[發明專利]一種細晶粒超高強韌性高速車軸鋼及其熱處理方法

有效

• 申請號: 201711214400.2
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN107988563B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 李昭東;曹燕光;王瑞珍
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院;中聯先進鋼鐵材料技術有限責任公司
• 主分類號: C22C38/48
• 分類號: C22C38/48;C22C38/46;C22C38/44;C22C38/04;C22C38/02;C22C38/06;C21D8/00;C21D1/18
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙) 11386
• 代理人: 牟姣;姬長平

一種細晶粒超高強韌性的高速車軸鋼，所述鋼的化學成分以重量百分比計為，C：0.24～0.32％、Si：0.20～0.40％、Cr：0.60～1.00％、Mn：0.40～0.70％、V：0.08～0.13％、Nb：0.02～0.10％、Ni：2.70～3.30％、Mo：0.40～0.60％、Alt：0.010～0.040％、P：<0.010％、S：<0.010％、O：<0.0015％、N：<0.008％，其余為Fe和不可避免的雜質；同時本發明還提供所述鋼的熱處理方法。本發明充分發揮各元素在車軸鋼中的作用，并采用兩次淬火+高溫回火熱處理，最終使高速車軸具有良好的抗沖擊、抗疲勞等服役性能、優異的強韌性匹配和良好的淬透性。本發明所車軸鋼的組織中奧氏體晶粒的平均晶粒尺寸為10?13μm，屈服強度R_p0.2≥900MPa，抗拉強度Rm≥950MPa，延伸率A≥15％，5mm缺口室溫縱向沖擊吸收功KU₂≥100J，韌脆轉變溫度低于?80℃。

技術領域

本發明涉及鐵路車軸用鋼技術領域，尤其涉及一種細晶粒超高強韌性的高速車軸鋼及其熱處理方法。

背景技術

車軸是軌道交通列車服役條件最苛刻的部件之一，承受列車幾乎全部自重和負荷。目前我國高速列車的最高運行速度已經突破時速350公里，并正在向時速400公里以上的目標發展。進一步提速到時速400公里以上將對車軸材料提出更高的性能要求，要保證具有足夠的安全性、可靠性和長使用壽命。疲勞斷裂是導致車軸失效的主要形式，因此，車軸材料需具有高強度、高韌性，以及兩者的優異匹配，可以有效阻礙疲勞裂紋的萌生及擴展，來保證車軸較高的疲勞強度和足夠長的使用壽命。由于各國國情和技術思路不同，世界各鐵路發達國家高速鐵路的車軸材料主要分為兩大類：優質中碳鋼和高強度合金鋼。如日本新干線高速鐵路車軸普遍采用碳素鋼材質(S38C)，采用的是表面中頻淬火熱處理工藝，工藝復雜，對設備和人員的工藝控制水平要求高；歐洲高速鐵路車軸材料則大多采用低合金結構鋼(如EA4T)，通過傳統的調質熱處理方式即可獲得相應組織和性能，但由于這種鋼合金含量較低，大截面車軸存在淬透性不足的問題，車軸截面組織和性能不均勻，影響其整體性能；歐洲高鐵車軸材料少部分選用30NiCrMoV12中合金結構鋼，鋼中含Cr0.60～1.00wt.％、Ni 2.70～3.30wt.％、Mo 0.40～0.60wt.％、V 0.08～0.13wt.％，此類鋼種淬透性好、可油淬、硬度高、耐腐蝕性能好。根據我國目前鋼坯冶煉水平以及車軸生產企業實際熱處理工藝裝備情況，國產化高速動車組車軸的研制開發優先選用了合金化調質熱處理的技術路線。

發明內容

鑒于以上分析，本發明旨在提供一種細晶粒超高韌性的含鈮釩高速列車車軸用鋼。在化學成分上，采用中低C、以Cr、Ni為主的合金化設計，采用Nb、V、Mo協同的多元復合微合金化思路，重點在于C、Nb、V、Mo、Ni元素的合理匹配，充分發揮其在車軸鋼中的作用，獲得晶粒細小且以馬氏體為主的顯微組織，使車軸鋼具有超高強度和韌性、高淬透性等綜合力學性能，從而具備良好的抗沖擊和抗疲勞等服役性能。

本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的：

一種細晶粒超高強韌性高速車軸鋼，所述鋼的化學成分以重量百分比計為，C：0.24～0.32％、Si：0.20～0.40％、Cr：0.60～1.00％、Mn：0.40～0.70％、V：0.08～0.13％、Nb：0.02～0.10％、Ni：2.70～3.30％、Mo：0.40～0.60％、Alt：0.010～0.040％、P：<0.010％、S：<0.010％、O：<0.0015％、N：<0.008％，其余為Fe和不可避免的雜質。

進一步地，獲得的車軸鋼的組織中奧氏體晶粒的平均晶粒尺寸為10-13μm。

進一步地，所述車軸鋼的屈服強度R_p0.2≥900MPa，抗拉強度Rm≥950MPa，延伸率A≥15％，5mm缺口室溫縱向沖擊吸收功KU₂≥100J，韌脆轉變溫度低于-80℃。