贝氏体钢轨热处理工艺优化及其强韧机理的研究
发布时间：2021-12-16 10:20
重载铁路是我国的铁路发展重要方向之一,也是提升货运能力的最有效途径。现阶段服役中的钢轨在韧塑性、耐磨性和抗疲劳性已经不能完全满足使用要求。被誉为“21世纪的钢轨”-贝氏体钢轨经过合理的强韧化方式,其强韧性匹配、耐磨性均优于传统钢轨,满足服役要求。本文以Mn系贝氏体钢轨为研究对象,通过优化热处理工艺来研究工艺参数与组织、性能的关系,最终实现了钢轨的最佳强韧性匹配,并运用合理的工艺在企业生产现场试制重载铁路用原型贝氏体钢轨。实验钢轨存在Mn元素引起的偏析现象,通过测量偏析条带所占比、平均宽度以及利用电子探针定量分析元素含量,确定了 Mn是导致偏析条带的主要元素。不同程度的偏析对相变有不同的影响,为研究成分偏析对相变的影响,通过连续冷却转变以及等温转变实验后,发现距离踏面15mm位置等温转变孕育期最长,且该位置的硬度无论是在等温转变过程中还是在连续冷却过程中最大。在等温转变过程中,距离踏面任何位置的贝氏体转变量随着等温温度的升高而减少,其中15mm位置贝氏体转变量最少。根据Mn元素产生的偏析对钢轨相变点的影响,设计了三组不同热处理工艺:BQPT1（淬火-配分）、BQPT2（淬火-配分）和BQ...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－４铁素体麻光体转变、贝氏体转变的ＴＴＴ转变曲线??（ａ）铁素体／珠光体转变，（ｂ）贝氏体转变??
得到了应用。相对于珠光体钢轨，贝氏体钢轨在此方面的研究还较少，目前对于??贝氏体钢轨热处理的研究多集中在回火工艺优化等［３９４１］。由于贝氏体钢具有与珠??光体钢完全不同的转变特征，如图１－４所示，因此如何将在线热处理技术运用到贝??氏体钢轨上成为研究的重点。??１．３．３新型热处理的发展??传统的热处理工艺为淬火＋回火（ＱＴ）或者欠速淬火（ＳＱ）工艺，这种热处??理在珠光体钢轨上得到了应用，如果控制的冷却工艺适当，可以获得较高的硬度，??但是冷速过高，会形成马氏体组织，不利于韧塑性的改善。这种工艺如果直接用??于贝氏体钢轨时，需要考虑到临界冷却速度的选择、以及中温转变相变应变对于??钢轨变形和残余应力的影响。??美国的Ｓｐｅｅｒ在２００３年提出Ｑ＆Ｐ工艺［４２］，即淬火＋配分工艺，通过该工艺可??以获得富碳的奥氏体和贫碳的马氏体，残余奥氏体富碳而稳定。此工艺是将实验??钢高温奥氏体化后淬火到Ｍｓ￣Ｍｆ之间的某一温度Ｔｑ，形成一定量的马氏体，随后??在Ｔｑ或大于此温度ＴＰ进行一段时间的保温
性能并验证实验室的研宄方案是否满足工业生产要求。??１．５．３研究思路??本文的研宄思路如图１－６所示，对Ｍｎ－Ｓｉ－Ｃｒ系贝氏体钢轨不同部位进行微观??偏析分析、相变分析、测定关键相变点、绘制ＣＣＴ、ＴＴＴ曲线，根据在线热处理??生产线，制定不同的热处理工艺，并进行热处理工艺模拟。进行组织观察和力学??性能测试，结合工业化试制的钢轨进行组织与力学性能检测，探索最佳热处理工??艺，从而指导工业化生产。??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mn含量对Mn-Al系TRIP钢组织和力学性能的影响[J]. 王宇辰,冯运莉,郭雪霏. 华北理工大学学报(自然科学版). 2019(02)
[2]碳含量对600MPa级高强钢中心偏析和带状组织的影响[J]. 梁文,吴润,黄海娥,夏念平,王立新,胡俊,赵江涛. 钢铁钒钛. 2018(03)
[3]辙叉用贝氏体钢的研究进展[J]. 林云蕾,周清跃. 铁道建筑. 2018(10)
[4]U75V钢轨在线热处理工艺研究[J]. 李闯. 金属热处理. 2018(01)
[5]Mn-Si-Cr系无碳化物贝氏体/马氏体复相高强钢的研究进展[J]. 高古辉,桂晓露,谭谆礼,白秉哲. 材料导报. 2017(21)
[6]1.2085模具钢锻制大模块时成分偏析对预硬化硬度的影响[J]. 孙秀华,牟风,岳彩超,王洋洋. 钢铁研究. 2017(05)
[7]轧后超快冷及亚温淬火对5%Ni钢微观组织与低温韧性的影响机理[J]. 王猛,刘振宇,李成刚. 金属学报. 2017(08)
[8]C同时提高马氏体钢强度和塑性的原理和机制[J]. 戎咏华,陈乃录. 金属学报. 2017(01)
[9]多相强化型马氏体时效不锈钢中的合金元素偏聚效应[J]. 田家龙,李永灿,王威,严伟,单以银,姜周华,杨柯. 金属学报. 2016(12)
[10]复合形法模拟固定硬度处端淬距离与化学成分的关系[J]. 谢铁桥,殷君. 天津冶金. 2015(05)
博士论文
[1]辙叉用高强高韧贝氏体钢研究[D]. 林云蕾.中国铁道科学研究院 2018
[2]铁路轨道用含铝无碳化物贝氏体钢的组织和性能研究[D]. 李艳国.燕山大学 2017
[3]Mg-Al基强化相及固溶体结构和性能的第一性原理研究[D]. 杨晓敏.中北大学 2014
[4]U75V重轨在线热处理工艺关键技术的实验研究[D]. 康皓.东北大学 2012
[5]30Cr2Ni4MoV钢低压转子热处理工艺的研究[D]. 陈睿恺.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]无碳化物贝/马复相高强钢高周疲劳行为的研究[D]. 郭浩冉.北京交通大学 2018
[2]经济型高强韧贝/马复相钢的研究与应用[D]. 安佰锋.北京交通大学 2016
[3]低碳马氏体钢强韧性晶粒控制单元的研究[D]. 邓灿明.昆明理工大学 2013
[4]钢轨冷却过程中温度场及弯曲变形数值模拟研究[D]. 段金良.内蒙古科技大学 2012
[5]低碳贝氏体型钢变形奥氏体连续冷却研究[D]. 杨涛.上海交通大学 2007
本文编号：3537970
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－４铁素体麻光体转变、贝氏体转变的ＴＴＴ转变曲线??（ａ）铁素体／珠光体转变，（ｂ）贝氏体转变??
得到了应用。相对于珠光体钢轨，贝氏体钢轨在此方面的研究还较少，目前对于??贝氏体钢轨热处理的研究多集中在回火工艺优化等［３９４１］。由于贝氏体钢具有与珠??光体钢完全不同的转变特征，如图１－４所示，因此如何将在线热处理技术运用到贝??氏体钢轨上成为研究的重点。??１．３．３新型热处理的发展??传统的热处理工艺为淬火＋回火（ＱＴ）或者欠速淬火（ＳＱ）工艺，这种热处??理在珠光体钢轨上得到了应用，如果控制的冷却工艺适当，可以获得较高的硬度，??但是冷速过高，会形成马氏体组织，不利于韧塑性的改善。这种工艺如果直接用??于贝氏体钢轨时，需要考虑到临界冷却速度的选择、以及中温转变相变应变对于??钢轨变形和残余应力的影响。??美国的Ｓｐｅｅｒ在２００３年提出Ｑ＆Ｐ工艺［４２］，即淬火＋配分工艺，通过该工艺可??以获得富碳的奥氏体和贫碳的马氏体，残余奥氏体富碳而稳定。此工艺是将实验??钢高温奥氏体化后淬火到Ｍｓ￣Ｍｆ之间的某一温度Ｔｑ，形成一定量的马氏体，随后??在Ｔｑ或大于此温度ＴＰ进行一段时间的保温
性能并验证实验室的研宄方案是否满足工业生产要求。??１．５．３研究思路??本文的研宄思路如图１－６所示，对Ｍｎ－Ｓｉ－Ｃｒ系贝氏体钢轨不同部位进行微观??偏析分析、相变分析、测定关键相变点、绘制ＣＣＴ、ＴＴＴ曲线，根据在线热处理??生产线，制定不同的热处理工艺，并进行热处理工艺模拟。进行组织观察和力学??性能测试，结合工业化试制的钢轨进行组织与力学性能检测，探索最佳热处理工??艺，从而指导工业化生产。??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mn含量对Mn-Al系TRIP钢组织和力学性能的影响[J]. 王宇辰,冯运莉,郭雪霏. 华北理工大学学报(自然科学版). 2019(02)
[2]碳含量对600MPa级高强钢中心偏析和带状组织的影响[J]. 梁文,吴润,黄海娥,夏念平,王立新,胡俊,赵江涛. 钢铁钒钛. 2018(03)
[3]辙叉用贝氏体钢的研究进展[J]. 林云蕾,周清跃. 铁道建筑. 2018(10)
[4]U75V钢轨在线热处理工艺研究[J]. 李闯. 金属热处理. 2018(01)
[5]Mn-Si-Cr系无碳化物贝氏体/马氏体复相高强钢的研究进展[J]. 高古辉,桂晓露,谭谆礼,白秉哲. 材料导报. 2017(21)
[6]1.2085模具钢锻制大模块时成分偏析对预硬化硬度的影响[J]. 孙秀华,牟风,岳彩超,王洋洋. 钢铁研究. 2017(05)
[7]轧后超快冷及亚温淬火对5%Ni钢微观组织与低温韧性的影响机理[J]. 王猛,刘振宇,李成刚. 金属学报. 2017(08)
[8]C同时提高马氏体钢强度和塑性的原理和机制[J]. 戎咏华,陈乃录. 金属学报. 2017(01)
[9]多相强化型马氏体时效不锈钢中的合金元素偏聚效应[J]. 田家龙,李永灿,王威,严伟,单以银,姜周华,杨柯. 金属学报. 2016(12)
[10]复合形法模拟固定硬度处端淬距离与化学成分的关系[J]. 谢铁桥,殷君. 天津冶金. 2015(05)
博士论文
[1]辙叉用高强高韧贝氏体钢研究[D]. 林云蕾.中国铁道科学研究院 2018
[2]铁路轨道用含铝无碳化物贝氏体钢的组织和性能研究[D]. 李艳国.燕山大学 2017
[3]Mg-Al基强化相及固溶体结构和性能的第一性原理研究[D]. 杨晓敏.中北大学 2014
[4]U75V重轨在线热处理工艺关键技术的实验研究[D]. 康皓.东北大学 2012
[5]30Cr2Ni4MoV钢低压转子热处理工艺的研究[D]. 陈睿恺.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]无碳化物贝/马复相高强钢高周疲劳行为的研究[D]. 郭浩冉.北京交通大学 2018
[2]经济型高强韧贝/马复相钢的研究与应用[D]. 安佰锋.北京交通大学 2016
[3]低碳马氏体钢强韧性晶粒控制单元的研究[D]. 邓灿明.昆明理工大学 2013
[4]钢轨冷却过程中温度场及弯曲变形数值模拟研究[D]. 段金良.内蒙古科技大学 2012
[5]低碳贝氏体型钢变形奥氏体连续冷却研究[D]. 杨涛.上海交通大学 2007
本文编号：3537970
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/3537970.html
