高强韧U20Mn2SiCrNiMo贝氏体钢轨热处理工艺的优化

研究正火-回火和等温热处理工艺对U20Mn2SiCrNiMo贝氏体钢轨显微组织和力学性能的影响。结果表明:试验钢经900℃正火+300℃回火后的力学性能为抗拉强度为1 396 MPa,伸长率为16.0%,冲击吸收功K_(U2)为57J,HB硬度值402;试验钢经870~930℃加热空冷至300℃等温处理后,抗拉强度基本保持在1 300 MPa左右,伸长率为17.0%,冲击吸收功K_(U2)≥80 J,HB硬度值375~395;和传统的正火+回火工艺相比,优化的等温热处理工艺可以大幅提高U20Mn2SiCrNiMo贝氏体钢轨的冲击韧性,室温冲击吸收功由57 J提高到80 J以上,提高40%~56%,而断后伸长率基本保持不变,抗拉强度和踏面硬度略有降低。最佳优化工艺为:870℃正火后空冷至300℃保温4 h后空冷。

回火工艺对热轧U20Mn2SiCrNiMo贝氏体钢轨组织性能的影响

U20Mn2SiCrNiMo贝氏体钢轨的生产流程为150 t转炉-LF-VD-280 mm×380 mm铸坯-轧制,终轧930~980℃,空冷-340℃4 h两次回火,空冷。U20Mn2SiCrNiMo钢热轧态(终轧930~980℃空冷)和(320℃一、二次回火)组织均由贝氏体、马氏体和残余奥氏体组成。力学性能试验结果表明:U20Mn2SiCrNiMo钢轨最佳回火工艺为320℃4 h空冷+320℃4 h空冷二次回火,其性能为:屈服强度1242 MPa,抗拉强度1393 MPa,HBW硬度值417,伸长率15.0%,断面收缩率60%,冲击吸收功K U298 J,轨底纵向残余应力+180 MPa。

低温回火对U20Mn高强贝氏体钢轨氢脆敏感性的影响

利用氢热分析(TDS)试验研究了U20Mn贝氏体钢轨试样的氢吸附特征。通过电化学充氢和慢应变速率拉伸试验(SSRT)研究了低温回火对高强贝氏体钢轨氢脆敏感性的影响,采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术及X射线衍射仪(XRD)等研究了U20Mn贝氏体钢回火前后的显微组织的变化。结果表明:在同等氢含量时,回火后的U20Mn贝氏体钢轨氢脆风险比回火前降低了近两倍,即其氢脆敏感性大幅降低。SEM断口观察表明,SSRT充氢拉伸断口在回火前存在沿晶开裂趋势和少量的沿晶裂纹,回火后断口则主要为准解理断裂形式。回火后贝氏体钢轨氢脆敏感性显著降低主要与钢中块状残留奥氏体(M/A岛)、可动位错及小角度晶界等的数量降低以及组织稳定性提高等因素有关。

脱氧工艺对U20Mn2SiCrNiMo钢中夹杂物的影响

研究了实际生产中脱氧剂硅钙钡的加入量及加入时间对U20Mn2SiCrNiMo钢中夹杂物的影响。研究结果表明,虽然试验炉次硅钙钡脱氧剂加入量较原工艺减少180 kg,但是调整其加入工艺,试验炉次终点钢中总氧量基本保持不变。精炼后期钢水发生增氧及增氮现象,表明钢水发生了二次氧化。应适当降低VD破空后软吹气体流量,加强中间包保护浇铸,防止钢液裸露造成二次氧化。减少硅钙钡的加入量后,精炼渣碱度及Al_(2)O_(3)质量分数较原工艺有所降低,VD精炼后夹杂物的平均尺寸较原工艺有所降低,夹杂物平均成分发生了较大变化,CaO质量分数降低,SiO_(2)质量分数升高,Al_(2)O_(3)质量分数降低,MgO质量分数升高,在相图中夹杂物平均成分朝高熔点区移动,更有利于夹杂物上浮去除。

U20Mn钢轨水-空交替控时淬火技术的中试研究

为了提高载重钢轨的力学性能,尝试了以水-空交替控时淬火(ATQ)工艺取代传统的风冷或雾冷工艺,并以喷水淬火方式对U20Mn钢轨进行了ATQ技术(工艺+设备)的中试研究。首先通过设备和工艺的改进以及基于有限元的畸变模拟,解决了畸变导致钢轨运行受阻的难题。随后在实验室对比研究了可获得不同马氏体、贝氏体相对量的两种ATQ工艺,最终选择以可获得贝氏体为主的工艺进行中试。中试的目标为7 m长的钢轨,经ATQ工艺处理后再经260℃保温16 h或30 h回火,经检测力学性能均超过性能要求指标。