时速400 km高疲劳性能高铁车轴钢研发

基于时速400 km高铁对车轴高疲劳性能的要求,分析了车轴超高疲劳性能的机理,细小的碳化物尺寸及马氏体板条尺寸是高疲劳性能的关键,确定了马氏体板条束宽度、析出相的分布等组织参量为影响高铁车轴钢屈服强度的关键控制单元,设计了高铁车轴钢的目标组织,通过高通量计算确定了时速400 km高铁车轴钢的最优合金成分。研发的时速400 km高铁车轴,经850~950℃淬火、620℃高温回火时具有较好的强韧性匹配,抗拉强度>880 MPa,-40℃冲击功达180 J。该工艺处理车轴的晶粒度和碳化物尺寸细小,晶粒细化至9.0级,高周及超高周疲劳性能均达标。车轴经整体热处理后小尺寸试样超高周疲劳试验稳定为3级,108循环周次下疲劳极限为517 MPa,疲劳极限高。通过车轴微缩样品预测了车轴整体疲劳性能,预测值与实际值一致性好,车轴整体在320 MPa试验力下通过10^(7)周次疲劳考核。

楔横轧高铁车轴钢25CrMo4塑性损伤形成机理

为揭示楔横轧高铁车轴塑性损伤形成机理,采用近似分析方法对车轴钢25CrMo4试件在三个温度(1 040,1 100和1 160℃)和两个应变速率(1.0和10.0 s-1)下做不同形变量的压缩和拉伸,获取各应力曲线以及微观组织.结合微观组织对比应力曲线得出结论:压缩时的软化机制由回复和再结晶主导,而拉伸时的软化机制由塑性损伤主导;塑性损伤分为晶界损伤和夹杂损伤两种,且经历形核,长大和汇聚三个阶段;流线处是晶粒细化,晶界损伤及夹杂损伤最容易发生的变形带;夹杂损伤分为晶界和晶内两种;拉应力是造成楔横轧高铁车轴塑性损伤的主要原因.

高铁车轴钢夹杂物细化的研究

以制备高性能高纯净度的高速铁路车轴钢为目标,改变目前国内外普遍采用的尽量去除大颗粒夹杂物的传统思路,而是在熔炼过程中采用了特制脱氧剂进行脱氧,使钢中的夹杂物得到了进一步的细化。改进后的钢中非金属夹杂物尺寸细小,其中A类、B类、C类和DS类夹杂物检测结果均为0,D类夹杂为细类0.5,达到了试验前预期效果。

高铁车轴用结构钢的热处理和力学性能

研究了高铁车轴用35CrMo3、4CrNiMo6和40CrNiMo钢的淬透性、热处理工艺和力学性能。结果表明,34CrNiMo6钢的淬透性优于其余两种钢;三种钢的抗拉强度、屈服强度和硬度均随回火温度的升高而下降,而断后伸长率、冲击韧度随回火温度的升高而上升。

高铁车轴用34CrNiMo6钢的热处理工艺研究

本文通过对高铁车轴用34CrNiMo6钢热处理工艺的研究,提出了该材料获得较好强度指标的工艺条件。实验结果表明,34Cr Ni Mo6钢试样在经850℃的油淬,并经680℃回火后,其抗拉强度达到829.7MPa,屈服强度达到730MPa,伸长率达到23.3%,完全可以满足高铁车轴需求的力学性能要求。

30NiCrMoV12高铁车轴钢连续冷却相变组织

为了确定30NiCrMoV12高铁车轴钢在连续冷却过程中的相变类型,研究了大直径高铁车轴钢淬火时截面上不同冷速下的相变组织。结果表明:在0.01~2℃/s的冷速范围内,实验钢的相变组织主要为贝氏体和马氏体。在0.01~0.5℃/s的冷速区间形成的贝氏体形貌复杂多样。随冷速升高,实验钢的组织依次为粒状贝氏体(GB)、上贝氏体(UB),以及板条束较粗的下贝氏体(LB1)和较细的下贝氏体(LB2)。透射电镜下组织观察表明,在冷速更快、转变温度更低条件下形成的LB2,其贝氏体板条更细小,板条中碳化物更密集细小,位错密度更高,显微硬度亦比LB1高出约30 HV0.05。30NiCrMoV12钢具有良好的淬透性,全尺寸大直径车轴在水淬状态下从表层到心部的微观组织依次是马氏体、下贝氏体LB2、下贝氏体LB2+LB1,基本能够保证截面组织和性能的均匀性,满足高铁车轴的均质化要求。

铌微合金化对高铁车轴钢淬透性的影响

为了研究铌对DZ2高铁车轴钢淬透性的影响规律和机理,通过末端淬透性试验和物理化学相分析等方法,研究了铌质量分数分别为0、0.026%和0.039%的DZ2钢的微观组织、析出相和淬透性。结果表明,距淬火端20mm以内,铌微合金化车轴钢硬度均高于对比钢,不同铌含量试验钢的淬透性曲线拐点位置均在距淬火端25~30mm处,总体来看,3种试验钢淬透性相当;随着铌质量分数的增加,奥氏体晶粒尺寸越小,降低了钢的淬透性;铌微合金化抑制了M3C相的析出,增加了奥氏体中碳、锰、铬固溶量,从而提高了钢的淬透性,弥补了晶粒细化造成的淬透性下降,综合作用下淬透性基本保持不变。

Nb对高铁车轴钢相变规律及微观组织的影响

采用热力学软件Thermo-Calc、Formastor-FII型全自动相变仪、OM、HRTEM等手段研究了V微合金化、Nb-V复合微合金化车轴钢的微观组织及连续冷却相变规律。结果表明,Nb能够提高钢的A_(c1)和A_(c3)相变温度,扩大铁素体+珠光体相变区冷速范围,使贝氏体相变区向左下方移动,提高获得全马氏体的临界冷却速度。此外,Nb的添加能够使V在高温下与Nb协同析出。冷速4.2℃/s的热膨胀试样HRTEM结果发现,Nb-V微合金化车轴钢中存在大量(Nb, V)C纳米析出相,呈随机分布,平均尺寸为6.8 nm,这些析出相能够细化奥氏体晶粒,是其相变后组织硬度提高的主要原因。

模具工艺参数对多楔轧制高铁空心车轴力能参数影响

力能参数是有效控制多楔轧制高铁空心车轴的成形质量和设备设计的关键参数。为了研究模具工艺参数对多楔轧制高铁空心车轴力能参数的影响规律,采用DEFORM有限元软件,建立了楔横轧多楔同步轧制高铁空心车轴的三维刚塑性有限元模型;对轧制力和轧制力矩进行了理论计算;分析了展宽角、成形角、模具脱空等模具工艺参数对空心车轴力能参数的影响规律。结果表明:展宽角增大使力能参数增大;成形角增大也使力能参数增大;模具脱空能够显著改善轧件的受力状况。进行了1∶5多楔轧制空心车轴实验,实验轧制力矩与数值模拟结果相对误差均在10%以内,验证了有限元模型的正确性。

高铁空心车轴三辊斜轧成形仿真及分析

针对目前高铁空心车轴成形工艺投资大、成本高、材料利用率低等问题,采用三辊斜轧成形高铁空心车轴工艺,利用Simufact有限元软件,对1:5的高铁空心车轴进行三辊斜轧成形仿真,分析其成形过程中金属流动规律,应变场、温度场及轧制力的变化规律,阐明其成形机理.在轧制同等尺寸的空心车轴时斜轧的力能参数明显小于楔横轧的.研究结果表明三辊斜轧成形高铁空心车轴工艺可行,为短流程低成本实现高铁空心车轴精确成形及其国产化奠定理论基础.

DZ2高速列车车轴钢的热变形行为及热加工图

采用Gleeble-3800型热模拟机研究了DZ2高速车轴钢在应变速率0.01~10 s-1、温度900~1150℃时的热压缩变形行为,分析了热压缩变形时该钢的流变应力、变形温度及应变速率之间的关系,通过线性回归确定了其流变应力本构方程,建立了其在不同应变下的热加工图。结果表明:DZ2车轴钢在高温热压缩时流变应力随变形温度的减小而增大,随应变速率的升高而增大。当应变速率等于0.01 s-1时,DZ2车轴钢的流变应力曲线表现为动态再结晶特征。DZ2车轴钢的热变形激活能为356.64 kJ·mol-1。在低温高应变速率区(温度为950~1020℃,应变速率为1~5 s-1)以及高温低应变速率区(温度为1050~1150℃,应变速率为<1 s-1)这2个区域为变形安全区,适合DZ2高速车轴钢进行热加工。

高速列车车轴材料的低温高周疲劳性能

现行高铁车轴的设计标准是基于高周疲劳"安全寿命"设计方法,但并未考虑低温服役环境下车轴材料的高周疲劳行为。本文采用低温旋转弯曲疲劳试验机,测试了进口EA4T车轴钢的室温和低温高周疲劳性能以及国产DZ2车轴钢的低温高周疲劳性能,绘制了其疲劳S-N曲线和P-S-N曲线。结果表明:EA4T车轴钢低温高周疲劳性能优于室温高周疲劳性能,DZ2车轴钢与进口EA4T车轴钢的低温高周疲劳性能相近;疲劳裂纹均起源于表面,裂纹穿晶扩展。

EA4T车轴钢高温拉伸变形行为及塑性损伤演变规律

为了研究EA4T车轴钢在高温拉伸时的力学性能、微观组织和塑性损伤演变规律,在Gleeble-3800热模拟试验机上进行了光滑圆棒和缺口圆棒的高温拉伸试验,试验温度为970、1070和1170℃,应变速率为0.1、1.0和10.0 s^(-1),缺口半径分别为15、10和5 mm的缺口圆棒试样对应不同的应力三轴度。结果表明:EA4T车轴钢在高温变形中,断裂应变随着温度的升高而降低,随着应变速率的增大而增大。随着应力三轴度的增大,平均断裂应变呈降低趋势,微观组织中微孔洞的数量更多、尺寸更大。动态再结晶过程会阻碍微孔洞的长大和汇聚,随着再结晶程度的加深,孔洞由宽大椭圆形变为细长梭形,平均尺寸减小,孔洞的拉长方向指向断面收缩的中心,拉长的孔洞使断面形成了较深的等轴韧窝。

高端重要用途特殊钢非金属夹杂物控制技术研究

介绍了作者在高铁车轴钢和硅片切割丝钢非金属夹杂物控制方面的研究进展:(1)针对高铁车轴钢大型非金属夹杂物问题,在钢超低氧含量控制基础上(w(T.O)=0.000 45%~0.000 6%),通过进一步强化RH真空精炼、严格控制二次氧化、生成液态夹杂物以抑制其相互聚集等措施,使钢中大型非金属夹杂物得到有效控制;(2)针对硅片切割丝生产由于夹杂物造成的断丝问题,通过减少CaOSiO_2-Al_2O_3系夹杂,在钢中生成MnO-SiO_2-Al_2O_3/SiO_2复相夹杂物,并严格控制外来夹杂物,使切割丝拉拔抗断裂性能显著提升;(3)采用该研究开发的夹杂物控制技术,马钢生产高铁轮对已用于沪昆高铁线列车,邢钢生产直径0.12mm切割丝,不断丝长度提高至1万km以上,达到了国际顶级切割丝质量水平。