[发明专利]一种微合金化超淬透性车轴钢

说明书

一种微合金化超淬透性车轴钢，属于车轴钢冶炼技术领域。首先控制低合金车轴钢中各元素的质量百分数为：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]分别为V、N、Ni元素质量百分数，含量范围V：0.01‑0.15％，Ni：0.15‑1.5％，N：0.003‑0.012％，其余为Fe元素与其它杂质元素。其次，在浇注之前，控制钢水过热至150℃‑220℃，在此过热条件下，微搅拌钢水时间≥15min。优点在于，实现车轴钢的淬透性提高至原有钢的2倍以上。

技术领域

本发明属于车轴钢冶炼技术领域，特别是提供了一种超淬透性车轴钢。

背景技术

车轴作为高铁转向架的核心走行部件，将驱动力及制动力传递至车轮，同时在高速旋转过程中承受车体载荷，对高速铁路安全运行起决定性作用。因此，对车轴材料提出了极高的要求。一方面，对冶金质量要求苛刻，高洁净度、高均匀性、高致密度等；另一方面，对材料成分、车轴热处理工艺及两者综合形成的力学性能，尤其是疲劳性能，要求极其严格。在钢水洁净度达标的前提下，车轴钢淬透性偏低，组织控制不合理，是车轴疲劳强度不达标的直接原因。

目前国际上大规模使用的车轴用钢为EA4T，普遍作为200km/h以上高速列车车轴使用。EA4T钢是一种低碳CrMo低合金钢，在调质态使用，兼具强度与韧性。该钢种必须对大截面条件下的热处理制度，进行精细化控制，以得到完全淬透的组织。

1942年Grossmann发表经典性的研究，认为钢的淬透性只由其化学成份和奥氏体晶粒度决定。随后几十年的研究，联系这两个因素建立了可以精确估算淬透性的许多公式。在正常熔炼条件下，计算与实际能颇好地吻合。后来在熔炼过程中，人们发现钢水过热与过量脱氧剂的加入相结合，可以使钢的淬透性强烈地增加，使一个低合金钢获得中合金水平的淬透性。这种现象称做超淬透性效应。

实验表明，超淬透性处理非常强烈地降低铁素体的成长速度，即铁素体-奥氏体界面的迁移被强烈抑制。铁素体成长速度的降低推迟了珠光体的成长。这是因为铁素体的成长由C向奥氏体的扩散控制，而珠光体层状成长的过程提供了界面扩散的机会，所以珠光体的成长由铁素体的成长控制而非C的扩散。此外，珠光体形核于铁素体-奥氏体界面，只有当铁素体形成，并成长进入奥氏体，珠光体才开始形核。在正常钢中，铁素体迅速的成长保证珠光体形核机会多，而在超淬透性钢中，铁素体成长受到抑制，限制了转变初期珠光体形核。这就是珠光体转变孕育期延长的原因。

高过热度可以破坏液态合金的短程有序，某些合金元素的微观偏析在极高温时消失，导致碳化物形成元素分布更均匀，这些元素和碳原子间的键合比Fe-C牢固，致使奥氏体中C的扩散要求更高能量。短程有序的破坏还允许合金元素偏析到奥氏体晶界上，稳定奥氏体的元素在晶界上浓度增高。此外，某些合金元素与钢水中的氧和氮相互作用，可以吸收氮和氧原子而防止它们向晶界上偏聚。这样将减慢铁素体成长速度。

然而，为提高车轴用钢的疲劳强度，获得EA4T成分体系车轴钢的超淬透性控制工艺，目前尚无报道。本发明中提供了获得EA4T超淬透性应当采用的关键合金元素控制范围、过热度的控制以及破坏钢水短程有序的动力学控制手段。最终实现了EA4T钢的淬透性显著提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微合金化超淬透性车轴钢，实现了EA4T钢的淬透性显著提高。

本发明的钢中各元素的质量百分数为：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]分别为V、N、Ni元素质量百分数，含量范围V：0.01-0.15％，Ni：0.15-1.5％，N：0.003-0.012％，其余为Fe元素与其它杂质元素。