亚稳奥氏体锰钢及高锰钢辙叉与高碳钢钢轨焊接技术

在亚稳奥氏体锰钢的研究上，实验室对这一传统钢种的化学成分、铸造和热处理以及焊接等热加工工艺进行系统地优化设计，耐磨性比普通Mn13钢提高1倍以上。发现介稳奥氏体锰钢在变形过程中诱发得到无碳和合金两类马氏体，马氏体转变受奥氏体晶胞中共价电子对数的大小控制。用穆斯堡尔谱分析方法并结合电子理论计算，提出了在亚稳奥氏体锰钢及铬锰氮钢中碳与合金元素原子之间呈短程有序偏聚分布的理论，且该偏聚对亚稳相的稳定性、合金的相变过程、加工硬化及耐磨损和耐气（磨）蚀性能均有重要影响，将该领域钢铁材料的研究深化到了原子尺度。

高锰钢辙叉和高碳钢钢轨的焊接是我国铁路实现全面提速的关键难题之一，国际上只有法国和奥地利拥有该项技术的发明专利。高碳钢焊接要求缓冷，以防止热影响区出现马氏体和产生大的热应力。然而，高锰钢焊接却要求快冷，以抑止奥氏体晶界的碳化物析出，否则产生热裂纹和韧性急剧下降的后果。另外，两种材料的热物理性能差异很大，直接焊接将导致接头处产生很大的内应力，不仅降低接头的强度和韧性，而且严重降低其疲劳寿命。因此，高锰钢辙叉与高碳钢钢轨焊接技术一直是制约我国铁路提速的难题之一。实验室利用材料性质梯度过渡的思路，设计了一种物理性质和组织结构介于高锰钢和高碳钢之间的材料作为焊接材料，同时对高锰钢进行特殊的变质处理，降低晶界碳化物析出和液化裂纹形成的倾向，并优化闪光焊接工艺，从而发明了高锰钢辙叉的焊接技术(国家发明专利00121442.X)。本技术是与奥地利和法国完全不同的高锰钢辙叉焊接技术，使我国成为世界上第三个自主拥有该项技术的国家，在我国铁路全面提速中发挥了重要作用。与前两个国家的技术相比，该技术具有综合成本低、工艺简单和性能优异等特点，因此该项技术在近几年的国际招标中连续5次中标，已成为我国高锰钢辙叉焊接采用的唯一技术，并在中铁山桥集团有限公司投产，产品出口香港、伊朗、印尼、委内瑞拉等国家和地区。仅高锰钢辙叉一项年产值达8000余万元，出口创汇450万美元。

发展的奥氏体锰钢生产技术，被国内30几家企业采用，累计为国家创造利税5.5亿元，取得了显著的经济效益和社会效益。

主要成果：

★耐磨奥氏体锰钢化学成分和热加工工艺优化，国家科技进步二等奖，2002

★铁路辙叉专用含氮焊条，国家发明专利，03128766.2，2003

★铁路辙叉专用含氮奥氏体锰铬钢，国家发明专利，03128766.2，2003

★高锰钢辙叉与碳钢钢轨加介质闪光焊接方法，国家发明专利，00121442.X，2002

★F.C. Zhang, M. Zhang, J.H. Li, A study of localnanocrystallinestructure of 0Cr16Ni22Mo2Ti steel in bond area of flash welding, Mater. Trans. 43(2002)，2022.

★F.C. Zhang, Formation ofnanocrystallineduring flash welding of 0Cr16Ni22Mo2Ti steel, Chin.Sci. Bull. 46(2001)，210.