国产与进口EA4T车轴材料性能对比研究

王之香， 王玉玲

（山西太钢不锈钢股份有限公司 技术中心， 山西 太原 030003）

试（实）验研究

国产与进口EA4T车轴材料性能对比研究

王之香， 王玉玲

（山西太钢不锈钢股份有限公司 技术中心， 山西 太原 030003）

对国产与进口EA4T车轴材料的各项性能进行了对比研究。研究结果表明：国产和进口EA4T车轴材料的室温力学性能、低倍组织、微观组织质量水平相当；国产EA4T车轴材料的纯净度（P、S、[H]、[O]）、非金属夹杂物、低温冲击韧性控制水平优于进口车轴材料，国产EA4T车轴材料完全可达到进口材料质量水平。

纯净度 力学性能 冲击韧性 微观组织

EA4T车轴钢是一种广泛使用于国外动车车轴及大功率机车车轴的钢种，也是欧洲标准（EN13261“铁路应用-轮对和转向架-车轴-产品要求”）规定的高速客车车轴用钢。长期的铁路车辆运营记录表明车轴是列车最重要的受力部件之一，随着车速的提高，将引起车轴动载荷的加大，这直接关系到列车的行车安全，也对车轴的性能提出了更高的要求[1]，因此对车轴材料的纯净度、致密度、力学性能等要求很高。EA4T车轴钢对性能（力学性能、冲击功）和纯净度要求苛刻，不仅需要做力学性能，还要求做横向、纵向，缺口深度为5 mm的冲击韧性检验等，技术难度很高。

国际市场中，全球铁路装备业也呈增长态势，每年保持4%的增速。国际市场的容量远大于国内市场，仅美洲大陆市场的容量就是国内市场的两倍，国际市场的开拓前景更加广阔。为扩大EA4T车轴出口量，本文对国产与进口EA4T车轴材料进行了各项性能进行了对比。

1 试验材料及方法

国产与进口EA4T车轴材料试样均采用箱式电阻炉进行“900正火”+“870淬火（水）+610回火”的热处理，热处理试样规格为200 mm×200 mm×200 mm。热处理后的试样按照图1试验取样规定制取典型的拉伸、冲击试样，显微组织试样取自拉伸试样延长段。拉伸试样尺寸直径D＝10 mm，标距L0＝50 mm；冲击试样的尺寸为10 mm×10 mm×55 mm，按照GB/T228—2002《金属材料拉伸试验室温试验方法》对车轴钢坯进行常温力学性能检测，测定的常温拉伸性能包括抗拉强度Rm、屈服强度Rp0.2、伸长率A及断面收缩率Z。根据GB/T229—1994《金属夏比缺口冲击试验方法》进行做常温及-40℃横向和纵向冲击试验，常温冲击试验试样刻槽深度为5 mm深“U”型与-40℃冲击试验试样刻槽深度为2 mm深“U”型。金相试样尺寸20 mm×20 mm×20 mm，对不同热处理状态的金相试样表面抛光，用苦味酸溶液腐蚀，通过LEICA-DMR光学显微镜观察其组织[2]。

图1 纵向拉伸、冲击试样取样位置示意图（mm）

2 试验结果与分析

2.1 化学成分含量

钢中总氧含量、P、S元素越低，钢质越纯净。在200 mm×200 mm的进口和国产材料的低倍试样对角线1/4处各制取8个检验试样，试样的化学成分（仅对比P、S元素及氢氧含量）样本平均值统计结果见表1，从有害元素P、S含量及氢氧含量的控制看，均满足欧洲标准EN13261“铁路应用-轮对和转向架-车轴-产品要求”规定技术要求，且国产车轴材料优于进口车轴材料的控制，我国通过对车轴冶炼、精炼、真空脱气等技术的优化和工艺控制，钢中氢氧及S、P等有害元素含量的控制达到较高的水平。

表1 进口和国产材料的P、S及氢氧含量

2.2 低倍组织

根据GB/T 1979—2001结构钢低倍组织缺陷评级图对国产和进口材料低倍组织评级结果见表2，表2检验结果表明，国产和进口材料低倍组织无明显差异，低倍检验疏松级别低、无点状与锭型偏析；说明采取增大道次压下量，使变形深透，使铸态组织破碎，促使车轴坯料的组织发生再结晶，能达到低倍组织致密。

表2 进口和国产材料酸浸低倍组织级别 级

2.3 室温力学性能

在WE-30试验机上分别对进口和国产材料的8个样本进行室温拉伸试验比较，样本平均值结果见表3。由表3可见，进口和国产材料的室温拉伸强度基本相当，均满足EN13261“铁路应用-轮对和转向架-车轴-产品要求”规定技术要求，且国产和进口材料的室温抗拉强度均接近上限。

表3 进口和国产材料室温拉伸性能

2.4 冲击韧性性能

对国产和进口材料分别制备48个（常温和－40℃低温）标准夏比缺口冲击试样，按照GB/T229在ZBC-300电子测力冲击试验机上进行冲击试验，结果见表4。由表4可见，国产和进口材料的纵向、横向冲击功均满足标准EN13261要求，且国产材料的纵向、横向冲击功明显高于进口材料，尤其是低温冲击功，说明国产材料的冲击韧性较好，完全可适合我国地域温差大的要求。

表4 进口和国产材料室温冲击功 J

2.5 金相组织

采用三氯化铁盐酸溶液对国产和进口材料横截面样品分别进行侵蚀，依据GB/T13298—1991“金属显微组织检验方法”在LEICA-DMR光学显微镜下观察金相组织形貌，结果见图2。由图2可见，国产和进口材料的金相组织均为回火马氏体，且组织比较均匀，无明显差异。

图2 进口和国产材料金相组织

2.6 非金属夹杂物

理论研究和生产实践都证明钢材的纯净度越高，其性能越好，使用寿命也越长。因而为提高钢的质量和使用性能，把夹杂物，特别是临界尺寸以上的夹杂物的绝对含量降低到一定水平是非常必要的。试样非金属夹杂物级别的统计结果见表5。由表5可知：按照GB/T 10561—2005中规定A法进行检验评定细系夹杂物，进口和国产材料的非金属夹杂物均满足EN13261标准要求，但等级存在差异，其中A类夹杂物，进口材料为0～1.0级，国产材料为0～0.5级；C类夹杂物，进口材料为0～1.0级，国产材料为0～0.5级；D和DS类夹杂物均较少；从统计数据看，国产材料的非金属夹杂物控制水平好于进口材料。

3 结语

国产和进口EA4T车轴材料的室温力学性能强度、塑性良好；低倍、高倍组织无明显差异，低倍检验实现材料的疏松≤1级、无点状与锭型偏析；高倍组织致密，均为回火马氏体组织；国产材料的纯净度A、B、C、D夹杂物≤1级；P、S、[H]、[O]含量低；尤其是低温冲击韧性远高于进口水平。对比结果表明，国产材料完全可达到进口材料质量水平，可进一步扩大出口量。

表5 进口和国产材料非金属夹杂物级别 级

[1] 朱静，顾家琳，周惠华等.高速列车空心车轴国产化的选材和试制[J]，中国铁道科学，2015，36（2）：60-67.

[2] 王之香，王玉玲，邬中华.淬、回火参数对250 mm×250 mmEA4T高速动车轴用钢组织和性能的影响[J]，特殊钢，2015，36（3）：67-69.

（编辑：张伟）

Comparison Research of Performance with Domestic and Imported EA4T Axle Material

Wang Zhixiang,Wang Yuling
（Technology Center of Shangxi Taigang Stainless Steel Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030003）

In this paper,the performance of the material about the domestic and imported EA4T axle is compared.The results show that room-temperature mechanical property,macrostructure,microstructure of the domestic and imported EA4T axle material are with same quality level.The purity（P、S、[H]、[O]）,non-metallic inclusions,low temperature impact toughness of domestic EA4T axle material is superior to the imported materials.Domestic EA4T axle material can completely achieve imported material quality level of imported materials.

purity,mechanical properties,impact toughness,microstructure

TH12

A

1672-1152（2017）01-0001-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.01.01

2016-12-07

王之香（1975—），女，硕士，高级工程师，主要从事钢铁材料型材新产品开发。