鐵道車輛緩沖器用40CrMnMo鋼的研制開(kāi)發(fā)

李泰，趙燕，盧棟

（山鋼股份萊蕪分公司，山東萊蕪 271104）

生產(chǎn)技術(shù)

鐵道車輛緩沖器用40CrMnMo鋼的研制開(kāi)發(fā)

李泰，趙燕，盧棟

（山鋼股份萊蕪分公司，山東萊蕪 271104）

通過(guò)優(yōu)化合金成分設(shè)計(jì)，冶煉脫氧合金化、精煉白渣操作、鋼包底吹氬和窄成分控制技術(shù)，采用電爐—LF精煉—VD真空處理—連鑄（電磁攪拌、塞棒控制）—軋制成材工藝路線，萊鋼開(kāi)發(fā)了鐵道車輛緩沖器用40CrMnMo鋼。產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量檢測(cè)表明，鋼材化學(xué)成分穩(wěn)定，低倍組織致密、均勻，力學(xué)性能完全滿足技術(shù)要求，已實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。

緩沖器用鋼；40CrMnMo鋼；力學(xué)性能；產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

1 前言

隨著我國(guó)鐵路貨車向高速重載方向發(fā)展，為確保列車運(yùn)行的穩(wěn)定性和運(yùn)輸安全，對(duì)緩沖系統(tǒng)的要求不斷提高。40CrMnMo鋼化學(xué)成分穩(wěn)定，力學(xué)性能良好，用于制造列車緩沖器［1］中心楔塊，耐沖擊，能充分吸收車輛沖撞時(shí)產(chǎn)生的能量，滿足高速重載貨運(yùn)列車緩沖裝置的要求。萊鋼依據(jù)自己的設(shè)備技術(shù)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合用戶要求，采用電爐冶煉—LF精煉—VD真空處理—連鑄—軋制成材工藝流程，開(kāi)發(fā)了高質(zhì)量的40CrMnMo鋼。

2 主要技術(shù)要求

根據(jù)列車緩沖器使用特點(diǎn)，用戶對(duì)鋼材的主要技術(shù)要求如下：

1）化學(xué)成分。鋼的化學(xué)成分（熔煉成分）應(yīng)符合表1要求。

表1 40CrMnMo鋼的熔煉化學(xué)成分要求（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

2）低倍組織。按照GB/T 1979檢驗(yàn)，鋼材的橫截面酸浸低倍組織試片上不得有目視可見(jiàn)的縮孔、皮下氣泡、裂紋、過(guò)燒、有害夾雜物、翻皮、白點(diǎn)和晶間裂紋等對(duì)加工有害的缺陷。低倍組織應(yīng)滿足以下要求：一般疏松≤2.0級(jí)，中心疏松≤2.0級(jí)，偏析≤2.0級(jí)，不允許有一般點(diǎn)狀偏析。

3）力學(xué)性能。按照GB/T 2975制樣及GB/T 3077檢驗(yàn)，力學(xué)性能需符合GB/T 3077要求。

3 產(chǎn)品試制

結(jié)合鐵道車輛緩沖器用鋼的加工工藝［2］和使用要求，主要從成分設(shè)計(jì)、降低鋼中夾雜物、提高表面質(zhì)量、減少脫碳層、消除白點(diǎn)和提高軋后組織均勻性等方面入手，制定合理的工藝參數(shù)和過(guò)程控制措施，保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、可靠，更好地滿足用戶使用要求。產(chǎn)品按如下工藝路線試制：50 t電爐冶煉—LF精煉—VD真空處理—連鑄（電磁攪拌、塞棒控制）—軋制成材。

3.1 內(nèi)控成分設(shè)計(jì)

鐵道車輛緩沖器用鋼作為保安件結(jié)構(gòu)鋼，其強(qiáng)度是指緩沖器承受載荷后抵抗發(fā)生斷裂或超過(guò)容許限度的殘余變形的能力，是衡量緩沖器零件本身承載能力（即抵抗失效能力）的重要指標(biāo)。沖擊韌性是反映緩沖器對(duì)外來(lái)沖擊負(fù)荷的抵抗能力。

為保證鋼材的強(qiáng)度和沖擊韌性，研究冶煉脫氧合金化、鋼包底吹氬、精煉白渣操作和窄成分控制技術(shù)，調(diào)整Mo含量，抑制回火脆性；提高鋼的純凈度，降低氧含量，減少非金屬夾雜物；加入Al細(xì)化晶粒，提高鋼的低溫沖擊性能；優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)控成分要求。鋼中各元素的作用分析如下：

1）C。C原子在尺寸、化學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)等方面與Fe原子之間有很大的差異，是鋼中重要的固溶強(qiáng)化元素。鋼中含C量增加，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高，但塑性和沖擊韌性降低。

2）Cr。Cr在鋼中經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后能顯著提高鋼的淬透性，并有二次硬化作用，在含Cr量高的Fe-Cr合金中，若有σ相析出，沖擊韌性會(huì)急劇下降。

3）Mn。Mn原子溶入鐵原子中形成固溶體，降低鋼的下臨界點(diǎn)，增加奧氏體冷卻時(shí)的過(guò)冷度，細(xì)化珠光體組織，提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強(qiáng)度，并且還能明顯提高鋼的淬透性，但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利傾向。

4）Mo。Mo在鋼中可固溶于鐵素體、奧氏體和碳化物中，提高鋼的強(qiáng)度和淬透性，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后能降低回火脆性。

3.2 冶煉工藝控制

冶煉工藝控制鋼的潔凈度。電爐嚴(yán)格脫氧脫磷，終點(diǎn)C≥0.20%，P≤0.012%；LF精煉爐渣堿度＞3.0，白渣保持時(shí)間＞15 min，喂鋁線、鈣線；鋼水進(jìn)行真空脫氣，控制好精煉渣的流動(dòng)性和真空溫度，真空度＜67 Pa下保持足夠時(shí)間，破除真空后繼續(xù)軟吹氬，提高鋼水純凈度。

4 實(shí)物質(zhì)量分析

4.1 化學(xué)成分

鋼的化學(xué)成分內(nèi)控要求及實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。鋼材成分基本控制在內(nèi)控要求范圍內(nèi)且波動(dòng)小，成分穩(wěn)定。

表2 40CrMnMo鋼內(nèi)控及實(shí)測(cè)化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

4.2 低倍組織

鋼材低倍檢驗(yàn)一般疏松為0.5級(jí)，中心疏松0.5～1.5級(jí)，偏析0.5～1.0級(jí)。鋼材低倍組織致密、均勻，未發(fā)現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的縮孔、裂紋、氣泡、夾雜、折疊、白點(diǎn)及有害夾雜物，低倍組織檢驗(yàn)結(jié)果符合技術(shù)要求。

4.3 力學(xué)性能

鋼材的力學(xué)性能技術(shù)要求及檢驗(yàn)結(jié)果如表3所示。由表3可知，鋼的力學(xué)性能指標(biāo)較好，完全滿足技術(shù)要求。

表3 40CrMnMo鋼力學(xué)性能技術(shù)要求及實(shí)測(cè)結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

采用50 t電爐冶煉—LF精煉—VD真空處理—連鑄—軋制成材工藝生產(chǎn)的40CrMnMo鋼成分波動(dòng)小、力學(xué)性能穩(wěn)定。按照試制工藝，萊鋼對(duì)40CrMn-Mo鋼進(jìn)行了批量生產(chǎn)，共生產(chǎn)連鑄坯1 585.35 t，合格鋼材1 532.56 t，綜合成材率96.67%。

某緩沖器制造公司使用萊鋼開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的40CrMnMo鋼制造了緩沖器產(chǎn)品，經(jīng)性能測(cè)試分析，該產(chǎn)品完全滿足重載高速列車制動(dòng)需要，滿足了鐵路貨車全面提速和提高重載列車運(yùn)輸能力的制動(dòng)需求，也已實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。

［1］郭建良.鐵路貨車緩沖器的發(fā)展趨勢(shì)探討［J］.鐵道車輛，2010，48（2）：33-37.

［2］張忠東.外固定板鍛壓裂紋的控制［J］.機(jī)械工人，2005（5）：77-82.

Development of 40CrMnMo Steel for Railway Vehicle Bumper

LI Tai,ZHAO Yan,LU Dong

（Laiwu Branch Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Laiwu 271104,China）

By design optimum for alloy composition,to oxidize alloying and white slag operating in refining,to increase high purity with blowing argon in ladle floor and narrow composition control technology,the 40CrMnMo steel for railway vehicle bumper was developed in Laiwu Steel using processes of EAF-LF-VD-CC(electromagnetic stirring,stopper control)-rolling.The test results of actual product quality proved that 40CrMnMo has the stable chemical composition,macrostructure compaction homogeneous,and the mechanical properties can meet the technical requirement and mass production was realized.

steel for bumper;40CrMnMo steel;mechanical property;product development

TG142.41

B

1004-4620（2015）03-0007-02

2015-01-16

李泰，男，1981年生，2008年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)材料學(xué)專業(yè)，碩士。現(xiàn)為山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業(yè)部工程師，從事特殊鋼品種開(kāi)發(fā)與工藝技術(shù)工作。