[發明專利]一種微合金化超淬透性車軸鋼

有效

• 申請號: 201811110062.2
• 申請日: 2018-09-21
• 公開（公告）號: CN109023102B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 呂迺冰;馬躍;孫齊松;王勇;佟倩;羅志俊;劉珂;周潔;楊接明;王翔;李偉林
• 申請（專利權）人: 首鋼集團有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/44;C22C38/46
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

一種微合金化超淬透性車軸鋼，屬于車軸鋼冶煉技術領域。首先控制低合金車軸鋼中各元素的質量百分數為：C：0.22?0.29％，Si：0.15?0.40％，Mn：0.50?0.80％，Cr：0.90?1.20％，Mo：0.15?0.30％，其中[V]、[N]、[Ni]分別為V、N、Ni元素質量百分數，含量范圍V：0.01?0.15％，Ni：0.15?1.5％，N：0.003?0.012％，其余為Fe元素與其它雜質元素。其次，在澆注之前，控制鋼水過熱至150℃?220℃，在此過熱條件下，微攪拌鋼水時間≥15min。優點在于，實現車軸鋼的淬透性提高至原有鋼的2倍以上。

技術領域

本發明屬于車軸鋼冶煉技術領域，特別是提供了一種超淬透性車軸鋼。

背景技術

車軸作為高鐵轉向架的核心走行部件，將驅動力及制動力傳遞至車輪，同時在高速旋轉過程中承受車體載荷，對高速鐵路安全運行起決定性作用。因此，對車軸材料提出了極高的要求。一方面，對冶金質量要求苛刻，高潔凈度、高均勻性、高致密度等；另一方面，對材料成分、車軸熱處理工藝及兩者綜合形成的力學性能，尤其是疲勞性能，要求極其嚴格。在鋼水潔凈度達標的前提下，車軸鋼淬透性偏低，組織控制不合理，是車軸疲勞強度不達標的直接原因。

目前國際上大規模使用的車軸用鋼為EA4T，普遍作為200km/h以上高速列車車軸使用。EA4T鋼是一種低碳CrMo低合金鋼，在調質態使用，兼具強度與韌性。該鋼種必須對大截面條件下的熱處理制度，進行精細化控制，以得到完全淬透的組織。

1942年Grossmann發表經典性的研究，認為鋼的淬透性只由其化學成份和奧氏體晶粒度決定。隨后幾十年的研究，聯系這兩個因素建立了可以精確估算淬透性的許多公式。在正常熔煉條件下，計算與實際能頗好地吻合。后來在熔煉過程中，人們發現鋼水過熱與過量脫氧劑的加入相結合，可以使鋼的淬透性強烈地增加，使一個低合金鋼獲得中合金水平的淬透性。這種現象稱做超淬透性效應。

實驗表明，超淬透性處理非常強烈地降低鐵素體的成長速度，即鐵素體-奧氏體界面的遷移被強烈抑制。鐵素體成長速度的降低推遲了珠光體的成長。這是因為鐵素體的成長由C向奧氏體的擴散控制，而珠光體層狀成長的過程提供了界面擴散的機會，所以珠光體的成長由鐵素體的成長控制而非C的擴散。此外，珠光體形核于鐵素體-奧氏體界面，只有當鐵素體形成，并成長進入奧氏體，珠光體才開始形核。在正常鋼中，鐵素體迅速的成長保證珠光體形核機會多，而在超淬透性鋼中，鐵素體成長受到抑制，限制了轉變初期珠光體形核。這就是珠光體轉變孕育期延長的原因。

高過熱度可以破壞液態合金的短程有序，某些合金元素的微觀偏析在極高溫時消失，導致碳化物形成元素分布更均勻，這些元素和碳原子間的鍵合比Fe-C牢固，致使奧氏體中C的擴散要求更高能量。短程有序的破壞還允許合金元素偏析到奧氏體晶界上，穩定奧氏體的元素在晶界上濃度增高。此外，某些合金元素與鋼水中的氧和氮相互作用，可以吸收氮和氧原子而防止它們向晶界上偏聚。這樣將減慢鐵素體成長速度。

然而，為提高車軸用鋼的疲勞強度，獲得EA4T成分體系車軸鋼的超淬透性控制工藝，目前尚無報道。本發明中提供了獲得EA4T超淬透性應當采用的關鍵合金元素控制范圍、過熱度的控制以及破壞鋼水短程有序的動力學控制手段。最終實現了EA4T鋼的淬透性顯著提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種微合金化超淬透性車軸鋼，實現了EA4T鋼的淬透性顯著提高。

本發明的鋼中各元素的質量百分數為：C：0.22-0.29％，Si：0.15-0.40％，Mn：0.50-0.80％，Cr：0.90-1.20％，Mo：0.15-0.30％，其中[V]、[N]、[Ni]分別為V、N、Ni元素質量百分數，含量范圍V：0.01-0.15％，Ni：0.15-1.5％，N：0.003-0.012％，其余為Fe元素與其它雜質元素。