摘要：以微合金化原理作为基础，进而对 4 中化学成分通过配比加以研究，最终确定了微合金元素铌、铬、镍等等元素的优化配 比的新型微合金钢设计方案，最终制成的合金钢的强度还有韧性和伸长率等等各项数据都能够符合铁路车辆制动梁用钢的标准要求。 通过采取热轧工艺还有控扎控冷的工艺都能够得到金相组织大致内容就是 : 铁素体和珠光体还有贝氏体的合金钢。通过控扎控冷工艺最 后制得的合金钢晶体非常细化，并且钢的强度还非常高。通过采用正火加上回火的热处理工艺发现，其全部得到细化的晶体还有均匀 的组织，并且合金钢的韧性非常高。
关键词：铁路发展 ; 车辆组合 ; 优化设计 ; 提供参考 ; 分析与研究
我国目前铁路领域的发展逐渐完善，在铁路高速还有重载以 及高密度的运输组织方式基本上都被采用。这就大大提升了我国 对以上运输组织方式的要求。最重要的是对车辆制动梁部分对钢 材质的结构致密性还有其纯净度还有均匀性等等标准的要求。发 现质量好的各项力学性能能够为我国铁路高速的发展提供很大的 帮助。除此之外，这几部分已经成为我国铁路行业所使用的新型 组合方式制动梁用钢的必要考虑条件。现阶段，我国在制动梁的 选择上面使用最多的就是 q490d 钢。这类型的钢强度很大，但是 韧性却不符合标准。如果车辆准备提速时，这类型的钢的内部件 在受到冲击或者扭转等等复杂的力时，就会发现变形的状况。极 大程度的降低了制动梁部件的安全还有可靠性能。针对于此，在 本文中通过对微合金化原理的应用，进而调整钢材的化学成分， 然后将生产工艺进一步的优化，争取研究出一种具有屈服强度余 量适中、组织结构更优、力学性能指标更高的新型合金钢。这种 钢一定能够配合我国铁路提速对车辆组合制动梁用钢的进一步的 要求。
一、设计方案的提出
1.1 化学元素的调整依据 因为微合金钢具备非常良好的晶粒细化还有析出强化，还有冷热成型的焊接性比较突出的特点，所以其被广泛应用在我国各个生产工业领域当中。在 cr nb ni B al 等等微合金元素上面，在跟钢中的 C N O S 等等元素共同组成各种化合物，进而能够产生多种对钢的影响。在本文的钢强化设计和优化的过程中，在 主要的化学元素的选择与调整上面做了详细的阐述，具体为以下 几个方面。(1)Nb 铌对碳、氮具有较强的亲和力，在奥氏体中能 充分溶解，具有细化晶粒、增强沉淀强化，降低钢的过热敏感性 和回火脆性的特点，能提高钢的强度和韧性。(2) 钒 (v)。在高温 状态下，妮的碳、氮化物的溶解度有限并且沉淀颗粒较大。而钒 作为优良脱氧剂和氮稳定剂，可细化组织晶粒，促进碳氮化钒的 析出，增强沉淀强化作用，提高钢的强度和韧性。钒含量较高时， 会影响钢的冲击韧性。而镍，作为一种固溶强化剂，具有扩大奥 氏体元素、降低奥氏体的转变温度，进而影响碳与合金元素的扩 散速度，阻比奥氏体向珠光体转变的特性。适量的镍具有改善钢 的低温韧性，提高钢的淬透性，降低冷脆转折温度的作用。(4) 铬 (Cr)。适量的铬具有促碳化物形成、强化奥氏体以及提高钢淬透性的特性 [5]。(5) 硼 (B)。微量的硼可改善钢的致密性和热轧 性能，提高钢的强度。(6) 氮 (N)。适量的氮可提高钢的强度、低 温韧性和焊接性，增加时效敏感性。
二、生产工艺
2.1 冶炼工艺 初炼还有精炼作为冶炼工艺的两个组成部分。在前者的工作中，要严格控制氧化前期配料过程中的含磷的量，造渣工作要提 前做。脱磷的强化工作也要及时完成。在脱氧剂的使用上面要按 照出钢前的具体数据进行合理选用，这样以来氧的含量就被严格 谨慎的控制起来。炉外精炼主要为脱气 ~ 去杂 ~ 调整成分 ~ 控温 均匀成分。出钢过程中脱除溶解氧的同时，要形成有利于吸收 钢水中夹杂物和硫的初渣。调整成分即依据方案对主要化学元素 含量进行调整，以实现微合金化。注意过程中存在铝不足的状况时， 需要提前喂铝，以提高微合金化元素的收得率。精炼过程中采用 氢气搅拌。
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2.2 热加工工艺的确定微合金钢中最主要的力学性能指标是强度和冲击韧性，同时还要考虑其加工性、成形性等。晶粒细化和微合金相的沉淀强化 是微合金钢中最主要的强韧化方式。从碳含量较高的固溶体中沉 淀物含量以及均热温度对沉淀强化程度影响的角度考虑，根据生产情况，后三道次增大压下率，最大限度地产生弥散析出物粒子、 细化晶粒，以为热处理创造尽量好的基础组织条件。
三、测试结果与讨论
3.1 力学性能测试结果与讨论对 标准样品的各项力学性能元素铌的加入对保证钢的强度和韧性较标准值均有一定的余量。推测热加工处理过程中，形成铌的 碳氮化物弥散析出相细化晶粒，提高了钢的强度和韧性较高的屈 服强度和抗拉强度以及较小如其他样品，但较高的伸长率和冲击 韧性，考虑是由于氮的加入所带来的影响。氮元素的加入会形成 更多的碳氮化物，同时氮化物含量的增加对晶粒的生长起到了细 化作用，提高了钢的强度和韧性。在热轧状态下稍微降低的屈服 强度和抗拉强度可通过回火操作得以提升各项力学性能指标值都 没有很大的优势，考虑是由于锰、硫元素的加入影响了钢的力学 性能。 虽然硫元素与锰元素结合形成的化合物可作为晶内铁素体 的析出中心，阻止奥氏体晶界的移动，起到细化晶粒的作用。但 硫元素的加入使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性。但正火 加回火处理过程下的钢冲击韧性明显提高。无论在热轧态还是正 火加回火处理过程，在屈服强度和抗拉强度上的冲击韧性，考虑 是样品中 Ti、B 元素加入所引起的。
3.2 显微组织测试结果与讨论由于热轧温度较高， 部分起细化晶粒作用的氮化物发生溶 解，不能有效控制晶粒长大。加之热轧状态的钢存在轧制应力， 所制合金钢虽强度较高但韧性稍差。显微组织显示的结果与上述 力学性能分析结果不存在矛盾。优化热加工工艺，通过回火处理 对贝氏体分解，可获得强度较标准值余量适中、组织更加均匀、 晶粒更加细化、韧性更高的铁素体 (F)+ 珠光体 (P)+ 索氏而且， 在回火处理过程中，还有两个优势 : 一方而，妮、钒等碳化物可 得到进一步析出，沉淀强化作用大大增强，钢强度增加 ; 另一方 而，轧制应力在过程中得以释放及消除，钢的强韧性得到有效改 善。其结果与上述力学性能分析结果一致，进一步确定研究发现， 通过控轧控冷工艺，也可实现金相组织为铁素体 (F)+ 珠光体 (P)+ 贝氏体 (B)，如图 2(c) 所示。该过程产生的贝氏体少量。在工艺 过程中，妮应变诱导析出于奥氏体晶界，因为延迟了奥氏体的再 结晶，使未再结晶区的控制轧制更易实现，从而保证了奥氏体基 体中的畸变积累。最终，导致贝氏体转变的形核数量增加，细化 了晶粒，改善了贝氏体钢组织的综合性能。
四、结束语
根据上文的研究与分析可知，如果按下以下的元素百分含量 进行制微合金钢，那么其效果很好。第一，0.145%C,1.42%Mn、0.52% Si、0.002% S、0.011%P,0.14%V、0.06%Nb、0.28%Cr, 0.03%Al,
0.23%N。不仅在强度上面很好，并且其韧性还有伸长率都能够符合我国铁路车辆制动梁所用钢的标准。在铌还有铬以及镍元素的添加上面，要合理的进行添加，只有这样才能够有效提高合金钢 的各项性能以及指标，这是有效的方式之一。第二，采用热轧和 控轧控冷加工工艺，均可获得金相组织为铁素体 + 珠光体 + 贝氏 体的合金钢。控轧控冷加工工艺制得的合金钢，其晶粒更加细化， 钢强度相对更高。第三，通过对正火还有回火工艺的使用，能够 很好的获得强度较标准值的余量适中，均匀的进行组织，细化晶 粒还有更加优良的合金钢。
参考文献：
[1] 郭淑娟 , 韩杰 , 李剑虹 . 铁路提速车辆组合式制动梁用 钢的优化设计 [J]. 热加工工艺，2015(24).
[2] 周浩 , 余金利 . 铁路提速、可达性与城市经济增长 [J]. 经济评论，2013(01).
论文作者:王超,侯鹏
论文发表刊物:《大众科学》2017年10期
论文发表时间:2018/4/19
标签：韧性论文; 晶粒论文; 合金钢论文; 强度论文; 奥氏体论文; 元素论文; 工艺论文; 《大众科学》2017年10期论文;