苏 世 怀 江 波 吴 结 才 马 鞍 山 钢 铁 股 份 有 限 公 司 安 徽 马 鞍 山 243000 摘 要 马 钢 作 为 铁 路 用 材 的 生 产 基 地 随 着 新 一 轮 技 术 改 造 的 完 成 整 体 装 备 水 平 和 产 品 档 次 将 进 一 步 提 升 在 现 有 轮 型 产 品 的 基 础 上 马 钢 可 开 发 铁 路 用 钢 材 的 品 种 将 进 一 步 扩 大 开 发 的 能 力 也 将 大 大 提 高 关 键 词 车 轮 型 钢 产 品 开 发 1 前 言 马 钢 是 一 个 有 近 五 十 年 历 史 的 国 有 特 大 型 钢 铁 联 合 企 业 也 是 最 早 进 行 整 体 股 份 制 改 造 的 境 内 外 上 市 公 司 现 已 具 备 铁 钢 材 600 万 吨 以 上 的 生 产 能 力 随 着 十 五 技 改 项 目 的 陆 续 建 成 投 产 马 钢 将 达 到 900~1000 万 吨 铁 钢 材 生 产 能 力 届 时 马 钢 将 拥 有 一 流 的 碾 钢 车 轮 生 产 线 一 流 的 CSP 热 轧 薄 板 生 产 线 冷 轧 薄 板 生 产 线 热 镀 锌 生 产 线 彩 色 涂 层 板 生 产 线 与 现 有 的 H 型 钢 生 产 线 高 速 线 材 生 产 线 连 轧 棒 材 生 产 线 相 配 套 形 成 以 轮 型 板 线 棒 为 主 的 产 品 特 色 生 产 规 模 和 产 品 档 次 也 将 有 较 大 的 提 升 马 钢 的 发 展 离 不 开 铁 路 不 仅 因 为 马 钢 的 原 材 料 和 产 品 的 运 输 需 要 铁 路 重 要 的 是 马 钢 的 产 品 离 不 开 铁 路 这 个 大 市 场 马 钢 从 发 展 伊 始 就 与 铁 路 结 下 了 不 解 之 缘 二 十 世 纪 六 十 年 代 初 党 中 央 决 定 在 马 钢 建 设 车 轮 轮 箍 厂 全 国 支 援 马 钢 建 设 奠 定 了 马 钢 发 展 的 基 础 有 了 马 钢 的 车 轮 社 会 主 义 建 设 的 列 车 得 以 滚 滚 向 前 上 世 纪 九 十 年 代 末 马 钢 新 建 设 的 H 型 钢 生 产 线 投 产 面 对 国 内 潜 在 的 巨 大 的 钢 结 构 市 场 铁 路 又 成 为 马 钢 开 发 的 H 型 钢 新 产 品 第 一 个 应 用 的 行 业 2 开 发 工 作 回 顾 2.1 车 轮 为 适 应 我 国 铁 路 提 速 重 载 的 发 展 需 求 拓 展 国 际 市 场 自 1997 年 以 来 马 钢 以 先 进 的 炉 外 精 炼 装 备 为 依 托 已 开 发 了 碳 含 量 0.45-0.77% 的 各 种 牌 号 车 轮 涵 盖 提 速 准 高 速 高 速 客 车 提 速 货 车 以 及 地 铁 车 辆 等 各 种 用 途 产 品 质 量 均 能 达 到 相 应 标 准 的 要 求 在 这 项 工 作 中 也 探 索 了 微 合 金 化 技 术 的 应 用 典 型 产 品 概 述 如 下 2.1.1 KKD HDS 车 轮 分 别 用 于 提 速 客 车 120-160Km/h 货 车 (80-120Km/h) 钢 种 均 为 8601-88 标 准 中 的 CL60 钢 但 机 械 性 能 和 洁 净 度 要 求 大 幅 度 提 高 主 要 体 现 在 强 度 硬 度 B 类 夹 杂 和 氢 含 量 上 见 表 1 自 1998 年 转 产 以 来 这 两 种 车 轮 的 氢 含 量 达 标 率 为 100% B 类 夹 杂 达 标 率 >95% 两 种 车 轮 的 塑 性 指 标 冲 击 功 指 标 的 达 标 率 为 100% 强 度 硬 度 情 况 见 表 2 由 表 2 知 马 钢 开 发 的 这 两 种 车 轮 实 物 质 量 一 直 比 较 稳 定 - 1 -
GB8601 类 别 表 1 KKD HDS 车 轮 技 术 要 求 与 GB8601-88 标 准 的 比 较 类 别 σb(mpa) δ(%) Ψ(%) 硬 度 (HB) AKU2(J) B 类 夹 杂 ( 级 ) H,ppm KKD 910 10 14 265 320 16 1.0 2.0 HDS 910 10 14 265 320 16 1.5 2.5 客 车 轮 880~1105 10 14 251 16 货 车 轮 860~1090 10 14 248 16 表 2 KKD HDS 车 轮 的 强 度 硬 度 最 小 值 强 度 σ b (MPa) 主 要 分 布 范 围 主 要 分 布 范 围 所 占 比 例 (%) 最 小 值 硬 度 (HB) 主 要 分 布 范 围 主 要 分 布 范 围 所 占 比 例 (%) KKD 945 1000-1100 90.4 266 275-310 91.1 HDS 935 1000-1100 92.3 269 275-310 93.6 2.1.2 UIC 标 准 系 列 车 轮 主 要 为 R7 R8 R9 三 种 车 轮 其 中 R7 车 轮 在 国 内 用 于 160-200Km/h 级 准 高 速 客 车 和 300 Km/h 级 高 速 列 车 同 时 是 主 要 的 出 口 产 品 R8 车 轮 用 于 香 港 广 九 铁 路 R9 车 轮 用 于 地 铁 车 辆 三 种 车 轮 的 主 要 要 求 及 机 械 性 能 情 况 见 表 3 表 4 由 表 4 可 知 准 高 速 高 速 车 轮 的 显 微 夹 杂 氢 含 量 达 标 率 为 100% 性 能 均 满 足 标 准 要 求 200Km/h 车 轮 已 经 过 5 年 多 的 运 用 考 验 状 态 良 好 R8 R9 车 轮 分 别 在 香 港 广 九 铁 路 和 上 海 地 铁 使 用 了 5 年 以 上 高 速 试 验 用 车 轮 在 铁 道 部 组 织 的 高 速 试 验 上 得 到 了 应 用 表 3 R7 R8 R9 车 轮 的 主 要 技 术 要 求 类 别 C Mn σb(mpa) δ(%) AKU5(J) B 类 夹 杂 ( 级 ) H,ppm R7 0.52 0.80 820-940 14 15 1.0* 2.0* R8 0.56 0.80 860-980 13 15 R9 0.60 0.80 900-1050 12 10 * 注 准 高 速 高 速 车 轮 要 求 表 4 R7 R8 R9 车 轮 的 实 物 机 械 性 能 情 况 类 别 σb(mpa) δ(%) AKU5(J) 硬 度 (HB) R7 850-920 >17 22-30 243-269 R8 880-955 >15 17-24 251-280 R9 950-1035 12 13-19 270-300 2.1.3 AAR 系 列 车 轮 AAR 系 列 车 轮 中 常 用 的 为 B C 级 车 轮 两 者 的 技 术 要 求 见 表 5 表 5 AAR-B C 级 车 轮 的 主 要 技 术 要 求 表 面 硬 度 类 别 C Mn (HB) H,ppm* 夹 杂 物 含 量 ( 面 积 百 分 比,%)* 氧 化 物 硫 化 物 B 0.57-0.67 0.65-0.85 >277 2.0 0.20 0.20 C 0.67-0.77 0.65-0.85 >321 2.0 0.20 0.20 * 注 附 加 要 求 这 两 种 车 轮 的 技 术 难 点 在 夹 杂 物 控 制 上 通 过 严 格 的 [O] [S] 控 制 和 采 用 恰 当 的 夹 杂 物 变 性 变 态 处 理 技 术 显 微 夹 杂 完 全 满 足 了 附 加 要 求 产 品 通 过 了 AAR 认 证 已 开 始 出 口 美 国 - 2 -
2.1.4 整 体 机 车 车 轮 整 体 车 轮 是 机 车 用 车 轮 的 应 用 方 向 在 某 些 型 号 机 车 设 计 上 车 轮 辐 板 与 驱 动 装 置 相 联 对 辐 板 韧 性 要 求 很 高 该 种 车 轮 的 开 发 采 用 了 降 C V 微 合 金 化 技 术 路 线 其 主 要 技 术 要 求 见 表 6 该 种 车 轮 的 实 物 性 能 见 表 7 从 表 7 可 见 开 发 的 整 体 机 车 车 轮 完 全 符 合 技 术 要 求 已 通 过 铁 道 部 验 收 表 6 整 体 机 车 车 轮 的 主 要 技 术 要 求 C Mn V H(ppm) 轮 辋 辐 板 AKU2(J) σ b (MPa) δ(%) Ψ(%) 硬 度 (HB) 20-60 0.52-0.56 0.50-0.80 0.08-0.15 2.0 900-1050 13 14 250 18 6.4 表 7 整 体 机 车 车 轮 的 实 物 性 能 轮 辋 辐 板 AKU2(J) σb(mpa) δ(%) Ψ(%) 硬 度 (HB) 20-60 970 20 41 272 40 10.3 几 年 来 在 CL60 级 UIC 系 列 车 轮 上 均 尝 试 了 微 V 处 理 0.03-0.05% 结 果 表 明 在 相 同 的 热 处 理 工 艺 下 微 V 处 理 所 带 来 的 强 度 增 值 可 达 50MPa 硬 度 增 值 可 达 10HB 但 韧 性 有 所 降 低 且 车 轮 轮 辋 上 会 出 现 较 大 范 围 的 非 珠 光 体 组 织 在 研 制 V 微 合 金 化 整 体 机 车 车 轮 时 发 现 同 一 炉 钢 经 不 同 批 次 处 理 韧 性 指 标 特 别 是 低 温 韧 性 会 出 现 较 大 幅 度 的 波 动 从 工 艺 过 程 看 热 处 理 加 热 温 度 的 波 动 是 主 要 原 因 曾 试 图 采 用 Nb 微 合 金 化 (0.010-0.020%) 提 高 CL60 级 车 轮 的 低 温 韧 性 结 果 在 车 轮 上 发 现 Nb 的 异 金 属 夹 杂 韧 性 也 未 提 高 其 原 因 需 进 一 步 分 析 从 已 有 的 经 验 看 V 在 改 善 强 韧 配 合 上 具 有 潜 在 的 应 用 前 景 所 出 现 的 问 题 是 由 于 对 V 的 溶 解 析 出 行 为 及 其 影 响 因 素 缺 乏 深 入 认 识 未 能 使 V 的 有 益 作 用 稳 定 合 理 地 发 挥 这 是 今 后 需 要 重 点 研 究 的 课 题 由 于 Nb 在 钢 中 固 溶 度 随 碳 含 量 升 高 而 急 剧 降 低 在 车 轮 上 的 应 用 前 景 需 进 一 步 探 讨 2.2 型 钢 H 型 钢 用 于 铁 道 集 装 箱 平 车 后 由 于 其 表 面 平 整 光 洁 连 接 方 便 减 少 了 制 造 厂 表 面 处 理 的 工 作 量 减 轻 了 工 人 的 劳 动 强 度 使 车 辆 更 加 美 观 受 到 有 关 车 辆 厂 的 欢 迎 到 目 前 为 止 马 钢 已 生 产 4.5 万 吨 H 型 钢 供 各 车 辆 厂 生 产 平 车 另 外 还 为 青 岛 四 方 旁 巴 迪 公 司 开 发 了 豪 华 客 车 用 槽 钢 马 钢 在 型 钢 方 面 开 发 的 典 型 品 种 有 2.2.1 SM400B H512 202 H 型 钢 1999 年 马 钢 H 型 钢 生 产 线 刚 刚 投 产 就 研 制 开 发 了 XN17AK 铁 路 平 板 车 用 235MPa 级 HN512 202 12 22 规 格 13.1 米 特 殊 定 尺 的 H 型 钢 钢 种 为 SM400B 与 原 设 计 使 用 的 I56b 相 比 每 米 重 量 减 轻 1 千 克 平 车 自 重 减 轻 52 千 克 材 质 上 由 于 采 用 了 铌 微 合 金 化 技 术 较 以 前 的 20 钢 强 度 提 高 低 温 韧 性 进 一 步 改 善 SM400B 成 分 要 求 列 于 表 8 中 表 9 为 实 际 生 产 时 型 钢 的 力 学 性 能 状 况 从 中 可 以 看 出 试 制 产 品 的 性 能 达 到 了 标 准 的 要 求 强 度 和 韧 性 指 标 均 有 较 大 的 富 余 - 3 -
表 8 SM400B 和 Q345T 成 分 要 求 牌 号 C Si Mn P S Nb SM400B 0.20 0.35 0.60 1.40 0.035 0.035 适 量 Q345T 0.20 0.55 1.00 1.60 0.035 0.035 适 量 项 目 标 准 要 求 实 物 水 平 3 区 间 表 9 SM400B 型 钢 的 力 学 性 能 样 本 数 N 90 s (MPa) 拉 力 冲 击 Akv(J) b (MPa) 235 400 510 330 505 380 435 510 472 20 0 20 40 60 5 (%) 平 均 最 小 平 均 最 小 平 均 最 小 平 均 最 小 平 均 最 小 18 48.34 39.63 29.37 23.50 13.11 8.60 7.01 4.66 3.57 2.70 26 38 35 251.9 207.0 224.8 110.0 172.9 20.0 98.1 6.0 34.1 3.5 257 503 421 523 29 41 / / / / / / / / / / 2.2.2 Q345T H600 200 H 型 钢 2000 年 初 北 京 二 七 车 辆 厂 研 制 的 集 装 箱 用 XN17BK 平 车 投 入 小 批 量 生 产 马 钢 为 其 开 发 了 345MPa 级 HN600 200 11 17 规 格 15.6 米 特 殊 定 尺 H 型 钢 钢 种 为 Q345T 该 品 种 的 开 发 成 功 地 解 决 了 平 车 加 长 后 大 梁 用 型 钢 无 合 适 规 格 型 钢 可 选 的 难 题 该 品 种 与 I56b 相 比 米 重 减 轻 9 千 克 抗 弯 截 面 矩 则 增 加 了 6.7 达 到 了 提 高 车 辆 承 载 能 力 的 同 时 减 轻 自 重 的 双 重 效 果 生 产 中 采 用 了 微 合 金 化 和 控 制 轧 制 技 术 与 普 通 Q345B 钢 相 比 产 品 的 强 度 塑 性 和 低 温 冲 击 韧 性 大 大 提 高 成 分 均 匀 质 量 稳 定 Q345T 成 分 要 求 列 于 表 8 中 表 10 实 际 生 产 时 型 钢 的 力 学 性 能 状 况 从 中 可 以 看 出 试 制 产 品 的 性 能 达 到 了 标 准 的 要 求 强 度 和 韧 性 指 标 均 有 较 大 的 富 余 表 10 Q345T 型 钢 的 力 学 性 能 N 68 项 拉 力 冲 击 Akv Aku 目 s(mpa) b(mpa) 5 20 40 40 标 准 要 求 345 470 630 22 49.54J/cm 2 5.83J/cm 2 23.2J/cm 2 实 物 水 平 385 445 418 495 555 524 28 36 32 108 223J 152J 12 212J 90J 66 289J 146J 3 区 间 373 463 485 563 27.2 36.6 / / / 2.2.3 Q235D18 # 槽 钢 2000 年 青 岛 四 方 旁 巴 迪 公 司 试 制 豪 华 客 车 向 各 钢 铁 企 业 求 购 Q235D18 # 槽 钢 由 于 量 少 仅 100 吨 且 质 量 要 求 高 无 一 家 企 业 肯 接 受 订 货 最 后 他 们 找 到 马 钢 马 钢 急 用 户 所 急 主 动 接 受 挑 战 在 现 有 普 通 中 型 型 钢 生 产 线 上 采 用 V 微 合 金 化 技 术 在 较 短 的 时 间 内 即 开 发 出 了 合 格 的 产 品 受 到 用 户 的 称 赞 产 品 送 往 欧 洲 检 测 中 心 检 验 完 全 符 合 设 计 要 求 表 11 为 该 槽 钢 成 分 要 求 表 12 为 开 发 产 品 性 能 状 况 从 表 12 中 可 以 看 出 开 发 的 槽 钢 力 学 性 能 完 全 满 足 标 准 要 求 表 11 Q235D18 # 槽 钢 成 分 要 求 钢 种 C Si Mn P S Als V Q235D 0.17 0.30 0.35-0.80 0.035 0.035 0.015 适 量 - 4 -
表 12 Q235D18 # 槽 钢 性 能 状 况 轧 制 批 号 屈 服 点 s MPa 抗 拉 强 度 b MPa 伸 长 率 5 冷 弯 180 o V 型 冲 击 功 J 20 d=a 纵 向 横 向 7 158 340 450 40 完 好 68/72/58 11.2/11.2/11.0 7 159 345 465 35 完 好 51.5/38.2/59 9.0/10.3/11.7 标 准 要 求 235 375 500 26 完 好 27 不 要 求 注 实 际 检 验 冲 击 试 样 尺 寸 为 5 10 55mm 马 钢 在 型 钢 产 品 开 发 中 较 好 地 采 用 了 Nb V 微 合 金 化 技 术 针 对 不 同 的 装 备 水 平 取 得 了 满 意 的 效 果 产 品 在 强 度 提 高 的 同 时 塑 性 和 韧 性 得 到 改 善 可 焊 性 得 到 保 证 3 下 一 步 开 发 设 想 未 来 几 年 内 车 轮 产 品 的 开 发 重 点 为 高 速 车 轮 城 市 轨 道 交 通 用 车 轮 贝 氏 体 车 轮 高 速 车 轮 的 研 究 重 点 为 在 保 证 车 轮 的 强 度 硬 度 处 于 中 上 限 的 前 提 下 使 K Q 和 -20 AKV 分 别 稳 定 在 80MPa.m 1/2 和 10J 以 上 城 市 轨 道 交 通 用 车 轮 的 开 发 重 点 为 低 噪 音 车 轮 以 充 分 满 足 环 保 要 求 贝 氏 体 车 轮 的 研 制 工 作 则 在 铁 道 部 科 教 司 和 铁 科 院 的 统 一 安 排 下 进 行 形 成 符 合 马 钢 装 备 特 点 的 贝 氏 体 车 轮 生 产 工 艺 技 术 路 线 型 钢 产 品 的 开 发 重 点 是 高 强 度 高 耐 候 性 型 钢 冷 弯 型 钢 应 用 范 围 从 现 有 的 集 装 箱 平 车 扩 大 到 篷 车 敞 篷 车 及 特 种 车 辆 铁 路 建 设 方 面 如 电 气 化 铁 路 构 件 铁 路 桥 梁 等 马 钢 高 速 线 材 生 产 线 改 造 后 可 实 现 铁 素 体 区 轧 制 线 材 的 性 能 尺 寸 精 度 大 大 提 高 线 棒 产 品 的 开 发 重 点 是 铁 路 用 弹 簧 钢 钢 绞 线 用 钢 及 高 质 量 金 属 制 品 用 钢 紧 固 件 用 钢 板 材 产 品 的 开 发 重 点 是 利 用 新 建 的 CSP 生 产 线 开 发 高 强 度 耐 候 钢 板 4 结 语 4.1 在 过 去 几 十 年 中 马 钢 时 刻 关 注 铁 路 用 户 的 发 展 与 铁 路 和 冶 金 高 校 科 研 院 所 合 作 开 发 了 大 量 铁 路 用 车 轮 型 钢 产 品 其 产 品 品 种 规 格 性 能 质 量 满 足 了 铁 路 发 展 的 需 要 4.2 未 来 几 年 随 着 马 钢 对 现 有 生 产 线 的 改 造 和 新 生 产 线 的 建 立 马 钢 车 轮 型 钢 线 棒 材 产 品 品 种 规 格 增 加 性 能 质 量 进 一 步 提 高 而 且 可 以 提 供 新 的 板 带 产 品 5 建 议 5.1 时 刻 关 注 铁 路 行 业 发 展 信 息 铁 路 行 业 一 直 是 钢 铁 产 品 的 重 要 市 场 能 否 满 足 现 代 铁 路 对 钢 铁 材 料 的 质 量 要 求 反 映 了 一 个 国 家 钢 铁 工 业 的 水 平 因 此 冶 金 企 业 应 始 终 关 注 铁 路 的 发 展 随 时 了 解 铁 路 对 钢 铁 材 料 在 品 种 规 格 和 质 量 上 的 新 要 求 适 时 开 发 出 适 合 铁 路 行 业 需 求 的 新 产 品 因 此 建 议 行 业 中 介 机 构 作 为 铁 路 与 钢 铁 行 业 联 系 的 桥 梁 及 时 提 供 信 息 5.2 在 产 品 开 发 的 过 程 中 加 强 铁 路 企 业 钢 铁 企 业 及 行 业 科 研 院 所 之 间 的 合 作 实 现 一 体 化 的 产 学 研 开 发 参 考 文 献 略 - 5 -