高速车轮钢的组织韧化工艺及机理研究

《高速车轮钢的组织韧化工艺及机理研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、.高速车轮钢的组织韧化工艺及机理研究马跃，潘涛1，陈刚2，崔银会2，苏航1，彭云1（1.钢铁研究总院工程用钢研究所，北京100081；2.马钢股份有限公司技术中心，安徽马鞍山243000）摘要:通过改变辗轧变形温度（TD）及踏面淬火温度（TQ），系统研究了热处理工艺对车轮钢力学性能的影响。采用光学、扫描电子显微（SEM）技术、电子背散射技术（EBSD）、定量金相技术等研究了车轮钢珠光体组织。试验结果表明：车轮钢韧性随着TD与TQ的降低而升高，强度变化不大；TD与TQ的降低导致奥氏体晶粒尺寸减小，同时

2、得到细化的珠光体球团组织，是韧性优化的直接原因。进一步断口分析与EBSD分析表明，单个珠光体球团可形成一个解理面，且解理面滑移带终止于珠光体球团界，与珠光体球团内部小角度晶界相对应，可认为珠光体球团是车轮钢韧性的控制单元。关键词车轮钢；热处理；珠光体球团；韧性；电子背散射技术EBSD随着高速列车的速度等级提高，高速车轮的运行安全性引起越来越多的关注。车轮失效分析表明[1-2]，车轮表面及亚表面裂纹是车轮疲劳失效的主要原因，危害行车安全。Wetenkamp等[3]对车轮应力集中的计算表明，提高车轮钢的

3、韧性是阻碍裂纹扩展的有效方式。因此，提高车轮钢韧性显得尤为迫切[4]。Sakamoto等[5]研究了碳含量0.4%~0.7%的珠光体车轮钢断裂韧性，强调了增加铁素体含量与细化奥氏体晶粒的有益作用。Ahlström等[6]在0.50%C车轮钢中系统研究了变形加热温度及淬火加热温度对韧性的影响，指出较低的变形加热温度及淬火加热温度能细化奥氏体晶粒，带来一定韧性改善。车轮钢使用状态组织主要为珠光体，但有关车轮钢物理冶金过程中组织传递行为及珠光体组织特征对车轮钢韧性的影响规律尚不明确，需进一步研究。本文通过

4、对车轮钢生产过程中主要热工艺过程的实验室模拟，系统研究了改善车轮韧性的工艺方法，并分析了原始组织状态对珠光体球团特征的影响规律，在此基础上，分析了高速车轮钢韧性改善的...组织控制单元。1试验试验钢成分（质量分数，%）为0.55C-0.30Si-0.75Mn，为EN13262标准ER8钢，取自某车轮厂Φ380mm连铸圆坯。整体辗钢车轮生产时，辗轧变形温度（TD）决定了成形及轧制工艺过程温度，踏面淬火温度（TQ）则直接决定车轮成品组织特征，这两个温度的高低直接决定了车轮成品的性能。为此，本文在实验室条

5、件下模拟了车轮生产过程中的TD及TQ，热处理工艺如下：将Φ380mm连铸圆坯在1200℃均匀化处理10h，随后沿轴向锻为矩形试块，终锻温度900℃；锻后在950℃正火10h再次进行均匀化处理，去除表面脱碳层后，得到截面尺寸为56mm×106mm锻坯；对锻坯分别在1150、1200、1250℃轧前保温2h后进行多道次轧制，轧制工艺相同，终轧温度900℃，轧板厚15mm，部分试样轧后直接淬火以保留原始奥氏体晶粒，其余试样空冷；对轧后空冷试样再加热至800~920℃奥氏体化，以模拟不同踏面淬火温度，保温时

6、间1h，少量试样直接淬火，其余试样随后快速空冷至室温，冷速约为2℃/s，以观察奥氏体化温度对珠光体相变行为的影响。试验中热处理加热均采用箱式空气炉。组织观察试样经机械磨抛后采用金相腐蚀方法在LeicaMEF4M光学显微镜上观察，并对试样采用带有EBSD的S4300场发射扫描电镜进行显微观察。珠光体球团（pearlitecolony）是指渗碳体片层与铁素体片层相互平行的珠光体领域，采用一种原创的金相腐蚀方法显示珠光体球团组织。EBSD及金相腐蚀试样制备方法祥见文献[7]。采用过饱和苦味酸水溶液显示原始

7、奥氏体晶粒度。对热处理后试样进行了力学性能检验。拉伸试验依据GB/T228~2002标准在WE300B拉伸试验机上进行，标距段长度30mm，截面尺寸1.0mm×20mm，测试室温性能。Charpy冲击试验依据GB/T229~2007标准在JB50冲击试验机上进行，冲击试样尺寸为10mm×10mm×55mm，V形2mm缺口，测试-20~40℃冲击功。2试验结果2.1原始奥氏体晶粒尺寸变形温度对原始奥氏体晶粒尺寸的影响如(a)1150℃...（b）1250℃图1所示。利用截距法对奥氏体晶粒度进行了定量分

8、析，如表1所示。奥氏体晶粒尺寸随着TD降低明显下降。需要指出的是，所测量的奥氏体晶粒是经过轧制变形后的晶粒尺寸。这说明采用不同变形温度时，轧制过程不能消除变形温度对奥氏体晶粒的影响。当变形过程完成后，经过860℃淬火加热，TD=1150℃的试样仍然具有最小的原始奥氏体晶粒。从为后续工艺过程做组织准备来看，当满足设备变形能力时，采用较低辗轧变形温度更合适。(a)(b)(a)1150℃（b）1250℃图1不同辗轧变形温度的轧后原始奥氏体晶粒表1热处理工艺对试验钢组织和性能