[發明專利]含鈮鈦動車組車軸用鋼熱處理工藝

有效

• 申請號: 201610416929.1
• 申請日: 2016-06-07
• 公開（公告）號: CN105821194B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 孫維;高海潮;蘇世懷;杜松林;汪開忠;龔志翔;謝世紅
• 申請（專利權）人: 馬鞍山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C21D9/28
• 分類號: C21D9/28;C21D6/00;C21D1/28;C21D1/18;C22C38/18;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/08;C22C38/12;C22C38/16;C22C38/14;C22C38/06
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司34107
• 代理人: 張巧嬋

技術領域

本發明涉及合金鋼領域，具體涉及適用于抗拉強度750～900MPa、屈服強度≥600MPa、-40℃KV₂≥150J，同時要求具有優異的抗疲勞性能的高速動車組車軸用鋼及其熱處理工藝。

背景技術

車軸是各種車輛中涉及安全的最重要的運動和承載部件之一。由于車軸承受著動載荷，受力狀態比較復雜，如彎曲載荷、扭轉載荷、彎扭復合載荷，并受到一定沖擊，特別是高速動車組車軸，其受力狀態更為復雜。因此，高速動車組車軸在服役過程中可能會因為疲勞、彎曲、扭轉或拉伸應力等而發生斷裂，其中疲勞斷裂是高速車軸的普遍斷裂形式。為確保車輛的安全運行，高速動車組車軸必須具有足夠的可靠性和疲勞安全系數。高速動車組車軸材料是決定車軸使用壽命和可靠性的關鍵因素之一，因此，國內外十分重視對高速動車組車軸用鋼的研發和疲勞性能的研究。

隨著我國高速鐵路的快速發展，對動車組車軸的需要急劇增加，但目前仍主要依賴于進口，因此，迫切需要開發適用于我國鐵路發展特點的高強高韌及長疲勞壽命的新材質車軸鋼。近年來，國內外開展了抗疲勞破壞車軸鋼的研究開發。如中國專利申請201110417295.9中的抗疲勞破壞車軸鋼，仍然采用傳統中碳車軸鋼的高C含量思路，C含量(0.42～0.45％)較高，這使得鋼的韌性較差，無法滿足動車組車軸對韌性的要求，且抗疲勞性能改善的幅度有限高。中國專利申請201210384581.4中的一種新型空心車軸用合金鋼，盡管碳含量較低，具有較好的強韌性配合，但疲勞強度仍較低。從歐洲引進的動車組車軸主要采用調質處理的合金鋼EA4T，雖然給出了化學成分及力學性能要求，但沒有給出關鍵熱處理工藝參數，更重要的是鋼中的影響淬透性的合金元素含量偏低，導致大規格的動車組車軸內部的組織(存在不允許存在的鐵素體)和性能(近心部強度、韌性和疲勞性能偏低)往往難以達到標準的要求。這些均在實際應用中受到了限制，更為關鍵的是車軸鋼抗疲勞性能改善的幅度均有限，影響其推廣應用。

發明內容

針對以上現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種抗拉強度750～900MPa、屈服強度≥600MPa、-40℃KV₂≥150J，同時要求具有優異的抗疲勞性能的高速動車組車軸用鋼及其熱處理工藝。具體技術方案如下：

一種含鈮鈦動車組車軸用鋼熱處理工藝，包括如下步驟：

(1)正火：將含鈮鈦高速動車組車軸用鋼加熱至溫度870～900℃，在該溫度段加熱保溫時間按1.2～1.7min/mm計算，空冷；

(2)淬火：將含釩高速動車組車軸用鋼加熱至溫度860～890℃，在該溫度段加熱保溫時間按1.5～2.0min/mm計算，隨后進行水淬和油冷；

(3)回火：將含鈮鈦高速動車組車軸用鋼加熱至溫度620～680℃，在該溫度段加熱保溫時間按2～2.5min/mm計算，隨后空冷至室溫。

進一步地，步驟(2)中先在淬火槽中通過噴嘴對車軸進行水下噴水快速水冷，直至車軸表面溫度降至600～650℃，后將車軸從水中取出，浸入油中冷卻直至室溫。

進一步地，水冷的冷卻速度控制在1.5～2.5℃/s。

進一步地，步驟(1)-(3)中加熱速度均為50～100℃/h。

進一步地，步驟(1)中以80℃/h加熱至溫度890℃，加熱保溫時間300min，空冷。

進一步地，步驟(2)中以80℃/h加熱至溫度880℃，加熱保溫時間270min。

進一步地，步驟(3)中以80℃/h加熱至溫度650℃，加熱保溫時間420min，空冷。

進一步地，步驟(2)中，先在淬火槽中通過噴嘴對車軸進行水下噴水快速水冷，直至車軸表面溫度降至600℃，后將車軸從水中取出，浸入油中冷卻直至室溫。

進一步地，步驟(1)-(3)中含鈮鈦高速動車組車軸用鋼最大直徑為200mm、長度達2200mm。

進一步地，其用于含鈮鈦高速動車組車軸用鋼生產工藝，具體包括步驟：電弧爐或轉爐冶煉→LF爐精煉→RH或VD真空脫氣→連鑄→鑄坯加熱爐加熱→車軸坯軋制→車軸坯鍛造→毛坯車軸粗車→車軸齊端面加工→正火+調質熱處理→車軸外圓精車加工→車軸內孔鏜削加工→外圓磨削→探傷。