铁道车辆缓冲器用40CrMnMo钢的研制开发

李泰，赵燕，卢栋

（山钢股份莱芜分公司，山东莱芜 271104）

生产技术

铁道车辆缓冲器用40CrMnMo钢的研制开发

李泰，赵燕，卢栋

（山钢股份莱芜分公司，山东莱芜 271104）

通过优化合金成分设计，冶炼脱氧合金化、精炼白渣操作、钢包底吹氩和窄成分控制技术，采用电炉—LF精炼—VD真空处理—连铸（电磁搅拌、塞棒控制）—轧制成材工艺路线，莱钢开发了铁道车辆缓冲器用40CrMnMo钢。产品实物质量检测表明，钢材化学成分稳定，低倍组织致密、均匀，力学性能完全满足技术要求，已实现了批量生产。

缓冲器用钢；40CrMnMo钢；力学性能；产品开发

1 前言

随着我国铁路货车向高速重载方向发展，为确保列车运行的稳定性和运输安全，对缓冲系统的要求不断提高。40CrMnMo钢化学成分稳定，力学性能良好，用于制造列车缓冲器［1］中心楔块，耐冲击，能充分吸收车辆冲撞时产生的能量，满足高速重载货运列车缓冲装置的要求。莱钢依据自己的设备技术优势，结合用户要求，采用电炉冶炼—LF精炼—VD真空处理—连铸—轧制成材工艺流程，开发了高质量的40CrMnMo钢。

2 主要技术要求

根据列车缓冲器使用特点，用户对钢材的主要技术要求如下：

1）化学成分。钢的化学成分（熔炼成分）应符合表1要求。

表1 40CrMnMo钢的熔炼化学成分要求（质量分数）%

2）低倍组织。按照GB/T 1979检验，钢材的横截面酸浸低倍组织试片上不得有目视可见的缩孔、皮下气泡、裂纹、过烧、有害夹杂物、翻皮、白点和晶间裂纹等对加工有害的缺陷。低倍组织应满足以下要求：一般疏松≤2.0级，中心疏松≤2.0级，偏析≤2.0级，不允许有一般点状偏析。

3）力学性能。按照GB/T 2975制样及GB/T 3077检验，力学性能需符合GB/T 3077要求。

3 产品试制

结合铁道车辆缓冲器用钢的加工工艺［2］和使用要求，主要从成分设计、降低钢中夹杂物、提高表面质量、减少脱碳层、消除白点和提高轧后组织均匀性等方面入手，制定合理的工艺参数和过程控制措施，保证产品质量稳定、可靠，更好地满足用户使用要求。产品按如下工艺路线试制：50 t电炉冶炼—LF精炼—VD真空处理—连铸（电磁搅拌、塞棒控制）—轧制成材。

3.1 内控成分设计

铁道车辆缓冲器用钢作为保安件结构钢，其强度是指缓冲器承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力，是衡量缓冲器零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。冲击韧性是反映缓冲器对外来冲击负荷的抵抗能力。

为保证钢材的强度和冲击韧性，研究冶炼脱氧合金化、钢包底吹氩、精炼白渣操作和窄成分控制技术，调整Mo含量，抑制回火脆性；提高钢的纯净度，降低氧含量，减少非金属夹杂物；加入Al细化晶粒，提高钢的低温冲击性能；优化设计内控成分要求。钢中各元素的作用分析如下：

1）C。C原子在尺寸、化学性质、电学性质等方面与Fe原子之间有很大的差异，是钢中重要的固溶强化元素。钢中含C量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击韧性降低。

2）Cr。Cr在钢中经调质处理后能显著提高钢的淬透性，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，冲击韧性会急剧下降。

3）Mn。Mn原子溶入铁原子中形成固溶体，降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却时的过冷度，细化珠光体组织，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，并且还能明显提高钢的淬透性，但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利倾向。

4）Mo。Mo在钢中可固溶于铁素体、奥氏体和碳化物中，提高钢的强度和淬透性，经调质处理后能降低回火脆性。

3.2 冶炼工艺控制

冶炼工艺控制钢的洁净度。电炉严格脱氧脱磷，终点C≥0.20%，P≤0.012%；LF精炼炉渣碱度＞3.0，白渣保持时间＞15 min，喂铝线、钙线；钢水进行真空脱气，控制好精炼渣的流动性和真空温度，真空度＜67 Pa下保持足够时间，破除真空后继续软吹氩，提高钢水纯净度。

4 实物质量分析

4.1 化学成分

钢的化学成分内控要求及实测结果见表2。钢材成分基本控制在内控要求范围内且波动小，成分稳定。

表2 40CrMnMo钢内控及实测化学成分（质量分数）%

4.2 低倍组织

钢材低倍检验一般疏松为0.5级，中心疏松0.5～1.5级，偏析0.5～1.0级。钢材低倍组织致密、均匀，未发现肉眼可见的缩孔、裂纹、气泡、夹杂、折叠、白点及有害夹杂物，低倍组织检验结果符合技术要求。

4.3 力学性能

钢材的力学性能技术要求及检验结果如表3所示。由表3可知，钢的力学性能指标较好，完全满足技术要求。

表3 40CrMnMo钢力学性能技术要求及实测结果

5 结语

采用50 t电炉冶炼—LF精炼—VD真空处理—连铸—轧制成材工艺生产的40CrMnMo钢成分波动小、力学性能稳定。按照试制工艺，莱钢对40CrMn-Mo钢进行了批量生产，共生产连铸坯1 585.35 t，合格钢材1 532.56 t，综合成材率96.67%。

某缓冲器制造公司使用莱钢开发生产的40CrMnMo钢制造了缓冲器产品，经性能测试分析，该产品完全满足重载高速列车制动需要，满足了铁路货车全面提速和提高重载列车运输能力的制动需求，也已实现了批量生产。

［1］郭建良.铁路货车缓冲器的发展趋势探讨［J］.铁道车辆，2010，48（2）：33-37.

［2］张忠东.外固定板锻压裂纹的控制［J］.机械工人，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年毕业于安徽工业大学材料学专业，硕士。现为山钢股份莱芜分公司特钢事业部工程师，从事特殊钢品种开发与工艺技术工作。