U75V重轨钢弯曲疲劳裂纹扩展行为

为明确珠光体钢轨的疲劳裂纹扩展行为,测定U75V重轨钢轧态和热处理态两种条件下的三点弯曲疲劳裂纹扩展速率,采用光学显微镜、扫描电镜、EBSD对钢轨的微观组织、片层、断口形貌及裂纹扩展轨迹进行观察。结果表明:轧态和热处理态钢轨的疲劳辉纹平均间距分别为253,215 nm,轧态钢轨的疲劳断口呈现解理台阶与河流花样形貌,且河流花样趋于合并,而热处理态钢轨的疲劳断口呈现大量的解理台阶及较多的微裂纹和撕裂棱,河流花样以支流为主;热处理态钢轨的疲劳裂纹扩展速率远低于轧态,到达裂纹失稳阶段也较滞后;轧态和热处理态钢轨的疲劳裂纹扩展都是以穿晶断裂为主的穿晶断裂和沿晶断裂混合扩展方式进行,轧态和热处理态钢轨的珠光体片层间距分别为272,148 nm,其中热处理态钢轨的珠光体片层细密且方向多样,存在显著的珠光体团簇,裂纹扩展轨迹中出现较多的分支裂纹和裂纹桥接现象,对扩展起到阻碍作用,是热处理态钢轨抗疲劳裂纹扩展能力优于轧态的重要原因。

稀土加入时机对重轨钢成分及夹杂物影响

针对重轨钢“BOF→LF→VD→CC”生产工艺中不同时机添加稀土的效果进行工业试验研究,通过对不同工序加入稀土的重轨钢铸坯进行取样,对样品的稀土含量及夹杂物尺寸、数密度、形貌等进行分析。结果表明:VD后加稀土生产的铸坯中稀土收得率为11.73%,高于LF后加稀土生产的铸坯中稀土收得率2.83%。结合全流程氧含量分析结果,表明稀土加入钢中后就参与脱氧反应,反应产物上浮去除;稀土的加入可有效降低钢中夹杂物尺寸,相较于不加稀土的重轨钢,LF后加稀土和VD后加稀土生产的稀土重轨钢铸坯样品中,夹杂物长度平均值分别由9.28μm降低至7.91、1.42μm,平均宽度由5.71μm降低至4.81、2.27μm;稀土的加入可降低夹杂物评级,对A类、B类、D类夹杂物评级降低效果明显,其中VD后加稀土生产的重轨钢铸坯样品夹杂物评级更优。通过不同工序加入稀土试验对比发现,VD后加稀土的工艺更能提高重轨钢夹杂物变质的能力。SEM及EDS分析结果表明,稀土主要存在于硅钙镁铝系夹杂物中,并使硅钙镁铝系夹杂物由水滴形变为球形,表面发生硫的富集;对硫化锰夹杂分析结果表明,VD后加稀土工艺可使钢中硫化锰与硅钙镁铝系夹杂共生,降低硫化锰对钢带来的危害。

不同热处理条件下U75V重轨钢的组织及断裂韧性研究

以U75V重轨钢为研究对象,采用万能试验机、应变仪、扫描电镜等测定和分析其在线轧态和在线热处理态条件下的微观组织、断口形貌及三点弯曲断裂韧性,揭示其微观组织对断裂韧性的影响规律,为研究珠光体重轨钢热处理工艺提供参考。结果表明:U75V重轨钢热处理态和轧态的表面应变变化规律相似,但热处理态U75V重轨钢从弹性变形到塑性变形比轧态滞后;热处理态和轧态U75V重轨钢的断裂韧性K_(IC)值分别为45.122、42.048 MPa•m^(1/2),热处理态的断裂韧性比轧态高;轧态U75V重轨钢断口为解理断裂,而热处理U75V重轨钢为准解理断裂;轧态和热处理态U75V重轨钢的珠光体片层间距分别为272.2、148.4 nm,热处理态U75V重轨钢的珠光体片层细密,存在显著的珠光体团簇,不利于裂纹的扩展,使得热处理态U75V重轨钢断裂韧性高于轧态。

重轨钢钢液与镁质耐火材料的润湿行为

采用座滴法研究了MgO、MgAl_(2)O_(4)和MgO-CaO三种镁质耐火材料与重轨钢钢液在1550℃下的润湿行为,结合电子显微镜分析了润湿过程中钢液对不同耐火材料的渗透程度和不同耐火材料对钢液洁净度的影响。结果表明,1550℃下,重轨钢与MgO、MgAl_(2)O_(4)和MgO-CaO耐火材料的起始接触角分别为116.8°、133.5°和147.1°,其平衡接触角分别为97.6°、91.0°和109.4°。MgAl_(2)O_(4)耐火材料会大量溶解于重轨钢钢液中,导致钢珠表面形成大量的MgAl_(2)O_(4)夹杂物,同时容易被钢液侵蚀渗透,平均渗透深度为163.4μm;MgO-CaO耐火材料与重轨钢钢液在界面处会生成致密Ca-Si-O反应层,阻碍了钢液向耐火材料的渗透,但反应物会进入钢液并弥散在其表层;MgO耐火材料与钢液的相互作用最小,最不易对钢液的洁净度产生影响,被钢液侵蚀的程度也较小。

重轨钢中氧氮元素分析准确度的研究

重型钢轨是我国高铁事业高质量发展的关键基础设施。重轨钢对氧、氮气体等元素的含量有着十分严格的控制要求。本实验重点对重轨钢中氧、氮元素含量的快速准确测定开展研究。通过选择、调整和确定实验参数,将其固定为测定重轨钢中氧、氮元素的方法。本研究重点阐述实验分析的过程,以期为改善重轨钢的冶炼工艺和提高钢材质量做出些许努力。

不同稀土、硫含量重轨钢的组织与性能

研究了具有不同稀土、硫含量重轨钢的组织与性能·在低硫重轨钢中 ,稀土元素具有使硫化物夹杂改性、抑制先共析铁素体析出以及细化NbC析出相等作用·稀土的加入明显改善钢的纵向力学性能 ,当加入量为 0 .0 2 %、钢中稀土硫比w(RE) /w(S) =1 5 7时 ,钢的强度、韧性及抗疲劳性能最佳·在高硫重轨钢中 ,稀土的加入可使硫化物明显改性 ,但对钢的纵向力学性能影响不明显·当稀土加入量相同时 ,高硫重轨钢的力学性能明显低于低硫重轨钢 ,这表明硫含量是影响重轨钢性能的重要因素·

稀土重轨钢的焊接性能

结合包钢稀土资源 ,本文就 BNb RE重轨钢的闪光焊和铝热焊热影响区进行了热模拟试验。其焊接性能的试验结果是可靠的。

稀土在BNbRE重轨钢中的作用机制

通过化学分析、金相观察和理论分析,研究了稀土在BNbRE重轨钢中的存在状态和含量的变化规律,以及它对钢的硫化物夹杂、微观组织和性能的影响机制。研究发现,对于BNbRE重轨钢,加入大量的稀土并不能增加钢中固溶稀土的含量,固溶稀土的含量均保持在0.0012%以下。少量的固溶稀土可以细化BNbRE重轨钢的奥氏体晶粒和珠光体片层结构。在本实验条件下,BNbRE重轨钢的最佳稀土加入量约为0.02%,此时BNbRE重轨钢的塑性和冲击韧性得到显著提高。

稀土、铌对重轨钢铸、轧态组织与性能的影响

对比研究了BNbRE与U71Mn重轨钢连铸方坯的组织和常规力学性能;通过测量硬度,揭示了接近共析成分的重轨钢连铸坯结晶组织的变化特征。采用金相和SEM等手段,对BNbRE钢和BNb钢热轧轨的轨头、轨腰和轨底角3种部位的组织和夹杂进行了观测,发现实验钢的铸坯有3个硬度恒值区和3个硬度变化区,U71Mn钢的铸坯里有可观的P共晶组织;未加稀土的BNb钢轨夹杂物,有轨头和轨底为氧化物和轨腰MnS居多的分布特征等。文章得出,加稀土不仅改善和细化了钢的铸、轧态组织,改变了夹杂物,还明显地减少了硬度变化结晶区尺寸及其硬度值的变化幅度,有效地抑制和甚至消除了磷共晶组织。

攀钢重轨钢钢水中氢含量的变化

攀钢在氧气顶吹转炉冶炼重轨钢过程中,熔池中钢水氢含量一直保持在很低的水平,并且在出钢、浇铸等工序中氢含量增加很少其中冶炼终点平均氢含量2.0(旱季)到2.4ppm(雨季),钢水包中2.8ppm,锭模中平均2.1(旱季)到2.3ppm(雨季)。

稀土在洁净BNbRE重轨钢中的作用机制

通过实验测定、金相观察和理论分析,系统研究了稀土在洁净BNbRE重轨钢中的赋存状态和存量的变化规律,以及其对钢的硫化物夹杂、微观组织及性能的影响作用机制。研究发现,在钢洁净度大幅度提高的条件下,稀土在钢中的作用机制有所变化,微量的稀土起到实现净化钢液、变质夹杂物和微合金化作用,而且作用效果非常稳定。随着钢洁净度的提高,稀土加入量可以适当降低。在本实验条件下,洁净BNbRE重轨钢的稀土最佳加入量为～0.01%,此时洁净BNbRE重轨钢的塑性和冲击韧度得到显著改善。

稀土对重轨钢冲击韧度的影响作用机制

通过实验测定、金相观察和理论分析,研究了稀土对重轨钢冲击韧度的影响作用机制.随着稀土加入量的增加(0～0.06%,ω),重轨钢中的固溶稀土含量均先逐渐增大,达到一定值后开始减小.当稀土加入量为0.01%时,重轨钢的奥氏体晶粒尺寸明显细化,冲击韧度显著改善.稀土在改善重轨钢冲击韧度的同时,可以减小横向冲击功和纵向冲击功之间的差距,消除钢的各向异性,增强钢的各向同性.在本实验条件下,最佳稀土加入量为0.01%.

淬火微观组织对重轨钢疲劳裂纹扩展速率的影响

以U75V重轨钢CT(Compaction test)试样为研究对象,分别研究了冷速为3℃/s、5℃/s及空冷轧态的组织对稳定区(疲劳扩展Ⅱ区)疲劳裂纹扩展速率的影响,疲劳试验在高频共振疲劳试验机上进行。研究结果表明:疲劳裂纹扩展速率随着珠光体片层间距的减小而降低,冷速由大到小(5℃/s、3℃/s、空冷)所对应的n值分别为3.603 05、3.631 18和3.885 28;珠光体组织的疲劳裂纹断裂形式主要以穿晶断裂为主,同时伴随部分沿晶断裂;片层间距影响裂纹扩展路径的偏折程度,偏折程度随片层间距的减小而增大,增大的裂纹偏折路径对裂纹扩展的阻碍作用增强,有利于疲劳裂纹扩展速率的降低。

重轨钢无铝脱氧工艺的研究

钢中铝夹杂对重轨钢性能有较大影响,其中铝脱氧钢中Al2O3夹杂是钢轨产生疲劳断裂的主要原因,减少重轨钢中Al2O3夹杂是很有必要的。因此,重轨钢的冶炼采用无铝脱氧工艺。针对重轨钢无铝脱氧的特点,对冶炼过程钢中铝含量控制、钢包炉扩散脱氧工艺、真空碳脱氧工艺和钙处理夹杂物控制进行研究。并把该技术应用到实际生产。结果表明,采用无铝脱氧工艺,通过控制炉渣组成、RH碳脱氧技术及钙处理工艺可把钢中w([O])降到20×10-6以下,满足洁净重轨钢的要求。

含Nb重轨钢在模拟工业大气环境下的腐蚀行为

在某钢厂生产的U76CrRE重轨钢基础上添加0wt％-0．09wt％的Nb（实验研究Nb的含量），采用25k中频感应炉冶炼＋锻造工艺制备样品，利用周期浸润腐蚀试验结合电化学方法研究了范围内模拟工业大气环境下Nb微合金化对稀土重轨钢的腐蚀行为和作用机理的影响。结果表明：添加合金元素Nb有利于α-FeOOH的快速形成和含量的增加．提高锈层阻止侵蚀性介质穿透的能力，也在一定程度上提高了实验重轨钢的耐腐蚀性能。随Nb含量的增加，锈层与基体的结合由致密变得疏松，实验钢的耐腐蚀性能逐渐降低。

提高重轨钢连铸大方坯质量的技术

简述了重轨钢大方坯连铸遇到的主要质量问题,以及国内外主要重轨生产厂家解决重轨钢连铸坯中心偏析的关键技术和提高重轨钢纯净度的工艺技术。

稀土微合金元素对U71Mn,REⅡ重轨钢动态再结晶的影响

采用Gleeble-1500D热模拟实验机,研究了不同变形条件下U71Mn,REⅡ重轨钢动态再结晶行为及微合金元素RE对其的影响。实验结果表明:变形温度越高,变形速率越低,动态再结晶越容易发生;由于微合金元素RE的作用,使REⅡ的动态再结晶开始时间延长,变形奥氏体的动态再结晶的名义激活能提高,对奥氏体的动态再结晶起到抑制作用。

稀土对BNbRE重轨钢微观组织的影响

通过实验测定、金相观察和理论分析,系统研究了稀土在BN bRE重轨钢中的赋存状态和存量的变化规律,及其对微观组织的影响作用机制。研究发现,对于BN bRE重轨钢而言,加入大量的稀土并不能增加钢中的固溶稀土含量,固溶稀土含量均保持在0.0012%以下。少量的固溶稀土可以细化BN bRE重轨钢的奥氏体晶粒度和珠光体片层结构。

稀土对V微合金重轨钢高温塑性的影响

U76CrRE钢(/%:0.71～0.80C、0.50～0.80Si、0.80～1.10Mn、0.04～0.10V、0.25～0.35Cr、0.02RE)和U75V钢(/%:0.70～0.78C、0.50～0.70Si、0.75～1.05Mn、0.04～0.08V)的冶炼工艺流程为铁水预处理-150 t复吹转炉-LF-VD 280 mm×380 mm连铸,LF精炼后通过喂稀土包芯线加入稀土。对钢的铸坯进行热塑性试验结果表明,加入稀土主要在第Ⅲ脆性区提高V微合金重轨钢的高温塑性,950～1225℃U76CrRE钢和U75V钢的平均断面收缩率Z值分别为83.34%和65.17%,1250℃U76CrRE钢和U75V钢的Z值分别为58%和12%。为防止铸坯出现裂纹,铸坯的矫直温度应≥900℃。

稀土重轨钢动态再结晶及其显微组织的研究

应用gleeble—1500D热模拟试验机对微合金重轨钢进行单道次压缩实验测定其不同终轧温度下的真应力-真应变曲线,采用应变速率0.1S^-1、变形量60%、终轧温度范围900℃-1100℃,用扫描电镜观察变形后空冷的显微组织,研究不同终轧温度和微合金元素对再结晶及显微组织的影响。结果表明,Nb和RE能显著地抑制形变奥氏体的动态再结晶。因此,在终轧温度较高时仍能得到细小均匀的显微组织。