸增大。随着卷取温度的升高,抗拉强度和屈服强度提高,低温冲击韧性下降。强度提高是由于尺寸小于10nm的(Nb,Mo)C大量析出产生的析出强化。

热变形条件下Fe-C-X合金钢γ→α相变的PLE/NPLE转变温度

在已有合金元素的再分配和不分配局部平衡(PLE/NPLE)转变温度的理论计算方法基础上,考虑热变形的影响,建立了热变形条件下Fe-C-X(X表示Mn,Si,Cr等一种或几种元素)合金钢的正平衡热力学方程,从而求解热变形体系的PLE/NPLE转变温度.并利用Gleeble-1500D热力模拟试验机进行了Fe-CO.073-Mn2.17-SiO.80-Cr0.88(质量分数,%)合金钢的热变形γ→α等温转变实验,根据金相照片估测了实验用钢的PLE/NPLE转变温度,实验估测值与理论计算值基本符合,820℃以0.5 s^(-1)的应变速率对实验用钢加载40%的名义应变,其γ→α等温转变的PLE/NPLE转变温度提高了近10℃。

A_(e3)温度以上变形对先共析铁素体相变形核影响的理论分析

应用Pillbox模型研究了低碳钢高温变形对先共析铁素体相变形核率的影响,主要依据稳态形核率方法进行计算．为确定变形储能的数值,探讨了变形参数对变形储能的影响．计算结果表明,热变形使铁素体相变起始温度和最大形核率温度升高、相同温度条件下形核率增加、相变孕育期缩短,如进一步控制铁素体晶粒长大,可以起到促进晶粒细化的作用．

700MPa级钢显微组织对力学与使用性能的影响

Nb、Ti、V微合金钢常常因轧制工艺的不同而导致其力学性能截然不同。对在工业生产中力学性能出现显著差异的700 MPa级微合金钢的微观结构,采用光学金相、扫描电镜、透射电镜和物理化学相分析进行研究。结果表明:因轧后冷却速率的不同而形成的铁素体+少量珠光体、准多边形铁素体、准多边形铁素体+部分贝氏体三类组织,其力学性能特征分别表现为:屈服强度低、抗拉强度低、冲击功高、断后伸长率高;屈服强度高、抗拉强度高、冲击功适中、断后伸长率适中;屈服强度低、抗拉强度高、冲击功低、断后伸长率低。第二相粒子(Ti,Nb,V)C的析出量及其尺寸分布的不同,以及铁素体晶粒尺寸差异是产生强度差异显著的主要原因,而较多大尺寸不规则状M/A岛的形成是该钢种冲击功明显下降的关键因素。

两相区回火温度对Mn-Mo系微合金钢亚稳奥氏体形成及力学性能的影响

利用X射线衍射(XRD)、热膨胀仪、电子背散射衍射(EBSD)研究了两相区回火温度对一种Mn-Mo系微合金钢亚稳奥氏体形成及力学性能的影响。结果表明:当两相区回火温度低于650℃时,实验钢的亚稳奥氏体具有较好的稳定性,其室温下的体积分数随着两相区回火温度的升高逐渐增大;当两相区回火温度高于650℃时,亚稳奥氏体的稳定性显著降低,在回火冷却过程中,部分奥氏体转变为"新鲜"马氏体,室温亚稳奥氏体体积分数随两相区回火温度升高而逐渐降低。当两相区回火温度为650℃时,钢中亚稳奥氏体具有最佳的体积分数和稳定性配合。力学测试结果表明:当两相区回火温度为650℃时,实验钢的力学性能最佳,其屈服强度为748MPa,抗拉强度为813MPa,伸长率为27.5%,-20℃和-100℃的冲击功分别为217J和117J。

超低碳马氏体的EBSD结构表征

通过EBSD等实验手段研究了超低碳马氏体钢的结构特征及奥氏体形变对其结构和性能的影响。结果表明,超低碳马氏体具有多尺度结构,从大到小依次为原始奥氏体晶粒→板条束→板条块→亚板条块→板条;奥氏体无变形时,超低碳马氏体的板条块宽度大于传统低碳马氏体,导致其强度增量较低;奥氏体形变能够明显细化超低碳马氏体板条块,从而提高其强度。

700MPa冷弯型钢组织性能及第二相分析研究

本文主要针对通过Nb、Ti等微合金元素强化的700MPa冷弯型钢的不同力学性能样品进行微观组织和第二相粒子进行分析研究,发现发生了珠光体相变的组织,晶粒相对粗大,性能偏低,有贝氏体相变能大大提高材料的力学性能;通过物理化学相分析法检测试验钢的第二相类型主要为TiC、Ti N和M3C相,钢卷不同部位第二相析出量和尺寸均有不同;同时,过小的位错强化增量和固溶强化增量均会造成力学性能偏低,因此只能通过沉淀强化和细晶强化来达到提高试验钢强度的目的。

高Ti微合金化低碳钢230mm连铸板坯断裂分析和工艺改善

700 MPa Ti微合金化低碳钢230 mm连铸板坯的冶金流程为KR铁水预脱硫-210 t BOF-LF-RH-CC工艺。发现放置的板坯横向中间部位断裂。铸坯成分、组织、气体、夹杂和热塑性分析结果表明,中心与其他部位成分一致(/%:0.075~0.084C,0.53~0.56Si,1.97~2.05Mn,0.025~0.026P,0.002~0.004S,0.134~0.136Ti,0.20Mo,0.064~0.069Nb,0.001V,0.008 9N),断裂与基体组织均为铁素体+少量珠光体,晶粒尺寸相同;断裂处的微裂纹为主裂纹扩展过程产生局部塑性变形形成的;钢中网状先共析铁素体和TiC,TiN是影响高Ti微合金钢连铸坯热塑性的重要原因。在保证成品钢板强度的前提下将钢Ti含量由0.13%降至0.11%,二冷比水量≤0.9 L/kg,板坯矫直段温度高于950℃(该钢第2脆性区为950~850℃),加保温罩和使用缓冷坑降低板坯冷却速度,使高Ti钢板坯断坯率从10%降至0,避免发生断裂现象。

罩式退火铌微合金化汽车钢的强化机理

通过比较相同冷轧与罩式退火工艺下Mn-Si系和铌微合金化2种汽车用低合金高强钢的显微组织与力学性能,研究微量铌在冷轧罩式退火低合金高强钢中的强化机理。利用OM、SEM、TEM和拉伸试验机分别对2种钢的的显微组织与力学性能进行了表征。对比分析表明:相对热轧板来说,2种钢冷轧退火板的铁素体晶粒和第二相析出物的尺寸都有所长大,导致了强度降低。相对Mn-Si钢而言,铌微合金化钢热轧板和冷轧退火板中的铁素体晶粒和第二相析出物尺寸更细小,细小第二相析出物的数量也更多,在相同的延伸率水平下明显提高了强度。冷轧罩式退火板的强化机理分析表明,铌微合金化低合金高强钢的主要强化方式是细晶强化和NbC的沉淀强化;研究认为质量分数为0.025%的铌时细晶强化更强烈。

低碳板条马氏体钢中大角度界面对解理裂纹扩展的影响机理

利用背散射电子衍射技术研究了0.02C-5Mn低碳板条马氏体钢中大角度界面对冲击断口中解理裂纹扩展或断口附近二次解理裂纹扩展的影响,以分析该钢韧性的组织控制单元;依据马氏体变体中理想解理晶面{100}的取向差,比较了板条束界和板条块界改变解理裂纹扩展方向的能力。结果表明:解理裂纹或二次解理裂纹扩展时在原奥氏体晶界、板条束界和大部分的板条块界处都发生了大角度转折;板条块界和板条束界阻碍解理裂纹扩展的能力相近,板条块是控制板条马氏体钢解理断裂和韧脆转变温度的组织单元。

热轧态与回火态高Ti钢焊接HAZ冲击韧性对比研究

高Ti(≥0.10%)微合金钢是一种新型的低成本高强度结构钢,主要应用于工程机械与汽车车辆结构件上。对于结构钢而言,在使用过程中的焊接性能尤为关键。本文采用焊接热模拟方法,研究了700MPa级钢在不同的峰值温度(Tp)与T8/5时间参数下,热轧态钢与回火态钢热影响区(HAZ)显微组织、冲击韧性及第二相粒子的变化规律。结果表明:焊接热循环条件下,回火态钢的冲击韧性明显优于热轧态钢,其原因与HAZ区微合金第二相粒子析出物有关,热轧态钢HAZ的第二相粒子焊后粗化明显,损害了冲击韧性。

热处理工艺对Ti55531钛合金显微组织与拉伸性能的影响

利用光学显微镜、扫描电子显微镜和拉伸试验机等设备,研究了热处理工艺对Ti55531钛合金显微组织和拉伸性能的影响。结果表明：随着固溶温度的升高（790-810℃）,合金中初生α相（αp）的含量减少,合金强度升高而塑性降低;随着时效温度的升高（500-600℃）,合金中次生α相（αs）变粗变长,合金强度降低而塑性升高;随着550℃时效时间的延长（2-8h）,合金中析出的αs相含量增多,强度升高,塑性有所降低。

铌钛微合金化异型坯表面横裂纹的形成机理分析

在Gleeble-1500D热模拟试验机上进行了Nb-Ti复合微合金化钢的高温拉伸试验,测定了铌钛微合金钢的高温塑性曲线。针对S355ML H型钢异型坯出现的表面横裂纹现象,利用OM、SEM技术手段分析了异型坯表面裂纹的微观形貌及裂纹周边微观组织。结果表明：在低应变速率下,铌钛复合微合金化钢的高温塑性曲线存在两个脆性区间及一个高温塑性区间;铌钛微合金异型坯表面横裂纹形成是在高温塑性曲线的第Ⅲ脆性区间内,沿原奥氏体晶界先共析的铁素体网膜展开,呈现出沿晶断裂特征;晶界先共析转变形成的铁素体网膜及Nb/Ti（C,N）析出相共同导致了异型坯裂纹的产生,其中先共析铁素体网膜是主要因素。

淬火温度对高铁车轴用钢组织及性能的影响

利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)研究了淬火温度对高铁车轴用钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着淬火温度的升高,抗拉强度和规定塑性延伸强度先快速增大后缓慢减小,塑性变化不明显,冲击吸收能量持续下降,同时试验钢原始奥氏体晶粒长大,马氏体板条束(Packet)长大,淬火温度升高到900℃后晶粒迅速粗化,后续回火碳化物有所细化。在淬火温度为850℃时(675℃回火)试验钢具有最佳的综合性能:抗拉强度为796 MPa,规定塑性延伸强度为677 MPa,伸长率为24.5%, 25℃和-40℃的冲击吸收能量(A_(KU2),5 mm缺口)分别为82 J和72 J。

梳理器材用高品质微合金钢的成分设计及性能

根据梳理器材针布梳针的性能需求,以及高碳钢的强韧化原理和微合金化原理,设计成分并制备了新型针布梳针用GRST-5钢,研究了其冷加工性能、硬度、显微组织和耐磨性能,并与传统80WV钢梳针进行了对比。结果表明:设计的GRST-5钢中铌质量分数为0.030%～0.040%,钒质量分数为0.08～0.12%;与80WV钢相比,GRST-5钢的冷加工性能更好,中间生产工序减少,生产成本得到显著降低;GRST-5钢梳针齿尖的平均硬度达到820.25HV,比80WV钢的提高了约30HV;GRST-5钢梳针的显微组织为隐晶马氏体,奥氏体晶粒尺寸为3～5μm;GRST-5钢梳针的耐磨性能与80WV钢的相当,GRST-5钢可替代80WV钢来生产针布梳针。