微合金车轴钢组织及性能研究

论文摘要

车轴在使用中受力状态极为复杂,并且会受到一定外力的冲击,火车运行中可能会因疲劳、扭转、弯曲或拉伸应力过大而断裂,造成火车脱轨、翻车等事故,其质量好坏直接影响到铁路的运输安全,所以,车轴用钢要求强度和韧性具有非常好的结合。为了在不降低车轴钢塑性和韧性的前提下,使车轴钢的强度高于典型的LZ50车轴用钢,本文提出对车轴钢进行微合金化的研究。综述部分概述了我国车轴的生产现状及国内外车轴用钢材质的发展现状,并通过阅读大量文献,探讨了合金元素对钢种强韧性的影响和V、Cr的合金化原理。依据微合金钢的设计理论,初步设计了微合金车轴钢的化学成分,并借助攀钢研究院现有的检测设备和试验设备,对加工后的新材质车轴钢的组织、力学性能和腐蚀性能进行了分析研究。研究表明,车轴钢的力学性能主要受钢中C含量的控制,但是合金元素V、Cr的加入也大大改善了车轴用钢的综合力学性能。当微合金车轴钢中C含量在0.41％左右时,钒以V（C、N）的形式析出,析出比例为57.1％-58.3%,从而使V的析出沉淀强化充分体现,提高了车轴钢的强度,平均每增加0.01％的钒,屈服强度提高17 MPa,抗拉强度提高11 MPa。与LZ50钢力学性能的对比研究表明,合金元素V、Cr的添加弥补了微合金车轴钢由于降C而损失的强度,微合金车轴钢的成分设计可以满足对车轴钢力学性能的要求。由于V的加入,使车轴钢组织的晶粒度达到8.0以上。珠光体的含量、形貌和片间距均受到了V的影响。由于V对C的争夺,使得车轴钢中珠光体的含量随着V的增加而增加；珠光体中渗碳体片的形状也出现了褶皱；珠光体的片间距得到细化。微合金车轴钢在进行盐雾试验72h后的腐蚀率低于LZ50钢,但相差不大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 我国铁路货车车轴的生产现状
• 1.2.1 车轴简介
• 1.2.2 我国车轴用钢的生产现状
• 1.3 国内外车轴材质的发展现状
• 1.3.1 国外车轴材质的发展现状
• 1.3.2 国内车轴材质的发展现状
• 1.4 国内外耐候钢的发展及应用
• 1.5 合金元素对钢强韧性的影响
• 1.5.1 固溶强化
• 1.5.2 细晶强化
• 1.5.3 析出强化
• 1.5.4 位错强化
• 1.5.5 合金元素对钢的韧性的影响
• 1.6 铁素体+珠光体组织对钢强韧性的影响
• 1.7 钒和铬的合金化原理
• 1.7.1 钒的合金化原理
• 1.7.2 铬的合金化原理
• 1.8 课题的背景及意义
• 1.9 研究内容
• 1.10 本章小结
• 第二章 试验材料和试验方法
• 2.1 车轴钢的成分设计思路
• 2.1.1 铁素体+珠光体钢的设计要素
• 2.1.2 成分设计
• 2.1.3 性能预测
• 2.2 试验材料的制备
• 2.2.1 炼钢
• 2.2.2 锻钢
• 2.2.3 试样加工
• 2.2.4 热处理
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 拉伸性能测试
• 2.3.2 冲击性能测试
• 2.3.3 金相组织观察
• 2.3.4 扫描电镜分析
• 2.3.5 析出相分析
• 2.3.6 盐雾试验
• 2.4 本章小结
• 第三章 实验结果及分析
• 3.1 化学成分对力学性能的影响
• 3.1.1 碳对微合金车轴钢力学性能的影响
• 3.1.2 钒对微合金车轴钢力学性能的影响
• 3.2 车轴钢的组织对力学性能的影响
• 3.2.1 金相组织及晶粒度
• 3.2.2 珠光体含量与力学性能的关系
• 3.2.3 碳、钒与珠光体含量的关系
• 3.2.4 对珠光体形貌及片间距的研究
• 3.3 钒析出贡献的研究
• 3.4 车轴钢的耐蚀性能研究
• 3.4.1 合金钢耐大气腐蚀机理
• 3.4.2 宏观形貌观察分析
• 3.4.3 失重分析
• 3.5 微合金车轴钢与LZ50钢的力学性能对比研究
• 3.6 本章小结
• 第四章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 试验钢盐雾试验形貌图
• 附录B 攻读硕士学位期间发表学术论文情况