鐵道車輛緩沖器用40CrMnMo鋼的研制開發

李泰，趙燕，盧棟

（山鋼股份萊蕪分公司，山東萊蕪 271104）

生產技術

鐵道車輛緩沖器用40CrMnMo鋼的研制開發

李泰，趙燕，盧棟

（山鋼股份萊蕪分公司，山東萊蕪 271104）

通過優化合金成分設計，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，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，萊鋼開發了鐵道車輛緩沖器用40CrMnMo鋼。產品實物質量檢測表明，鋼材化學成分穩定，低倍組織致密、均勻，力學性能完全滿足技術要求，已實現了批量生產。

緩沖器用鋼；40CrMnMo鋼；力學性能；產品開發

1 前言

隨著我國鐵路貨車向高速重載方向發展，為確保列車運行的穩定性和運輸安全，對緩沖系統的要求不斷提高。40CrMnMo鋼化學成分穩定，力學性能良好，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產生的能量，滿足高速重載貨運列車緩沖裝置的要求。萊鋼依據自己的設備技術優勢，結合用戶要求，采用電爐冶煉—LF精煉—VD真空處理—連鑄—軋制成材工藝流程，開發了高質量的40CrMnMo鋼。

2 主要技術要求

根據列車緩沖器使用特點，用戶對鋼材的主要技術要求如下：

1）化學成分。鋼的化學成分（熔煉成分）應符合表1要求。

表1 40CrMnMo鋼的熔煉化學成分要求（質量分數）%

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

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

3 產品試制

結合鐵道車輛緩沖器用鋼的加工工藝［2］和使用要求，主要從成分設計、降低鋼中夾雜物、提高表面質量、減少脫碳層、消除白點和提高軋后組織均勻性等方面入手，制定合理的工藝參數和過程控制措施，保證產品質量穩定、可靠，更好地滿足用戶使用要求。產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 內控成分設計

鐵道車輛緩沖器用鋼作為保安件結構鋼，其強度是指緩沖器承受載荷后抵抗發生斷裂或超過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。沖擊韌性是反映緩沖器對外來沖擊負荷的抵抗能力。

為保證鋼材的強度和沖擊韌性，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，調整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細化晶粒，提高鋼的低溫沖擊性能；優化設計內控成分要求。鋼中各元素的作用分析如下：

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

2）Cr。Cr在鋼中經調質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，增加奧氏體冷卻時的過冷度，細化珠光體組織，提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強度，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，提高鋼的強度和淬透性，經調質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。電爐嚴格脫氧脫磷，終點C≥0.20%，P≤0.012%；LF精煉爐渣堿度＞3.0，白渣保持時間＞15 min，喂鋁線、鈣線；鋼水進行真空脫氣，控制好精煉渣的流動性和真空溫度，真空度＜67 Pa下保持足夠時間，破除真空后繼續軟吹氬，提高鋼水純凈度。

4 實物質量分析

4.1 化學成分

鋼的化學成分內控要求及實測結果見表2。鋼材成分基本控制在內控要求范圍內且波動小，成分穩定。

表2 40CrMnMo鋼內控及實測化學成分（質量分數）%

4.2 低倍組織

鋼材低倍檢驗一般疏松為0.5級，中心疏松0.5～1.5級，偏析0.5～1.0級。鋼材低倍組織致密、均勻，未發現肉眼可見的縮孔、裂紋、氣泡、夾雜、折疊、白點及有害夾雜物，低倍組織檢驗結果符合技術要求。

4.3 力學性能

鋼材的力學性能技術要求及檢驗結果如表3所示。由表3可知，鋼的力學性能指標較好，完全滿足技術要求。

表3 40CrMnMo鋼力學性能技術要求及實測結果

5 結語

采用50 t電爐冶煉—LF精煉—VD真空處理—連鑄—軋制成材工藝生產的40CrMnMo鋼成分波動小、力學性能穩定。按照試制工藝，萊鋼對40CrMn-Mo鋼進行了批量生產，共生產連鑄坯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發生產的40CrMnMo鋼制造了緩沖器產品，經性能測試分析，該產品完全滿足重載高速列車制動需要，滿足了鐵路貨車全面提速和提高重載列車運輸能力的制動需求，也已實現了批量生產。

［1］郭建良.鐵路貨車緩沖器的發展趨勢探討［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年畢業于安徽工業大學材料學專業，碩士。現為山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業部工程師，從事特殊鋼品種開發與工藝技術工作。