·1464· 北京科技大学学报 第33卷 钢的力学性能及其他各种指标提出了更高要求，其 弹簧钢的力学性能要求.由于目前尚无铁路列车用 力学指标调整为R.≥1900MPa,Ra.2≥1700MPa, Nb-V复合弹簧钢60Si2 CrVAT的过冷奥氏体连续 A≥9%，Z≥30%，而目前60Si2 CrVAT弹簧钢普遍 冷却转变(CCT)曲线的研究报道，因此本文采用热 表现强度不稳定，塑性偏低.采用Nb、V和Ti等元 模拟实验技术，测定了三组不同Nb含量实验钢的 素的微合金化技术是提高中碳钢的强韧性有效方法 连续冷却转变曲线，并分析了不同冷速下转变产物 之一同：在钢的强韧化机理中，晶粒细化是改善钢 的显微组织，研究了Nb-V复合微合金化对连续冷 的强韧性和提高疲劳性能最有效的方法，也是改善 却转变过程的影响 弹簧钢、非调质钢等的综合性能的重要手段.Nb是 其中最有效的细化晶粒的微合金化元素，近年来Nb 1实验材料和方法 微合金化技术在中高碳的特殊钢中获得了应用，研 1.1实验材料 发了含Nb-V/T复合微合金化特殊钢回.同时，在 实验治炼了三炉钢：在60Si2 CrVAT基础成分 钢液凝固和高温形变过程中，Nb、V等元素在钢中 上，第一炉为内控基体成分，降碳提锰，内控碳在中 的固溶和析出，对奥氏体相的成分有强烈的调整作 下限，锰、铬在中上限，其余元素不变，以提高韧性； 用，对奥氏体的相变分解有强烈调控作用5-) 第二、三炉在第一炉的成分基础上分别添加 实验拟在60Si2 CrVAT的基础成分上回，添加 0.028%和0.054%的Nb,利用铌在冷却和高温形变 不同含量的Nb,以期利用Nb一V复合微合金化在钢 过程中析出细小弥散的X型碳氮化物，以达到不 中形成细小弥散分布的碳氮化物的细晶强化和沉淀 同细晶强化和沉淀强化效果，提高实验钢的强韧性. 强化作用，改善其强韧性，从而满足提速列车转向架 实验钢的化学成分如表1所示. 表1实验钢化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of experimental steels % 实验钢 Si Mn Cr Nb Fe 1 0.56 1.65 0.56 1.20 0.18 0.0050 0.03 0.010 0.007 0.0013 Bal. 24 0.56 1.71 0.58 1.20 0.19 0.028 0.0050 0.03 0.009 0.007 0.0013 Bal. 3 0.56 1.71 0.58 1.20 0.19 0.054 0.00500.040.009 0.0070.0013 Bal. 治炼后的三炉不同Nb含量实验钢，经相同锻 下得到的是全部珠光体组织.说明随Nb含量的增 造工艺（始锻温度1150℃，终锻温度850℃）和冷却 加，实验钢中珠光体比例增加，Nb的加入有促进珠 速度（灰冷）锻成中l5mm圆棒试样，其锻后灰冷显 光体转变的作用，使其延伸到更大的冷速，抑制了贝 微组织如图1所示.由图1可知：1钢在锻后灰冷 氏体转变.实验所需试样取锻后Φ15mm圆棒样，经 得到的是贝氏体+珠光体混合组织，其中贝氏体、珠 机加工成4mm×10mm热膨胀试样，三组钢分别 光体含量各占一半；2"实验钢在锻后灰冷组织为少 加工一组 量的贝氏体+珠光体，3实验钢在锻后灰冷的条件 h 50m 50m 图1不同Nb含量实验钢锻后灰冷显微组织.(a)1实验钢：(b)2实验钢：(c)3实验钢 Fig.1 Microstructures of tested steels after being forged and lime cooled:(a)1 steel:(b)2 steel:(c)3 steel 1.2实验方法 Thermo-Calc对三种实验钢中Nb、V在奥氏体中的 为确定实验钢的加热温度，采用热力学软件 固溶规律进行计算，其结果如图2所示.1"实验钢V北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 钢的力学性能及其他各种指标提出了更高要求，其 力学指标调整为 Rm≥1 900 MPa，Rp0. 2≥1 700 MPa， A≥9% ，Z≥30% ，而目前 60Si2CrVAT 弹簧钢普遍 表现强度不稳定，塑性偏低． 采用 Nb、V 和 Ti 等元 素的微合金化技术是提高中碳钢的强韧性有效方法 之一［3］; 在钢的强韧化机理中，晶粒细化是改善钢 的强韧性和提高疲劳性能最有效的方法，也是改善 弹簧钢、非调质钢等的综合性能的重要手段． Nb 是 其中最有效的细化晶粒的微合金化元素，近年来 Nb 微合金化技术在中高碳的特殊钢中获得了应用，研 发了含 Nb--V/Ti 复合微合金化特殊钢［4］． 同时，在 钢液凝固和高温形变过程中，Nb、V 等元素在钢中 的固溶和析出，对奥氏体相的成分有强烈的调整作 用，对奥氏体的相变分解有强烈调控作用［5--7］． 实验拟在 60Si2CrVAT 的基础成分上［2］，添加 不同含量的 Nb，以期利用 Nb--V 复合微合金化在钢 中形成细小弥散分布的碳氮化物的细晶强化和沉淀 强化作用，改善其强韧性，从而满足提速列车转向架 弹簧钢的力学性能要求． 由于目前尚无铁路列车用 Nb--V 复合弹簧钢 60Si2CrVAT 的过冷奥氏体连续 冷却转变( CCT) 曲线的研究报道，因此本文采用热 模拟实验技术，测定了三组不同 Nb 含量实验钢的 连续冷却转变曲线，并分析了不同冷速下转变产物 的显微组织，研究了 Nb--V 复合微合金化对连续冷 却转变过程的影响． 1 实验材料和方法 1. 1 实验材料 实验冶炼了三炉钢: 在 60Si2CrVAT 基础成分 上，第一炉为内控基体成分，降碳提锰，内控碳在中 下限，锰、铬在中上限，其余元素不变，以提高韧性; 第 二、三炉在第一炉的成分基础上分别添加 0. 028% 和 0. 054% 的 Nb，利用铌在冷却和高温形变 过程中析出细小弥散的 MX 型碳氮化物，以达到不 同细晶强化和沉淀强化效果，提高实验钢的强韧性． 实验钢的化学成分如表 1 所示． 表 1 实验钢化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of experimental steels % 实验钢 C Si Mn Cr V Nb N Al P S O Fe 1# 0. 56 1. 65 0. 56 1. 20 0. 18 — 0. 005 0 0. 03 0. 010 0. 007 0. 001 3 Bal． 2# 0. 56 1. 71 0. 58 1. 20 0. 19 0. 028 0. 005 0 0. 03 0. 009 0. 007 0. 001 3 Bal． 3# 0. 56 1. 71 0. 58 1. 20 0. 19 0. 054 0. 005 0 0. 04 0. 009 0. 007 0. 001 3 Bal． 冶炼后的三炉不同 Nb 含量实验钢，经相同锻 造工艺( 始锻温度 1 150 ℃，终锻温度 850 ℃ ) 和冷却 速度( 灰冷) 锻成 15 mm 圆棒试样，其锻后灰冷显 微组织如图 1 所示． 由图 1 可知: 1# 钢在锻后灰冷 得到的是贝氏体 + 珠光体混合组织，其中贝氏体、珠 光体含量各占一半; 2# 实验钢在锻后灰冷组织为少 量的贝氏体 + 珠光体，3# 实验钢在锻后灰冷的条件 下得到的是全部珠光体组织． 说明随 Nb 含量的增 加，实验钢中珠光体比例增加，Nb 的加入有促进珠 光体转变的作用，使其延伸到更大的冷速，抑制了贝 氏体转变． 实验所需试样取锻后 15 mm 圆棒样，经 机加工成 4 mm × 10 mm 热膨胀试样，三组钢分别 加工一组． 图 1 不同 Nb 含量实验钢锻后灰冷显微组织 . ( a) 1# 实验钢; ( b) 2# 实验钢; ( c) 3# 实验钢 Fig． 1 Microstructures of tested steels after being forged and lime cooled: ( a) 1# steel; ( b) 2# steel; ( c) 3# steel 1. 2 实验方法 为确定实验钢的加热温度，采用热力学软件 Thermo-Calc 对三种实验钢中 Nb、V 在奥氏体中的 固溶规律进行计算，其结果如图 2 所示． 1# 实验钢 V ·1464·