[发明专利]一种高强韧抗疲劳含钒铌高铁车轴钢及其热处理方法

说明书

本发明提供了一种高强韧抗疲劳含钒铌高铁车轴钢及其热处理方法，成分：C0.14％～0.24％、Si0.19％～0.35％、Mn0.93％～1.30％、Cr1.23％～2.1％、Mo0.25％～0.45％、Ni1.30％～1.60％、Cu0.20％～0.50％、V0.030％～0.050％、Nb0.010％～0.040％、Al0.015％～0.040％、P≤0.015％、S≤0.015％、N≤0.008％、T.O≤0.004％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。车轴热处理采用预处理+性能热处理，所生产的高铁车轴具有优异的耐蚀性能、强韧性和疲劳性能，满足时速400公里的需求。

技术领域

本发明属于合金钢领域，尤其涉及适用于抗拉强度850～1100MPa、屈服强度≥800MPa、-40℃ KU₂≥200J，一种高强韧抗疲劳含钒铌时速400公里高铁车轴钢及其热处理方法。

背景技术

车轴属于超大型阶梯状轴对称类零件，其最大直径将超过200mm，长度可达2200mm，它与车轮通过过盈联接组成轮对，承受机车车辆的全部重量，是铁道车辆三大关键零部件之一。车轴在运动中的受载状态比较复杂，不仅承受簧上垂向力、制动力和车轮的反作用力，而且承受来自线路的冲击载荷和通过曲线时横向作用于轮缘的导向力；此外，由于同一轮对的两个车轮的滚动圆半径不同，或曲线上轨道长度不同，均会引起附加的扭转力矩。因此，在车轴的各配合部位，有着大小不一的轴向力、径向力、剪切力、弯矩和扭矩等载荷的单独作用或共同作用。

高铁车轴是保障高铁安全运行的重要部件。目前世界上高铁车轴常用材料有EA1N、EA4T、 34CrNiMo6、30NiCrMoV12、S38C、DZ1和DZ2等，这些材料能够满足时速小于等于350公里列车的要求，对于更高速度的列车已不能适用。随着轨道交通事业的发展，沿海高铁建设的迅猛导致对高速列车车轴用钢提出了更高要求，急需开发具有优良耐蚀性能、强韧性及疲劳性能的车轴材料。

2018年9月28日公开的中国专利CN108588372A公开了车轴、车轴钢及其热处理方法，其特征在于按重量百分比计，C 0.40％～0.48％，Si 0.17％～0.37％，Mn 0.55％～0.85％，Cr 0.40％～ 0.65％，Mo 0.07％～0.15％，V 0.06％～0.15％，Al 0.015％～0.040％，余为Fe。对该材料在850℃～ 930℃进行两次正火，在830℃～900℃进行淬火，回火温度为560℃～660℃。此发明方法生产的钢的抗拉强度在800MPa～900MPa，不能满足时速400公里高铁车轴的要求。

2014年12月24日公开的中国专利CN104233110A公开了一种含铌钛高速列车车轴钢，其特征在于按重量百分比计，化学成分配比为C：0.25～0.32％，Si：0.15～0.40％，Mn：0.60～0.90％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cr：0.95～1.15％，Ni：0.20～0.27％，Mo：0.20～0.29％，Nb：0.010～0.030％， V：0.02～0.05％，Cu≤0.15％，Al：0.015～0.045％，其余为Fe和残存微量杂质；采用上述成分及工艺制造的车轴抗拉强度在728MPa～749MPa，缺口试样的疲劳极限在301MPa～314MPa，。可用于高速车轴制造。不足之处是缺口试样抗疲劳性能不能满足时速400公里车轴的要求。