合金元素在BVRE重轨钢中的作用

摘要

总结回顾稀土在钢中应用技术的发展历程可以发现，随着钢洁净度的不断提高，稀土在钢中的作用机理逐渐发生改变，应用效果更加稳定而突出。充分发挥稀土在洁净钢中的微妙作用，研制开发具有我国资源特色的稀土钢，将稀土的资源优势转化为钢铁产品的质量优势，对于我国钢铁工业发展意义重大。
　　我国铁路行业的飞速发展对重轨钢的综合性能提出了更高的要求。鉴于国内外的市场需求，利用白云鄂博矿的稀土资源，包钢成功试制了轧态强度1080MPa的第二代稀土重轨钢—BVRE钢，但存在组织和性能波动大等问题。为进一步提升BVRE钢的综合性能，并实现其稳定控制，本文选择BVRE钢为对象，系统研究了稀土对重轨钢的微观组织与综合性能的影响作用机理，并考察了钒和铬在BVRE钢中的作用机制，研究工作和研究成果将为BVRE钢的成分设计和性能优化提供理论依据。
　　论文通过热模拟实验，结合金相分析，研究了稀土对重轨钢奥氏体长大、动态再结晶、珠光体组织及其组织转变的影响。研究发现，适量的稀土可以提高重轨钢奥氏体晶粒长大激活能，细化奥氏体组织，0.0145％的稀土可使重轨钢的奥氏体晶粒长大激活能由556.45kJ·mol-1增加到646.89kJ·mol-1。同时，稀土可以推迟重轨钢的奥氏体动态再结晶过程，并且较低的变形温度和较大的变形量有利于稀土推迟动态再结晶作用的发挥。此外，适量的稀土可使重轨钢的CCT曲线向右下移动，延长珠光体转变孕育期，从而细化重轨钢的珠光体组织。随着稀土质量分数的增加，重轨钢的珠光体片层间距和球团尺寸均呈现先减小后增加的趋势。在本实验条件下，当稀土质量分数为0.0145％时，重轨钢的珠光体片层间距和球团尺寸均达到了最小值，分别比不添加稀土时下降了12.3％和45.1％。
　　论文通过拉伸实验、冲击实验、电化学实验等手段，结合断口分析和锈层分析，研究了稀土对重轨钢的强塑性、冲击韧性和耐大气腐蚀性能的影响作用。研究发现，适量的稀土可以改善重轨钢的塑性和冲击韧性。在本实验条件下，质量分数为0.0145％的稀土可使重轨钢的延伸率和断面收缩率分别较不添加稀土时提高13.7％和15.0％，室温冲击功和低温(-40℃)冲击功分别较不添加稀土时提高29.6％和29.4％。同时，适量的稀土可以提高重轨钢的自腐蚀电位，降低自腐蚀电流密度，增大极化电阻，有利于不稳定锈蚀相向稳定的α-FeOOH相的转变，促进具有良好绝缘性致密锈层的生成，从而提高重轨钢的耐大气腐蚀能力。在本实验条件下，当稀土质量分数为0.0145％时，重轨钢可获得良好的耐大气腐蚀性能。
　　论文研究了钒和铬在BVRE钢中的作用机制。研究发现，钒和铬均能推迟BVRE钢的珠光体转变，提高相变过冷度，从而细化珠光体片层间距。在本实验条件下，当钒质量分数由0.052％增加到0.120％时，BVRE钢的珠光体片层间距减小了13.3％;当铬质量分数由0.21％增加到0.40％时，珠光体片层间距减小了22.2％。随着钒和铬质量分数的增加，BVRE钢的强度和硬度逐渐增加，但塑性有所下降。同时，随着铬质量分数的增加，BVRE钢的耐大气腐蚀性能有所提高。
　　论文还比较了BVRE钢和BNbRE钢的组织和力学性能，并分析了稀土在BVRE钢和BNbRE钢中作用效果的差异。研究发现，与BNbRE钢相比，BVRE钢具有更加细化的奥氏体组织和珠光体组织，强度和硬度明显提升，塑韧性基本相当。稀土对BVRE钢奥氏体组织的细化作用更加明显，对BVRE钢的塑韧性和硬度的改善作用也更加明显。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 重轨钢发展概述

1．2 本课题研究的目的和意义

1．3 本课题研究的主要内容

第2章 文献综述

2．1 稀土在钢中的应用现状分析

2．2 钒和铬在钢中的作用机制分析

第3章 BVRE重轨钢试样的制备

3．1 冶炼实验

3．2 锻造实验

3．3 轧制实验

3．4 成分分析

第4章 稀土对重轨钢奥氏体组织及组织转变行为的影响

4．1 稀土在重轨钢奥氏体长大过程中的行为

4．2 稀土在重轨钢奥氏体动态再结晶过程中的行为

4．3 稀土在重轨钢奥氏体组织转变过程中的行为

4．4 本章小结

第5章 稀土对重轨钢珠光体组织的影响

5．1 稀土在重轨钢珠光体中的赋存状态分析

5．2 稀土对重轨钢珠光体组织的影响

5．3 本章小结

第6章 稀土对重轨钢综合性能的影响

6．1 稀土对重轨钢强度和塑性的影响

6．2 稀土对重轨钢冲击韧性的影响

6．3 稀土对重轨钢硬度的影响

6．4 稀土对重轨钢耐大气腐蚀性能的影响

6．5 本章小结

第7章 钒和铬在稀土重轨钢中的作用机制

7．1 钒和铬对稀土重轨钢组织及其转变的影响

7．2 钒和铬对稀土重轨钢综合性能的影响

7．3 本章小结

第8章 BVRE钢与BNbRE钢组织与性能的比较

8．1 BVRE钢与BNbRE钢成分设计的比较

8．2 BVRE钢与BNbRE钢微观组织的比较

8．3 BvRE钢与BNbRE钢力学性能的比较

8．4 稀土在BVRE钢与BNbRE钢中的作用效果比较

8．5 本章小结

第9章 结论

参考文献

致谢

攻读博士期间发表的论文及奖励

论文包含图、表、公式及文献

作者简介