[發明專利]一種用于鐵道車輛的車軸鋼及其制備方法

無效

• 申請號: 201210113731.8
• 申請日: 2012-04-17
• 公開（公告）號: CN102644033A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 劉鑫貴;項彬;張成連;王玉玲;吳毅;許亞娟;張斌
• 申請（專利權）人: 中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所
• 主分類號: C22C38/46
• 分類號: C22C38/46;C22C33/04;C21D8/00
• 代理公司: 北京瑞恒信達知識產權代理事務所(普通合伙) 11382
• 代理人: 李渤;張偉

技術領域

本發明屬于合金鋼冶煉領域，具體涉及一種強度和韌性良好匹配、綜合性能更加優越的用于鐵道車輛的車軸鋼及其制備方法。

背景技術

車軸是鐵道機車車輛走行部最關鍵的部件之一，承受著源自車體及軌道的各種載荷，其中主要包括旋轉彎曲載荷，其次是扭轉載荷。長期處于交變應力作用下，一旦車軸斷裂極易導致車輛脫軌，車軸的可靠性直接關系到行車安全。因此，在規定的使用條件下，車軸(特別是高速、重載鐵路貨車車軸)應具有較高的強度和韌性，以保證足夠的安全性、可靠性和長使用壽命。

目前，我國鐵路車輛大量使用的LZ50車軸鋼屬于普通碳素鋼范疇。根據TB/T?2945-1999“鐵道車輛用LZ50鋼車軸及鋼坯技術條件”的規定，這種普通LZ50鋼化學成分為：C?0.47-0.57％，Mn0.60-0.90％，Si?0.17-0.40％，P≤0.030％，S≤0.030％，Cr≤0.30％，Ni≤0.30％，Cu≤0.25％，Alt≥0.020％。TB/T2945-1999還規定：將經一次正火處理(加熱至800～860℃左右，保溫約2～5小時)的LZ50鋼坯制成長度大于300mm，截面尺寸為140mm×140mm試樣，其力學性能為：屈服強度≥345MPa，抗拉強度≥610MPa，斷后伸長率≥19％，斷面收縮率≥35％。在過去的鐵路貨車應用中，LZ50鋼車軸能夠較好地適應25t軸重以下貨車的使用工況，但并不排除在極端情況下出現車軸使用故障。由于在生產制造、加工組裝及使用中均可能出現異常情況而導致車軸故障，盡管總體故障率較低，但任何故障均會對鐵路安全構成威脅。此外，未來我國大軸重貨車的大量使用以及載重負荷、速度的提高都將導致車軸使用條件更加苛刻，如果車軸型式設計、材質等不進行改進的話，極端低故障率將會發展成普通高故障率。另一方面，車軸材質和性能的提高也將會為車軸型式設計提供更加寬泛的設計空間。

中國專利申請CN200910025971.0公開了一種微合金化鐵路貨車車軸用鋼及其生產工藝，該鋼的化學成分(wt％)為：C0.50-0.57％，Si?0.17-0.40％，Mn?0.60-1.00％，Cr?0.20-0.35％，Ni0.18-0.40％，Al?0.02-0.06％，Ti?0.020-0.060％，V?0.030-0.10％，S≤0.010％，P≤0.020％，B≤0.005％，Cu≤0.20％，Sb≤0.010％，Sn≤0.03％，As≤0.04％，[O]≤0.0015％，[N]≤0.0060％，余為Fe。該專利申請采用復合微合金化的方式，使鋼的強度、抗裂紋敏感性、韌性及抗低溫沖擊性能得到一定提高，但是其綜合性能有待于進一步提升。

發明內容

本發明的目的在于提供一種強度和韌性良好匹配、綜合性能更加優越的用于鐵道車輛的車軸鋼及其制備方法。本發明通過優化車軸鋼化學成分的配比，降低鋼中C含量并添加適量的合金化元素Ni、Cr、V等進行合金化，并配合優選的熱處理工藝，在鋼中形成相對穩定的碳化物和氮化物，產生晶粒細化和析出強化效果，使其強度和韌性得到顯著改善并達到最佳匹配，從而提高車軸鋼的綜合性能。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種用于鐵道車輛的車軸鋼，按重量百分比計，其包含C?0.40～0.48％，Si?0.17～0.37％，Mn?0.55～0.85％，Cr?0.40～0.65％，Ni0.15-0.30％，V?0.06～0.15％，Al?0.02-0.045％，余量為鐵和不可避免的雜質。

優選地，按重量百分比計，上述車軸鋼包含：C?0.43～0.47％，Si?0.25～0.33％，Mn?0.76～0.82％，Cr?0.46～0.51％，Ni?0.19-0.21％，V?0.1～0.12％，Al?0.023-0.039％，余量為鐵和不可避免的雜質。

更優選地，按重量百分比計，在上述車軸鋼包含的不可避免的雜質中，P≤0.02％，S≤0.02％，Cu≤0.25％。本發明還提供了上述車軸鋼的制備方法，該制備方法包括如下步驟：

(1)將鐵水及廢鋼加入轉爐冶煉；

(2)鋼包爐精煉；

(3)RH精煉；

(4)采用模鑄方法澆鑄成方錠；

(5)軋制成車軸鋼坯；

(6)熱處理。

具體而言，上述制備方法包括如下步驟：

(1)將鐵水、廢鋼、NiFe加入頂底復吹式轉爐冶煉，實現脫磷；

(2)鋼包爐精煉，實現脫硫和脫氧；

(3)RH精煉，實現真空脫氣、脫氫和進一步除雜質；