调质C级钢铸钢材料的研制

　　0　前言

　　车钩及钩尾框是列车的关键部件,随着我国铁路向高速重载方向发展,人们对车钩及钩尾框材料的性能十分关注。二十世纪八十年代末,中国南车集团戚墅堰机车车辆工艺研究所(下简称戚所)根据我国铁路工业铸造生产的现状,研究开发了正回火C级钢,并得到了广泛的应用。然而正回火C级钢存在一些不足之处,由于该钢种依靠正回火热处理来获得美国AAR-M-201《铸钢件》标准规定的正回火C级钢强度指标,碳和合金元素含量较高,导致焊修性能较差,低温冲击韧性不高。美国AAR-M-211《货车车钩、钩尾框采购和验收技术条件》标准明确规定C级钢车钩材料为调质C级钢。AAR-M-201标准规定的调质C级钢在保证较高强度的同时,具有优良的低温冲击韧性。新开发的青藏铁路地处高寒地带,对机车车辆零部件的要求也大大提高,尤其是要求较高的低温冲击韧性。因此,为了适应铁路发展的要求,并与国际接轨,研制调质C级钢是十分必要的。

　　1　试验方法及设备

　　利用50 kg和150 kg中频感应电炉熔炼低合金铸钢材料,进行成分试验;利用箱式电阻炉进行热处理试验。拉伸试验在WI-25型油压万能材料试验机上进行,拉伸试棒直径为12. 5 mm,标距为50mm;低温冲击试验在JB-30B型冲击试验机上进行,采用V型缺口试样;耐磨性试验在东京衡机金属摩擦磨损试验机上进行。

　　2　试验方案和结果分析

　　2.1　调质C级钢成分试验

　　由于AAR-M-201只确定了C、Si、Mn、P、S等5个元素的成分上限,具体见表1。为了达到调质C级钢的性能要求,必须对C级钢中加入的合金元素进行研究,使其通过调质处理后达到调质C级钢的性能要求。

　　ZG25MnCrNMi o是戚所研制的“一钢两用”铸钢材料,即经正火+回火热处理可得到正回火C级钢;经淬火+高温回火热处理可得到调质E级钢。因此在ZG25MnCrNMi o的基础上,通过调整合金元素成分范围和回火温度,以满足调质C级钢的强度、塑性和低温冲击韧性要求,可以达到提高研制速度和便于推广应用的目的。

　　由于C和Mn、Cr、Mo之间可以形成合金碳化物,对强度和塑性影响较大, C、Mn、Cr、Mo含量越高,强度越高、塑性越低,因此减少C、Mn、Cr、Mo的加入量,将在强度下降的同时使塑性有所提高。Ni的强化效果较弱,但可显著提高钢的低温韧性,而Mn也可以改善钢的低温冲击韧性,因此在一定含量范围内可以“以Mn代Ni”。由于ZG25MnCrNMi o的Mo含量不高,继续降低含量将使Mo失去强化作用,因此维持Mo的含量不变,将C、Mn、Cr、Ni含量作适当下调,确定合理的成分范围,然后进行材料试验。在该成分范围内冶炼不同成分的铸钢材料,并对试棒进行调质热处理,测定的力学性能结果见表2。