内容简介

本书介绍了东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室对高铁轴承用２０ＣｒＮｉ２ＭｏＶ渗碳钢热处理工艺的最新研究进展ꎮ首先介绍了２０ＣｒＮｉ２ＭｏＶ渗碳钢的制备过程以及连续冷却转变行为ꎻ其次介绍了渗碳实验钢在不同二次淬火温度和不同回火温度下渗碳层和心部组织性能的演变规律ꎬ通过在二次淬火和低温回火工艺之间添加深冷处理工艺ꎬ研究不同深冷处理温度对渗碳层和心部微观组织演变和力学性能的影响ꎬ优化渗碳后热处理工艺ꎬ提高实验钢渗碳层和心部的力学性能。最后试制轴承套圈ꎬ装配成高铁轴承样品ꎬ试制轴承耐热性能和强化耐久性均通过台架试验考核。本书可供冶金企业、科研院所从事特殊钢生产ꎬ尤其是渗碳轴承钢热处理工艺开发的科技人员以及高等院校相关专业的师生学习与参考。

前言概述

１􀆱研究项目背景与立题依据高速铁路是一种资源节约型和环境友好型的绿色交通运输方式ꎬ我国高速铁路发展迅猛ꎬ截至２０１９年ꎬ高速铁路营业里程超过３􀆱５万千米ꎬ居全球第一ꎮ«中长期铁路网规划»指出ꎬ到２０２５年ꎬ我国高铁里程将达到３􀆱８万千米左右ꎬ覆盖８０％以上大中城市ꎮ然而ꎬ尽管坐拥全球近７０％的营运里程、世界第一的商业运营速度ꎬ中国高铁仍难言已站在世界之巅ꎮ事实上ꎬ我国高速列车关键材料国产化进程滞后ꎬ过分依靠国外技术和产品ꎬ特别是对时速２５０千米以上的高速列车用关键材料缺乏技术储备ꎮ目前ꎬ我国高速动车组轮轴系统(车轮、车轴、轴承)、转向架系统、制动系统(制动盘、摩擦副)等关键部件以及材料仍依赖进口ꎮ尤其是高铁轴承国内无法提供ꎬ完全依赖进口ꎬ不仅严重制约了我国高铁列车产业的正常发展ꎬ而且与我国高铁的整体技术发展水平极不相适应ꎮ轮对轴承作为高铁列车关键部件中承受随机动载最强烈的部件ꎬ关乎高铁列车的安全运行ꎮ因此ꎬ高铁列车轴承要求具有高强度、高韧性、高表面硬度、长接触疲劳寿命和尺寸稳定性ꎮ国际上生产高铁轴承的公司主要有瑞典ＳＫＦꎬ德国ＦＡＧꎬ美国ＴＩＭＫＥＮꎬ日本ＮＴＮ、ＮＳＫ和ＫＯＹＯ等ꎮ其中ꎬ瑞典ＳＫＦ的高铁列车轴承在全世界应用最广ꎮ目前ꎬ我国高铁列车轴承的具体配套情况为[３]:ＣＲＨ１和ＣＲＨ５使用ＳＫＦ轴承ꎬＣＲＨ２使用ＮＴＮ和ＮＳＫ轴承ꎬＣＲＨ３使用ＦＡＧ轴承ꎮ轴承质量的影响因素轴承结构设计和制造精度外ꎬ轴承钢是关键ꎮ轴承钢的质量对轴承的质量、使用寿命和可靠性能起着至关重要的作用ꎮ轴承钢是特殊钢产品中要求最为严格的产品ꎬ也被称为“特钢之王”ꎮ轴承钢的质量问题严重影响下游轴承制造行业的发展ꎬ轴承钢中非金属夹杂物、组织的均匀性及热处理工艺对轴承的质量和寿命有很大的影响ꎮ因此ꎬ轴承行业的􀅱Ⅰ􀅱校样研究项目概述进步必须保证轴承钢的高洁净度、高均匀性以及冶金质量的稳定性ꎮ目前我国特殊钢生产企业中仅有几家企业的轴承钢质量得到了ＳＫＦ、ＦＡＧ、ＮＳＫ和ＮＴＮ等世界著名轴承公司的认证ꎬ大多数的特殊钢生产企业没有掌握关键技术ꎬ产品多为低附加值的轴承钢ꎬ结果造成在技术含量低的轴承钢市场供大于求ꎬ在技术含量较高的轴承钢市场依赖进口的现象ꎮ高速铁路的快速发展势必会带动高铁轴承需求的增长ꎮ轴承钢的冶炼、热加工和热处理技术水平落后是我国高铁轴承质量偏低的重要原因ꎮ因此ꎬ针对时速２００~２５０ｋｍ高铁列车ꎬ自主研发高质量轴承钢材料的冶金、加工和热处理工艺技术ꎬ建立相应的设计、评价、检测和标准体系ꎬ突破国外的技术垄断和技术壁垒ꎬ进而实现高铁轴承材料的国产化ꎬ对于保障我国高铁行业的可持续发展具有十分重要的意义ꎮ在该背景下ꎬ«钢铁工业“十二五”发展规划»中将高速铁路列车等重大装备用高品质轴承钢列为重点研发的关键特殊钢品种之一ꎬ这对我国高品质轴承钢的发展无疑是一个巨大的机遇和挑战ꎮ本研究以国家８６３计划项目“重大装备用轴承钢关键技术开发”为依托ꎬ开展高铁轴承钢的热加工和热处理的基础研究工作ꎬ包括钢种成分体系优化、热加工及热处理技术改进等ꎮ实验研究工作力求为实现高铁轴承国产化提供理论和技术支撑ꎮ２􀆱研究进展与成果本项目研究围绕高铁轴承用２０ＣｒＮｉ２ＭｏＶ渗碳钢热处理工艺ꎬ首先优化了实验钢的化学成分开始ꎬ改进预处理工艺ꎬ以研究实验钢渗碳层和心部的相变行为ꎬ并获得了合理的二次淬火＋低温回火工艺制度ꎻ其次ꎬ提出二次淬火＋深冷处理＋低温回火工艺制度ꎬ以提高实验钢渗碳层及心部性能ꎻ最后分析了深冷处理工艺对实验钢耐磨性和接触疲劳性能的影响ꎬ分析了磨损机制和接触疲劳机制ꎬ证明了深冷处理在提高实验钢整体性能上的作用ꎮ本项目研究工作的主要进展:(１)在普通铁路轴承用Ｇ２０ＣｒＮｉ２ＭｏＡ钢的基础上ꎬ通过降Ｃｒ增Ｎｉ和Ｎｂ、Ｖ复合微合金化ꎬ优化得到高铁轴承用２０ＣｒＮｉ２ＭｏＶ钢ꎮ渗碳热处理结果表明ꎬ２０ＣｒＮｉ２ＭｏＶ钢渗碳性能和淬透性良好ꎬ能够满足高铁轴承用钢要求ꎮ􀅱Ⅱ􀅱校样 研究项目概述(２)研究了实验钢渗碳层和心部组织的相变行为ꎮ(３)研究了渗碳实验钢在８５０~９５０℃不同二次淬火温度和１２０~３６０℃不同回火温度下渗碳层和心部组织和性能的演变ꎬ在合理匹配渗碳层和心部组织和性能的基础上ꎬ得到合理的二次淬火温度和低温回火温度分别为９００℃和１８０℃ꎬ确定了实验钢渗碳后热处理工艺制度为:渗碳＋一次淬火后重新加热到９００℃保温４５ｍｉｎ进行二次淬火ꎬ然后加热到１８０℃保温不低于２ｈ进行低温回火ꎮ(４)深冷处理明显改善了实验钢渗碳层和心部组织ꎮ深冷处理工艺下渗碳层组织中残余奥氏体含量降低ꎬ碳化物含量提高ꎻ心部组织中大角度晶界比例提高ꎬ残余奥氏体含量降低ꎬ碳化物尺寸更加细小弥散且分布均匀ꎮ同时深冷处理通过促进马氏体组织碎化、降低残余奥氏体含量和提高微细碳化物析出的作用ꎬ对实验钢组织和性能有显著的改善和提升ꎬ实验钢的力学性能达到了高铁轴承用钢要求ꎮ确定了实验钢二次淬火＋深冷处理＋低温回火的热处理工艺为:９００℃保温４５ｍｉｎ淬火ꎬ淬火至室温后立即进行深冷处理ꎬ深冷处理温度为－１９６℃ꎬ深冷处理时间不少于３ｈꎬ深冷处理后进行１８０℃低温回火ꎬ回火时间不少于２ｈꎮ(５)与二次淬火＋回火工艺相比ꎬ深冷工艺下渗碳层中碳化物大量析出ꎬ不仅提高了渗碳层硬度ꎬ而且降低了基体中碳和合金元素的含量ꎬ提高了马氏体基体的韧性ꎬ从而大大提高了耐磨性ꎬ使实验钢的磨损速率降低ꎻ同时深冷处理后的实验钢渗碳层组织中碳化物颗粒细小弥散分布ꎬ不易发生应力集中ꎬ且细小的碳化物不易剥落而成为疲劳源ꎬ因此有益于滚动接触疲劳寿命的提高ꎬ疲劳寿命的稳定性增强ꎮ除提升力学性能外ꎬ添加深冷工艺既有效降低了渗碳层中淬火后过多的残余奥氏体ꎬ又使保留下来的一定数量的残余奥氏体具有很大的机械稳定性ꎬ保证了轴承的尺寸稳定性ꎮ(６)利用以上研究成果试制高铁轴承样品并进行了台架实验ꎮ试验过程中轴承运转平稳ꎬ轴承整体通过了热性能以及耐久性强化性能考核ꎬ达到高铁轴承的设计要求

作者介绍

东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（简称RAL）是我国轧制技术领域唯一的国家重点实验室，多年来取得了非常丰富的科研成果。本简报是该实验室2013年各项工作的总结，全面反映了实验室2013年取得的各方面的科研成果。

目录

1耐磨贝氏体球铁发展现状
1.1引言
1.2钢铁耐磨材料概况
1.2.1奥氏体耐磨锰钢
1.2.2铬系白口铸铁
1.2.3钢铁基耐磨复合材料
1.2.4中低合金耐磨钢
1.2.5奥贝球铁系列耐磨铸铁
1.3贝氏体球墨铸铁发展现状及强化机制
1.3.1贝氏体球墨铸铁发展现状
1.3.2贝氏体球墨铸铁的制备
1.3.3贝氏体球墨铸铁强化机理
1.4贝氏体球墨铸铁在磨损领域的应用及磨料磨损机制
1.4.1贝氏体球墨铸铁在磨损领域的应用
1.4.2贝氏体球墨铸铁磨料磨损失效机理
1.5贝氏体球墨铸铁的深冷处理概况
1.5.1国外深冷处理技术发展概况
1.5.2国内深冷处理技术发展概况
1.6研究内容
2合金化贝氏体球铁的制备与组织性能
2.1引言
……