BT15低碳贝氏体钢系列产品在铁路重载线路应用.pdfVIP

!WRDRS 世界辘进交通发晨研究会 轨道交通建设运营及装备安全技术交流会 BTl 5低碳贝氏体钢系列产品在铁路重载线路应用 董志洪张志强 摘要：本文介绍了由北京特冶、清华大学、北京铁路局等单位共同开发的一种新型低碳贝氏体 钢轨钢(BTl5)，该钢比珠光体钢轨钢有更高的强度、更好的韧性和更优良的焊接性能。采用该钢 种开发的用于重载高速线路的辙叉、尖轨、基本轨、护轨和曲线轨，在大秦、朔黄等重载线路上 使用，显示出其优良的强韧性、耐磨耗，抗疲劳、长寿命。 1课题的提出 随着我国社会和经济的发展，作为国民经济大动脉的铁路，伴随运输速度和运量的不断增 加，对铁道用钢也提出了更高的要求：可靠性高、使用寿命长、轻量化、低成本成为新世纪铁路 重载无缝线路用钢的基本要求。 钢轨是铁路线路的重要组成部分，钢轨及辙叉、尖轨、基本轨、护轨和曲线轨等已不能满足 铁路提速蓖载的要求。特别是我国铁路使用的高锰钢整铸辙叉，由于存在难以杜绝的铸造缺陷， 使其因磨耗提前失效下道，再加上其与钢轨的焊接性能不同，使其无法满足跨区间无缝线路的需 要。 AT尖轨在铁路干线上大量使用，由于传统AT尖轨是采用普通碳素钢制造，随着铁路载重的 提高，尖轨的损坏磨耗加快，特别是因侧磨、压塌及掉块严重，更换周期缩短。 根据对重载线路实际考察和对损伤轨的理化检验分析，造成损伤的原因与道岔、尖轨的材质 有关，特别是与其强韧性不足有直接关系。 为满足重载铁路的发展要求，迫切需要研发一种具有高强度高韧性良好可焊性长寿命的新型 钢轨钢和能适应高速重载要求的辙又、尖轨、基本轨、护轨、曲线轨。 2机理研究和技术方案 根据对国内外大量文献和技术资料的分析，要想满足高速重载对钢轨及辙叉、尖轨性能 要求，必须提高材料的屈服强度，实现这一目的的途径主要三类：一是采用热处理；二是合金化； 三是把两者结合。而珠光体钢轨钢的强度水平已接近极限，很难通过上述办法提高其强度。 从上个世纪开始，世界各国的冶金专家通过对钢的微观组织研究发现：贝氏体钢在强度和 韧性方面比珠光体钢具有更大的优势和潜力，德国、英国、日本等国先后开发出高强度高韧性的 贝氏体钢轨，但这些国家开发的贝氏体钢轨基本属于M0-一B系列空冷贝氏体，由于其淬透性低和 贝氏体相变点高，必须复合合金化，生产成本高而发展受到限制。 我国以清华大学方鸿生教授为首研发了㈣系及蝌系贝氏体钢，其不仅价格低，而且贝氏 体相变温度低，不需要特殊复合合金化，这就为其推广使用创造了条件。 特别应指出的是：清华大学贝氏体钢研究中心，对贝氏体／马氏体复相钢的超精细结构及其形 403 纪念属穗撵雾乃溉； 成的研究发现，前人未见的贝氏体超精细结构，这种结构的晟小结构单元之间“奥氏体薄膜相分 割，使裂纹形成和扩张需更多能量．显著提高钢的韧性。在透射电镜下观察到贝氏体片是由亚片 条组成，亚片条是由亚单元组成；在扫描隧道显徽镜下叉发现亚单元由超压单元组成．超亚单元 又由超超压单元组成一。箍小亚单元决定于钢的化学成分及相变温度等因素，提出下贝氏体了 具有超精细结构的三维模型。如下图所示。 黑i 在较低温度下形成的针状下贝氏体。是在原奥氏体晶内河晶界处形核呈分散分tf】i，而分散分 布的片状贝氏体分割原奥氏体晶粒，细化马氏体束．改善钢的强韧性。 在复相结构中，少量残余舆氏体，以膜状存在于贝氏体铁索体片条之问和片条内。它方面 取代了碳化物，同时也相当于在精细及超精细结构单元与残余奥氏体薄膜之间存在类似大角度位 相差的界面，细化了基丰结构单元，从而提高了钢的韧性。 通过大量实验研究和全新的成分设计，找到了可以满足我国高速重载线路使用的超高强高韧 性锰系无碳化物的贝氏体／马氏体复相钢，该钢种具有优良的抗疲劳性能和抗应力腐蚀性能。 该锅种设计性能指标： 抗拉强度1280—1440～LPa 1]80肝a 屈服910 伸长率；9