电渣重熔和合金元素对车轮钢组织和性能的影响_杨艳.pdf

D O I:1 0.1 1 9 7 3/f s y f h-2 0 2 3 0 2 0 0 7电渣重熔和合金元素对车轮钢组织和性能的影响杨 艳1,赵锦龙2(1.包头铁道职业技术学院铁道机车车辆系,包头 0 1 4 0 6 0;2.内蒙古工业大学材料科学与工程学院,呼和浩特 0 1 0 0 5 1)摘 要:对比分析了锻态和调质态车轮钢的显微组织,研究了电渣重熔、合金元素M n和S i对调质态车轮钢组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明:电渣重熔有助于锻态车轮钢中贝氏体组织的细化,但晶粒度会从非电渣重熔时的6级增大至电渣重熔时的3级,调质态A钢(电渣重熔)和B钢(非电渣重熔)的组织都为回火索氏体,晶粒度分别为6级和7级;调质态B钢的强度和布氏硬度高于调质态A钢,-4 0冲击吸收能和断后伸长率略低于调质态A钢;M n质量分数从0.6 3%增加至1.0 6%或者S i质量分数从0.3 1%增加至0.6 9%,调质态车轮钢的强度和布氏硬度会增大、断后伸长率和-4 0 冲击吸收能会有所减小,耐腐蚀性能增强。关键词:车轮钢;电渣重熔;合金元素;组织;性能中图分类号:T G 1 6 1 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 5-7 4 8 X(2 0 2 3)0 2-0 0 4 0-0 5E f f e c t s o f E l e c t r o s l a g R e m e l t i n g a n d A l l o y i n g E l e m e n t s o n M i c r o s t r u c t u r e a n d P r o p e r t i e s o f W h e e l S t e e lYANG Y a n1,Z HAO J i n g l o n g2(1.D e p a r t m e n t o f L o c o m o t i v e a n d R o l l i n g S t o c k,B a o t o u R a i l w a y V o c a t i o n a l&T e c h n i c a l C o l l e g e,B a o t o u 0 1 4 0 6 0,C h i n a;2.S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g,I n n e r M o n g o l i a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,H u h e h o t 0 1 0 0 5 1,C h i n a)A b s t r a c t:T h e m i c r o s t r u c t u r e o f f o r g e d a n d q u e n c h e d-t e m p e r e d w h e e l s t e e l s w a s c o m p a r e d a n d a n a l y z e d.T h e e f f e c t s o f e l e c t r o s l a g r e m e l t i n g,a l l o y i n g e l e m e n t s M n a n d S i o n t h e m i c r o s t r u c t u r e,m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f t h e q u e n c h e d-t e m p e r e d w h e e l s t e e l s w e r e s t u d i e d.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t e l e c t r o s l a g r e m e l t i n g(E S R)w a s h e l p f u l t o r e f i n e b a i n i t e s t r u c t u r e i n t h e f o r g e d w h e e l s t e e l,b u t t h e g r a i n s i z e i n c r e a s e d f r o m g r a d e 6 i n E S R t o g r a d e 3 i n n o n E S R.T h e m i c r o s t r u c t u r e o f q u e n c h e d-t e m p e r e d s t e e l A(E S R)a n d s t e e l B(n o n E S R)w a s t e m p e r e d s o r b i t e.T h e g r a i n s i z e s o f t h e q u e n c h e d-t e m p e r e d s t e e l A a n d s t e e l B w e r e g r a d e 6 a n d g r a d e 7 r e s p e c t i v e l y.C o m p a r e d w i t h t h e q u e n c h e d-t e m p e r e d s t e e l A,t h e q u e n c h e d-t e m p e r e d s t e e l B h a d h i g h e r s t r e n g t h a n d B r i n e l l h a r d n e s s,a n d s l i g h t l y l o w e r i m p a c t a b s o r b e d e n e r g y a t-4 0 a n d e l o n g a t i o n.W h e n t h e m a s s f r a c t i o n o f M n i n c r e a s e d f r o m 0.6 3%t o 1.0 6%o r t h e m a s s f r a c t i o n o f S i i n c r e a s e d f r o m 0.3 1%t o 0.6 9%,t h e s t r e n g t h,B r i n e l l h a r d n e s s a n d c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f t h e q u e n c h e d-t e m p e r e d w h e e l s t e e l s i n c r e a s e d,b u t t h e e l o n g a t i o n a n d i m p a c t a b s o r b e d e n e r g y a t-4 0 d e c r e a s e d.K e y w o r d s:w h e e l s t e e l;e l e c t r o s l a g r e m e l t i n g;a l l o y i n g e l e m e n t;m i c r o s t r u c t u r e;p r o p e r t y 铁路车轮钢是用于制造各种铁路机车和车辆车轮的专业用钢。随着近年来铁路机车朝着更安全、更环保、低油耗、低价格等方向发展,车轮生产厂商都在致力于改进和开发新的解决方案使车轮钢同时具有良好的强韧性和耐腐蚀性能1。虽然近年来我收稿日期:2 0 2 1-0 3-0 9基金项目:内蒙古自治区教育科学研究“十三五”规划课题(N Z J GH 2 0 1 9 1 6 6)通信作者:杨 艳(1 9 8 3-),讲师,硕士,主要研究方向为材料成型及控制工程等,1 5 0 4 9 3 2 6 7 7 6,4 1 2 0 4 2 3 5 6q q.c o m国在高性能铁路机车车轮钢的开发与应用上取得了较大的进展,但是由于起步较晚,在技术上与国外先进钢铁企业仍然存在一定差距,如高强车轮钢的生产成本较高、难以实现良好的强韧性和耐蚀性能结合以及成品质量稳定性较差等2-4。目前,提高车轮钢综合性能的手段主要包括熔炼技术改进、微合金化、控轧控冷和热处理等5-7。用非电渣重熔工艺替代电渣重熔工艺熔炼车轮钢可以降低成本,但后续的热处理工艺是否可以改善车轮钢的锻态组织和性能仍不清楚。此外,车轮钢中M n元素能一定程度提高强韧性并改善热加工性能,但是过多M n会降04第4 4卷 第2期2 0 2 3年2月腐蚀与防护C O R R O S I ON&P R O T E C T I ONV o l.4 4 N o.2F e b r u a r y 2 0 2 3低车轮钢的耐蚀性,且目前报道中M n元素添加量多在1%(质量分数,下同)以上,而M n添加量在1%以下的报道较少;S i元素可以起到改善回火脆性和固溶强化等作用,结合非电渣重熔工艺探讨M n和S i元素添加量对车轮钢组织与性能的影响机理有待进一步研究。本工作从降低成本、改善强韧性和耐蚀性的角度出发,对比分析了电渣重熔和非电渣重熔车轮钢的组织与性能,并研究了非电渣重熔工艺下M n和S i元素对车轮钢组织与性能的影响,以期为开发与应用高强韧性和良好耐蚀性车轮钢提供参考。1 试验1.1 试验材料采用电渣重熔和非电渣重熔技术在宝钢研究院制备了4种车轮钢,其主要元素成分见表1。其中,A钢、B钢、C钢和D钢的冶炼制度都为电弧炉+炉外精炼+真空除气,冶炼后A钢进行电渣重熔,B钢、C钢和D钢进行非电渣重熔(B钢和C钢的主要差别在M n含量,C钢和D钢的主要差别在S i含量);之后对4种钢进行锻造比13的锻造和扩氢退火。锻造后的试样在纳博热空气循环箱式炉中进表1 高强车轮钢的化学成分T a b.1 C o m p o s i t i o n t e s t r e s u l t o f h i g h s t r e n g t h w h e e l s t e e l%车轮钢w(C)w(S i)w(M n)w(P)w(S)w(C r)w(N i)w(M o)w(V)w(C u)w(F e)电渣重熔A0.3 40.4 00.6 50.0 0 90.0 0 31.0 32.8 90.4 90.1 30.0 6 2余量B0.3 30.3 10.6 30.0 1 00.0 0 31.0 42.8 50.4 80.1 20.0 5 9余量非电渣重熔C0.3 30.3 11.0 60.0 0 80.0 0 31.0 32.8 80.5 00.1 40.0 6 0余量D0.3 20.6 91.0 70.0 0 90.0 0 21.0 42.9 00.4 90.1 20.0 5 7余量行正火(9 0 0 2 h)和调质热处理(8 6 5 2 h油淬+6 2 5 2.5 h空冷)。1.2 试验方法将试验钢切割成1 2 mm1 2 mm1 2 mm的试样,采用6 0号至1 2 0 0号的金相砂纸逐级打磨试样表面,然后使用W 2.5金刚石研磨膏抛光,乙醇清洗,吹干。采用DM 6型金相显微镜和J S M 6 8 0 0型钨灯丝扫描电镜(S EM)观察试样的显微组织,依据G B/T 6 3 9 4-2 0 0 2 金属平均晶粒度测定方法 评级组织晶粒度。依据G B/T 2 2 8-2 0 1 0 金属材料 拉伸试验 第1部分:室温试验方法 在MT S-8 8 0型液压伺服拉伸机上进行室温拉伸性能测试,结果取3组平行试样的平均值。冲击性能测试依据G B/T 2 2 9-2 0 0 7 金属材料夏比摆锤冲击试验方法 在N I 5 0 0 A型全自动金属摆锤冲击试验机上进行,