[發明專利]一種含釩高速列車車軸用鋼

在審

• 申請號: 201410532091.3
• 申請日: 2014-10-11
• 公開（公告）號: CN104264065A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 蘇世懷;孫維;杜松林;汪開忠;于文壇;許興
• 申請（專利權）人: 馬鋼（集團）控股有限公司;馬鞍山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C38/54
• 分類號: C22C38/54;C21D9/28;C21D1/18;C21D1/28
• 代理公司: 馬鞍山市金橋專利代理有限公司 34111
• 代理人: 奚志鵬

技術領域

本發明屬于車軸鋼領域，尤其涉及高速列車車軸用合金結構鋼及其熱處理工藝技術領域。

背景技術

車軸是車輛行走部分的關鍵零件，承受著車輛的自重和負荷，在車輛運行和停車時還承受沖擊力和制動力，在高速和重載的狀態下受力情況就更為復雜，是鐵路建設的三大關鍵零件（重軌、車軸和車輪）之一，火車軸屬于超大型軸對稱階梯狀軸類零件，其最大直徑為200mm左右，長度達2200mm左右。

隨著我國高速鐵路的投入運行，火車速度進一步提高，作為鐵路列車關鍵部件之一的高速車軸是鐵路列車重要的走行部件，其質量直接關系到高速鐵路運行安全。高速列車車軸要保證在所規定的使用條件下，具有足夠的安全性、可靠性和長使用壽命，這就對車軸材料相關技術提出了更高的要求。高速列車車軸承受著源自車體及軌道的各種載荷，其中主要是旋轉彎曲載荷和扭轉載荷。據統計資料，在這些失效形式中，裂紋引起的失效占全部失效車軸的90%以上，裂紋引起的車軸失效形式最終表現為疲勞斷裂，疲勞斷裂是一個裂紋產生、擴展導致斷裂的過程，其疲勞破壞直接危及運輸安全。因此，對車軸鋼材而言，主要是保證其良好的強度（特別是彎扭復合疲勞強度）及韌性。影響鋼材疲勞性能的因素主要有：鋼的潔凈度、鋼的成分和組織、鋼的表面狀態及尺寸效應、鋼的耐腐蝕性等。

世界各鐵路發達國家都非常重視高速車軸的研究工作，從材料、設計、生產、熱處理和運用維護等方面不斷改善。由于各國的國情和技術觀點不同，選用的車軸材料也不相同。目前，國內外高速車軸用鋼大致可分為3類：優質碳素結構鋼、中合金結構鋼、高合金結構鋼。

（1）優質碳素結構鋼。日本采用普通碳素鋼（S38C）加表面中頻淬火熱處理工藝，相比歐洲采用合金鋼加調質處理熱處理工藝而言，日本高速車軸原材料成本低，但熱處理工藝復雜，熱處理工藝參數控制精度要求高。

（2）中合金結構鋼。歐洲高速車軸材料大多采用中合金結構鋼（如EA4T），通過采用強化處理方法來提高車軸的強韌性指標，熱處理工藝簡單。但EA4T鋼只含Cr0.90~1.20%、Mo0.15~0.30%，鋼的淬透性不是太好，對于大截面車軸來說，存在淬不透的問題，導致車軸截面顯微組織和性能不均勻，影響了高速車軸的整體性能指標。中國專利201210555924.9提供了一種車軸鋼，其成分為C：0.38~0.44，Si：0.17~0.37，Mn：0.60~0.80，P：≤0.015，S：≤0.010，Cr：0.90~1.20，Mo：0.15~0.30，Ni：0.10~0.25，V：0.07~0.2，Cu：0.08~0.2，Als：0.02~0.05。采用該專利生產的大截面車軸來也存在淬不透的問題。

（3）高合金結構鋼。部分歐洲高速車軸材料選用30NiCrMoV12等高合金結構鋼，鋼中含Cr0.60~1.00%、Ni2.70~3.30%、Mo0.40~0.60%、V0.08~0.13%，該類鋼種有很多優點諸如淬透性好、可油淬、變形小、硬度高、屈強比高、耐腐蝕性能好等等，但是造價比較高。

發明內容

為克服現有技術存在的問題，本發明提供一種含釩高速列車車軸用鋼并利用微量V、B及少量Ni、Cu復合合金化原理，結合對熱處理工藝優化，在少量增加成本的前提下，顯著提高高速列車車軸用鋼的淬透性、耐腐蝕性、抗疲勞性和低溫韌性，進而顯著提高高速列車車軸用鋼的整體性能、壽命和安全性，使高速列車車軸用鋼的生產工藝更加簡易、高效，從而生產出低成本高性能的高速列車車軸用鋼。

為解決上述技術問題，本發明提供一種含釩高速列車車軸用鋼，其化學成分的質量百分比（wt％）為：C：0.25~0.32，Si：0.15~0.40，Mn：0.60~0.90，P：≤0.015，S：≤0.010，Cr：1.00~1.20，Mo：0.20~0.35，Ni：0.15~0.30，V：0.02~0.10，Cu：0.10~0.30，B：0.0008~0.0050，Als：0.010~0.050，其余為鐵和殘余的微量雜質；采用上述成分制備的車軸熱處理后，晶粒度大于等于8.5級，組織為回火索氏體+貝氏體，其中，車軸近表面回火索氏體含量約在70~90%，車軸1/2半徑處回火索氏體含量約在40~60%。

本發明鋼以多元少量的合金化原則進行了成分設計。

（1）碳：C是主要強化元素，對鋼的強度、塑性和韌性有很大影響，C過高會引起鋼的塑性和韌性的降低。為保證鋼的塑性和韌性，?C含量應適當降低，損失的強度則由其它合金元素和微合金元素來彌補。綜合考慮，高速車軸鋼的C含量范圍應在0.25%~0.32%為宜。