貝氏鋼軌冷卻過程組織演變規(guī)律研究要點(diǎn)課件

1、貝氏體冷卻過程組織演變規(guī)律研究匯報(bào)人：魏新級(jí)材料與冶金學(xué)院冶金卓越班近年來,隨著各國鐵路工業(yè)向高速、重載方向發(fā)展,對鋼軌及轍叉的性能也相應(yīng)提出了更高的要求。珠光體鋼軌, 在現(xiàn)有的技術(shù)條件下已很難滿足需求，這就促使人們?nèi)パ芯俊㈤_發(fā)可替代的新鋼種，貝氏體鋼以其優(yōu)良的強(qiáng)韌性配合引起了各國鋼軌材質(zhì)研究者們的注意,并開展了廣泛的研究。 按合金成分可分為Mo-B系或Mo系貝氏體鋼,Mn-B系貝氏體鋼,Si-Mn-Mo系準(zhǔn)貝氏體鋼，Mo-B系貝氏體鋼20世紀(jì)50年代,英國P. B. Pickering等人發(fā)明了Mo-B系空冷貝氏體鋼,由于Mo對貝氏體轉(zhuǎn)變推遲作用低于珠光體轉(zhuǎn)變,且B可推遲鐵素體轉(zhuǎn)變,所以Mo

2、和B的結(jié)合可使鋼在相當(dāng)寬的連續(xù)冷卻速度范圍內(nèi)獲得貝氏體組織。因此該貝氏體鋼系的開發(fā)引起了當(dāng)時(shí)人們的廣泛關(guān)注,但因Mo的原料價(jià)格偏高,同時(shí)又由于Mo-B鋼的貝氏體組織轉(zhuǎn)變溫度高,產(chǎn)品強(qiáng)度、韌性較差。要降低此溫度,必須將Mo-B鋼復(fù)合合金化,將進(jìn)一步提高成本,于是其推廣受到了一定程度上的限制。貝氏體鋼的發(fā)展與創(chuàng)新 Mn -B系貝氏體鋼該鋼系的代表人物是清華大學(xué)方鴻生。他于20世紀(jì)70年代初在研究中發(fā)現(xiàn),當(dāng)Mn在一定含量時(shí),使過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線上存在明顯的上下C曲線分離,Mn與B的結(jié)合,使高溫轉(zhuǎn)變孕育期較中溫轉(zhuǎn)變增長,以此為理論依據(jù)成功地用普通元素即可進(jìn)行合金化,發(fā)明了Mn -B系空冷貝氏體鋼。

3、適量的Mn在獲得空冷貝氏體鋼的同時(shí),顯著降低貝氏體相變溫度,增加了強(qiáng)度和韌性。由于Mo的價(jià)格為Mn的30倍,因此Mn -B系空冷貝氏體鋼在推廣中較Mo -B系存在一定優(yōu)勢,近年來成為貝氏體鋼發(fā)展的主要方向。 Si-Mn -Mo系準(zhǔn)貝氏體鋼西北工業(yè)大學(xué)的康沫狂、楊延清等人研制了Si-Mn -Mo系準(zhǔn)貝氏體鋼。他們在鋼中加入Si、Al等阻礙碳化物析出的合金元素,在空冷時(shí)得到貝氏體鐵素體和奧氏體組成的非典型或碳化物貝氏體,稱為準(zhǔn)貝氏體。鋼中合金元素的加入,推遲了CCT圖中鐵素體和珠光體的開始轉(zhuǎn)變線,而對貝氏體析出線影響不大。從而在較大的冷卻速度范圍內(nèi)獲得貝氏體組織,同時(shí)可以阻礙碳化物的析出。該鋼系是

4、在貝氏體鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一類新型鋼種,它既保持了貝氏體鋼優(yōu)異的熱處理和焊接工藝性,又改善了強(qiáng)韌性配合,并具有高的疲勞強(qiáng)度和耐磨性,其綜合性能超過了同強(qiáng)度級(jí)別的調(diào)質(zhì)鋼以及某些超高強(qiáng)度鋼。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 采用膨脹法,輔以金相法、硬度法測定了2種成分試驗(yàn)貝氏體鋼軌鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線,對不同冷速下獲得的金相組織進(jìn)行觀測,同時(shí)分析討論了成分的選擇及合金元素的作用。 一. 試驗(yàn)材料及方法1.1 實(shí)驗(yàn)材料 所研究的貝氏體鋼為Mn-B系,其中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%0.4%,其他合金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表1。試驗(yàn)材料由50 kg真空感應(yīng)爐冶煉,采用鋁脫氧,硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.01%以下,澆注成重約37 kg的鋼錠,開鍛

5、溫度為1 150,終鍛溫度不低于850,鍛后空冷。元素（Si+Mn）/% （Cr+Mo+V+B）/% (P,S)/%1號(hào) 2.5 1.26 0.012號(hào) 3.2 1.18 0.01表1 鋼錠化學(xué)成分分析結(jié)果1.2實(shí)驗(yàn)方法 測定連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線采用膨脹法,試驗(yàn)在Gleeble-1500熱應(yīng)力-應(yīng)變模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。試樣以10/s的速度加熱至900,保10min,待全部奧氏體化后分別以0.0510/s的速度連續(xù)冷卻,然后將試樣在焊接熱電偶處鋸開,測試該部位的維氏硬度值,并制取金相樣在光學(xué)顯微鏡下觀察分析。1.3圖像表格的繪制將試樣冷卻時(shí)膨脹-溫度原始數(shù)據(jù)繪制出膨脹-溫度曲線,再用切線法確定相變開始

6、點(diǎn)溫度及結(jié)束點(diǎn)溫度,然后以溫度為縱坐標(biāo),時(shí)間對數(shù)為橫坐標(biāo),將相同性質(zhì)的相變開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)分別連成曲線,并檢測不同冷卻速度下的最終組織和維氏硬度值及Ms點(diǎn)。連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線測試表表2 1號(hào)鋼種連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線測試結(jié)果表2 2號(hào)鋼種連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線測試結(jié)果1.4組織圖像分析 由試驗(yàn)結(jié)果可知,1號(hào)鋼以0.05/s的冷速連續(xù)冷卻時(shí)所獲得的組織以上貝氏體為主,在奧氏體晶界處有塊狀先共析鐵素體存在,如圖3(a)所示。隨著冷速的提高,出現(xiàn)了典型的粒狀貝氏體。在0.32/s的冷速范圍內(nèi),獲得不同數(shù)量粒狀貝氏體以及少量下貝氏體。圖3(b)所示為冷速1/s時(shí)的轉(zhuǎn)變組織。 圖1冷速為2/s時(shí)出現(xiàn)羽毛狀上貝氏體和少量

7、的粒狀貝氏體,見圖1(a)。當(dāng)冷速達(dá)到10/s時(shí),所獲得的組織為板條馬氏體,如圖1(b)所示。圖1 1號(hào)鋼冷速為2/s、 10/s時(shí)的金相組織圖2 2號(hào)鋼種以0.05/s的冷速冷卻時(shí),在奧氏體晶界上有先析出鐵素體存在,奧氏體晶粒內(nèi)為無碳化物貝氏體-粒狀貝氏體以及少量粒狀組織。光學(xué)金相照片如圖2所示。圖2 2號(hào)鋼冷速為0.05/s、 0.8/s時(shí)的金相組織圖3 冷速在0.33 /s之間遞增時(shí),所獲得的組織為混合組織,包含粒狀貝氏體,典型上貝氏體及少量下貝氏體,隨著冷速的加快,粒狀貝氏體的數(shù)量減少,典型羽毛狀上貝氏體量增多,如圖3所示。冷速達(dá)到10 /s時(shí),所獲得的組織為板條馬氏體。Ms點(diǎn)為344 ,金相組織見圖3(b)。圖3 2號(hào)鋼冷速為2/s、 10/s時(shí)的金相組織( 1 )從所得到的2種成分C曲線可以看出,試驗(yàn)鋼中由于Mo、B的聯(lián)合作用,使其貝氏體轉(zhuǎn)變曲線向左凸出,這樣,在較寬的冷速范圍內(nèi)就可得到以貝氏體為主的組織。貝氏體開始轉(zhuǎn)變溫度為500 左右。( 2 ) 2種成分試驗(yàn)鋼獲得以貝氏體為主組織的冷速范圍分別為0.3 2 /s、0.33 /s,其最佳冷速范圍均為0.81.5 /s。( 3 )隨著冷速的增加,試驗(yàn)鋼種的組織中粒狀貝氏體、馬氏