國產(chǎn)與進口EA4T車軸材料性能對比研究

王之香， 王玉玲

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司 技術(shù)中心， 山西 太原 030003）

試（實）驗研究

國產(chǎn)與進口EA4T車軸材料性能對比研究

王之香， 王玉玲

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司 技術(shù)中心， 山西 太原 030003）

對國產(chǎn)與進口EA4T車軸材料的各項性能進行了對比研究。研究結(jié)果表明：國產(chǎn)和進口EA4T車軸材料的室溫力學性能、低倍組織、微觀組織質(zhì)量水平相當；國產(chǎn)EA4T車軸材料的純凈度（P、S、[H]、[O]）、非金屬夾雜物、低溫沖擊韌性控制水平優(yōu)于進口車軸材料，國產(chǎn)EA4T車軸材料完全可達到進口材料質(zhì)量水平。

純凈度 力學性能 沖擊韌性 微觀組織

EA4T車軸鋼是一種廣泛使用于國外動車車軸及大功率機車車軸的鋼種，也是歐洲標準（EN13261“鐵路應(yīng)用-輪對和轉(zhuǎn)向架-車軸-產(chǎn)品要求”）規(guī)定的高速客車車軸用鋼。長期的鐵路車輛運營記錄表明車軸是列車最重要的受力部件之一，隨著車速的提高，將引起車軸動載荷的加大，這直接關(guān)系到列車的行車安全，也對車軸的性能提出了更高的要求[1]，因此對車軸材料的純凈度、致密度、力學性能等要求很高。EA4T車軸鋼對性能（力學性能、沖擊功）和純凈度要求苛刻，不僅需要做力學性能，還要求做橫向、縱向，缺口深度為5 mm的沖擊韌性檢驗等，技術(shù)難度很高。

國際市場中，全球鐵路裝備業(yè)也呈增長態(tài)勢，每年保持4%的增速。國際市場的容量遠大于國內(nèi)市場，僅美洲大陸市場的容量就是國內(nèi)市場的兩倍，國際市場的開拓前景更加廣闊。為擴大EA4T車軸出口量，本文對國產(chǎn)與進口EA4T車軸材料進行了各項性能進行了對比。

1 試驗材料及方法

國產(chǎn)與進口EA4T車軸材料試樣均采用箱式電阻爐進行“900正火”+“870淬火（水）+610回火”的熱處理，熱處理試樣規(guī)格為200 mm×200 mm×200 mm。熱處理后的試樣按照圖1試驗取樣規(guī)定制取典型的拉伸、沖擊試樣，顯微組織試樣取自拉伸試樣延長段。拉伸試樣尺寸直徑D＝10 mm，標距L0＝50 mm；沖擊試樣的尺寸為10 mm×10 mm×55 mm，按照GB/T228—2002《金屬材料拉伸試驗室溫試驗方法》對車軸鋼坯進行常溫力學性能檢測，測定的常溫拉伸性能包括抗拉強度Rm、屈服強度Rp0.2、伸長率A及斷面收縮率Z。根據(jù)GB/T229—1994《金屬夏比缺口沖擊試驗方法》進行做常溫及-40℃橫向和縱向沖擊試驗，常溫沖擊試驗試樣刻槽深度為5 mm深“U”型與-40℃沖擊試驗試樣刻槽深度為2 mm深“U”型。金相試樣尺寸20 mm×20 mm×20 mm，對不同熱處理狀態(tài)的金相試樣表面拋光，用苦味酸溶液腐蝕，通過LEICA-DMR光學顯微鏡觀察其組織[2]。

圖1 縱向拉伸、沖擊試樣取樣位置示意圖（mm）

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 化學成分含量

鋼中總氧含量、P、S元素越低，鋼質(zhì)越純凈。在200 mm×200 mm的進口和國產(chǎn)材料的低倍試樣對角線1/4處各制取8個檢驗試樣，試樣的化學成分（僅對比P、S元素及氫氧含量）樣本平均值統(tǒng)計結(jié)果見表1，從有害元素P、S含量及氫氧含量的控制看，均滿足歐洲標準EN13261“鐵路應(yīng)用-輪對和轉(zhuǎn)向架-車軸-產(chǎn)品要求”規(guī)定技術(shù)要求，且國產(chǎn)車軸材料優(yōu)于進口車軸材料的控制，我國通過對車軸冶煉、精煉、真空脫氣等技術(shù)的優(yōu)化和工藝控制，鋼中氫氧及S、P等有害元素含量的控制達到較高的水平。

表1 進口和國產(chǎn)材料的P、S及氫氧含量

2.2 低倍組織

根據(jù)GB/T 1979—2001結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評級圖對國產(chǎn)和進口材料低倍組織評級結(jié)果見表2，表2檢驗結(jié)果表明，國產(chǎn)和進口材料低倍組織無明顯差異，低倍檢驗疏松級別低、無點狀與錠型偏析；說明采取增大道次壓下量，使變形深透，使鑄態(tài)組織破碎，促使車軸坯料的組織發(fā)生再結(jié)晶，能達到低倍組織致密。

表2 進口和國產(chǎn)材料酸浸低倍組織級別 級

2.3 室溫力學性能

在WE-30試驗機上分別對進口和國產(chǎn)材料的8個樣本進行室溫拉伸試驗比較，樣本平均值結(jié)果見表3。由表3可見，進口和國產(chǎn)材料的室溫拉伸強度基本相當，均滿足EN13261“鐵路應(yīng)用-輪對和轉(zhuǎn)向架-車軸-產(chǎn)品要求”規(guī)定技術(shù)要求，且國產(chǎn)和進口材料的室溫抗拉強度均接近上限。

表3 進口和國產(chǎn)材料室溫拉伸性能

2.4 沖擊韌性性能

對國產(chǎn)和進口材料分別制備48個（常溫和－40℃低溫）標準夏比缺口沖擊試樣，按照GB/T229在ZBC-300電子測力沖擊試驗機上進行沖擊試驗，結(jié)果見表4。由表4可見，國產(chǎn)和進口材料的縱向、橫向沖擊功均滿足標準EN13261要求，且國產(chǎn)材料的縱向、橫向沖擊功明顯高于進口材料，尤其是低溫沖擊功，說明國產(chǎn)材料的沖擊韌性較好，完全可適合我國地域溫差大的要求。

表4 進口和國產(chǎn)材料室溫沖擊功 J

2.5 金相組織

采用三氯化鐵鹽酸溶液對國產(chǎn)和進口材料橫截面樣品分別進行侵蝕，依據(jù)GB/T13298—1991“金屬顯微組織檢驗方法”在LEICA-DMR光學顯微鏡下觀察金相組織形貌，結(jié)果見圖2。由圖2可見，國產(chǎn)和進口材料的金相組織均為回火馬氏體，且組織比較均勻，無明顯差異。

圖2 進口和國產(chǎn)材料金相組織

2.6 非金屬夾雜物

理論研究和生產(chǎn)實踐都證明鋼材的純凈度越高，其性能越好，使用壽命也越長。因而為提高鋼的質(zhì)量和使用性能，把夾雜物，特別是臨界尺寸以上的夾雜物的絕對含量降低到一定水平是非常必要的。試樣非金屬夾雜物級別的統(tǒng)計結(jié)果見表5。由表5可知：按照GB/T 10561—2005中規(guī)定A法進行檢驗評定細系夾雜物，進口和國產(chǎn)材料的非金屬夾雜物均滿足EN13261標準要求，但等級存在差異，其中A類夾雜物，進口材料為0～1.0級，國產(chǎn)材料為0～0.5級；C類夾雜物，進口材料為0～1.0級，國產(chǎn)材料為0～0.5級；D和DS類夾雜物均較少；從統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，國產(chǎn)材料的非金屬夾雜物控制水平好于進口材料。

3 結(jié)語

國產(chǎn)和進口EA4T車軸材料的室溫力學性能強度、塑性良好；低倍、高倍組織無明顯差異，低倍檢驗實現(xiàn)材料的疏松≤1級、無點狀與錠型偏析；高倍組織致密，均為回火馬氏體組織；國產(chǎn)材料的純凈度A、B、C、D夾雜物≤1級；P、S、[H]、[O]含量低；尤其是低溫沖擊韌性遠高于進口水平。對比結(jié)果表明，國產(chǎn)材料完全可達到進口材料質(zhì)量水平，可進一步擴大出口量。

表5 進口和國產(chǎn)材料非金屬夾雜物級別 級

[1] 朱靜，顧家琳，周惠華等.高速列車空心車軸國產(chǎn)化的選材和試制[J]，中國鐵道科學，2015，36（2）：60-67.

[2] 王之香，王玉玲，鄔中華.淬、回火參數(shù)對250 mm×250 mmEA4T高速動車軸用鋼組織和性能的影響[J]，特殊鋼，2015，36（3）：67-69.

（編輯：張偉）

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，碩士，高級工程師，主要從事鋼鐵材料型材新產(chǎn)品開發(fā)。