[发明专利]车轴钢的热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及冶金技术，尤其涉及一种车轴钢的热处理工艺。

背景技术

车轴是铁路货车的关键走行部件，其性能是保证车辆安全运行的必要条件，关乎国家铁路运输安全。目前各国的铁路货车车轴基本上都是采用上世纪90年代研制出LZ 50钢车轴，而铁路货车的轴重已从原来的21t、25t升级到现在的35.7t，现有L Z50钢车轴的韧性（材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力）已经无法满足不断提速、重载铁路货车的需要。

LZ 50钢的化学成分见表1，余量为铁。由表1可见：LZ 50钢中的含碳量为0.47~0.57，属于高碳钢，该钢的强化机理单一，仅利用较高的碳含量来提高强度（金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力），微量的Cr、Ni等合金仅保证了要求不高的塑性（金属材料在载荷下产生永久变形而不破坏的能力）。

表1 LZ 50钢化学成分

LZ 50钢车轴的力学性能指标如表2所示，强度（屈服强度和抗拉强度）不理想，易产生疲劳裂纹；同时韧性（冲击AKU₂，金属材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力）也极差，而车轴的韧性是车轴考核的关键指标，车轴韧性不佳，易增加车轴突然断裂的倾向，严重影响了车轴的使用寿命，给铁路运输安全带来了隐患。

表2 LZ 50钢车轴的力学性能指标

屈服点抗拉强度收缩率伸长率冲击AKU₂（J）

(MPa)(MPa)(%)(%)车轴坯纵向车轴坯横向≥345≥610≥35≥21≥22≥18

此外，由于LZ 50钢中合金元素较少，在热处理过程中车轴晶粒的异常长大难以保证，致使LZ 50钢车轴在生产中经常出现混晶的现象，晶粒度为3-6级，晶粒粗大导致该钢拉伸和冲击性能不佳，且耐腐蚀性能也随之减弱，严重影响了车轴的力学性能。

从提高铁路运输安全，减少疲劳裂纹的产生，降低车轴突然断裂的倾向出发，提高车轴的强度和韧性指标至关重要，合理的热处理工艺是保证车轴性能的技术关键。不同化学成分的钢材需要配备对应的热处理工艺，设计和研发一种高强度和高韧性的车轴钢及相对应的热处理工艺是亟待解决的课题。