本發(fā)明專利技術(shù)涉及含鈮動車組車軸用鋼及其熱處理工藝，按照重量百分比含有C：0.24～0.30，Si：0.20～0.40，Mn：0.70～1.00，Cr：0.90～1.20，Ni：0.70～1.30，Mo：0.20～0.30，Cu：0.10～0.60，Zr：0.01～0.04，Nb：0.015～0.050，Ca：0.001～0.005，P≤0.010，S≤0.008，[N]：0.0040～0.0060，T[O]≤0.0015，Als：0.015～0.045，其余為Fe和其它不可避免的雜質(zhì)；所述鋼的組織為回火索氏體+少量下貝氏體，其中，車軸近表面回火索氏體含量為100％，車軸1/2半徑處回火索氏體含量在75～85％。經(jīng)過特殊熱處理后其塑性和韌性明顯優(yōu)于商業(yè)鋼，其疲勞極限要顯著高于商業(yè)鋼，呈現(xiàn)出良好的強(qiáng)度韌性配合及優(yōu)異的抗疲勞性能。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及合金鋼領(lǐng)域，具體涉及抗拉強(qiáng)度750～900MPa、屈服強(qiáng)度≥600MPa、-40℃KV2≥150J，同時要求具有優(yōu)異的抗疲勞性能的高速動車組車軸用鋼及其熱處理工藝。
技術(shù)介紹
車軸是各種車輛中涉及安全的最重要的運(yùn)動和承載部件之一。由于車軸承受著動載荷，受力狀態(tài)比較復(fù)雜，如彎曲載荷、扭轉(zhuǎn)載荷、彎扭復(fù)合載荷，并受到一定沖擊，特別是高速動車組車軸，其受力狀態(tài)更為復(fù)雜。因此，高速動車組車軸在服役過程中可能會因?yàn)槠凇澢⑴まD(zhuǎn)或拉伸應(yīng)力等而發(fā)生斷裂，其中疲勞斷裂是高速車軸的普遍斷裂形式。為確保車輛的安全運(yùn)行，高速動車組車軸必須具有足夠的可靠性和疲勞安全系數(shù)。高速動車組車軸材料是決定車軸使用壽命和可靠性的關(guān)鍵因素之一，因此，國內(nèi)外十分重視對高速動車組車軸用鋼的研發(fā)和疲勞性能的研究。隨著我國高速鐵路的快速發(fā)展，對動車組車軸的需要急劇增加，但目前仍主要依賴于進(jìn)口，因此，迫切需要開發(fā)適用于我國鐵路發(fā)展特點(diǎn)的高強(qiáng)高韌及長疲勞壽命的新材質(zhì)車軸鋼。近年來，國內(nèi)外開展了抗疲勞破壞車軸鋼的研究開發(fā)。如中國專利申請201110417295.9中的抗疲勞破壞車軸鋼，仍然采用傳統(tǒng)中碳車軸鋼的高C含量思路，C含量(0.42～0.45％)較高，這使得鋼的韌性較差，無法滿足動車組車軸對韌性的要求，且抗疲勞性能改善的幅度有限高。中國專利申請201210384581.4中的一種新型空心車軸用合金鋼，盡管碳含量較低，具有較好的強(qiáng)韌性配合，但疲勞強(qiáng)度仍較低。從歐洲引進(jìn)的動車組車軸主要采用調(diào)質(zhì)處理的合金鋼EA4T，雖然給出了化學(xué)成分及力學(xué)性能要求，但沒有給出關(guān)鍵熱處理工藝參數(shù)，更重要的是鋼中的影響淬透性的合金元素含量偏低，導(dǎo)致大規(guī)格的動車組車軸內(nèi)部的組織(存在不允許存在的鐵素體)和性能(近心部強(qiáng)度、韌性和疲勞性能偏低)往往難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求。這些均在實(shí)際應(yīng)用中受到了限制，更為關(guān)鍵的是車軸鋼抗疲勞性能改善的幅度均有限，影響其推廣應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對以上現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問題，本專利技術(shù)的目的在于提供一種含鈮動車組車軸用鋼及其
熱處理工藝，實(shí)現(xiàn)鋼材抗拉強(qiáng)度750～900MPa、屈服強(qiáng)度≥600MPa、-40℃KV2≥150J，同時要求具有優(yōu)異的抗疲勞性能。具體技術(shù)方案如下：含鈮動車組車軸用鋼，按照重量百分比含有C：0.24～0.30，Si：0.20～0.40，Mn：0.70～1.00，Cr：0.90～1.20，Ni：0.70～1.30，Mo：0.20～0.30，Cu：0.10～0.60，Zr：0.01～0.04，Nb：0.015～0.050，Ca：0.001～0.005，P≤0.010，S≤0.008，[N]：0.0040～0.0060，T[O]≤0.0015，Als：0.015～0.045，余為Fe和其它不可避免的雜質(zhì)；鋼的組織為回火索氏體+少量下貝氏體，其中，車軸近表面回火索氏體含量為100％，車軸1/2半徑處回火索氏體含量在75～85％。進(jìn)一步地，按照重量百分比含有C：0.28，Si：0.37，Mn：0.81，Cr：1.15，Ni：0.81，Mo：0.27，Cu：0.38，Zr：0.01，Nb：0.046，Ca：0.001，P:0.006，S:0.001，[N]：0.0048，T[O]：0.0010，Als：0.031，其余為Fe和其它不可避免的雜質(zhì)。進(jìn)一步地，鋼材的縱向力學(xué)性能可達(dá)到：Rm：750MPa～900MPa，ReL或Rp0.2≥600MPa，A≥18％，Z≥40％，-40℃縱向沖擊吸收功KV2≥150J；斷裂韌性KQ值≥120MPa·m1/2；光滑試樣的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限RfL≥375MPa，缺口試樣的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限RfE≥310MPa，缺口敏感性RfL/RfE≤1.15；過盈量為0.04mm試樣的微動疲勞極限≥215MPa；鹽霧腐蝕14循環(huán)周次試樣的腐蝕疲勞極限為≥275MPa；鋼材的奧氏體晶粒度大于等于8.0級。上述含鈮動車組車軸用鋼熱處理工藝，包括如下步驟：(1)正火：將含鈮高速動車組車軸用鋼加熱至溫度870～900℃，在該溫度段加熱保溫時間按1.2～1.7min/mm計(jì)算，空冷；(2)淬火：將含鈮高速動車組車軸用鋼加熱至溫度860～890℃，在該溫度段加熱保溫時間按1.5～2.0min/mm計(jì)算，隨后進(jìn)行水淬和油冷；(3)回火：將含鈮高速動車組車軸用鋼加熱至溫度620～680℃，在該溫度段加熱保溫時間按2～2.5min/mm計(jì)算，隨后空冷至室溫。進(jìn)一步地，步驟(1)-(3)中加熱速度均為50～100℃/h。進(jìn)一步地，步驟(1)中以80℃/h加熱至溫度900℃，加熱保溫時間300min，空冷。進(jìn)一步地，步驟(2)中以80℃/h加熱至溫度870℃，加熱保溫時間270min，隨后，先在淬火槽中通過噴嘴對車軸進(jìn)行水下噴水快速水冷，直至車軸表面溫度降至630℃，后將車軸從水中取出，浸入油中冷卻直至室溫。進(jìn)一步地，步驟(3)中以80℃/h加熱至溫度650℃，加熱保溫時間420min，空冷。進(jìn)一步地，步驟(2)中先在淬火槽中通過噴嘴對車軸進(jìn)行水下噴水快速水冷，直至
車軸表面溫度降至600～650℃，后將車軸從水中取出，浸入油中冷卻直至室溫；和/或，水冷的冷卻速度控制在1.5～2.5℃/s。進(jìn)一步地，其應(yīng)用于含鈮高速動車組車軸用鋼生產(chǎn)工藝中，該工藝包括如下步驟：電弧爐或轉(zhuǎn)爐冶煉→LF爐精煉→RH或VD真空脫氣→連鑄→鑄坯加熱爐加熱→車軸坯軋制→車軸坯鍛造→毛坯車軸粗車→車軸齊端面加工→正火+淬火(水淬+油冷)+高溫回火熱處理，或者，正火+調(diào)質(zhì)(淬火+高溫回火)熱處理→車軸外圓精車加工→車軸內(nèi)孔鏜削加工→外圓磨削→探傷。與目前現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本專利技術(shù)的化學(xué)成分、工藝流程和熱處理工藝工藝參數(shù)生產(chǎn)的含鈮高速動車組車軸用鋼，測定鋼材的縱向力學(xué)性能可達(dá)到：Rm：750MPa～900MPa，ReL或Rp0.2≥600MPa，A≥18％，Z≥40％，-40℃縱向沖擊吸收功KV2≥150J；斷裂韌性KQ值≥120MPa·m1/2；光滑試樣的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限RfL≥375MPa，缺口試樣的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限RfE≥310MPa，缺口敏感性RfL/RfE≤1.15；過盈量為0.04mm試樣的微動疲勞極限≥215MPa；鹽霧腐蝕14循環(huán)周次試樣的腐蝕疲勞極限為≥275MPa；鋼材的奧氏體晶粒度大于等于8.0級；高速動車組車軸“正火+調(diào)質(zhì)(淬火+高溫回火)”熱處理后鋼的組織為回火索氏體+少量下貝氏體，其中，車軸近表面回火索氏體含量為100％，車軸1/2半徑處回火索氏體含量在75～85％。具體實(shí)施方式下面對本專利技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)描述，其為本專利技術(shù)多種實(shí)施方式中的一種優(yōu)選實(shí)施例。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，含鈮動車組車軸用鋼按照重量百分比含有C：0.24～0.30，Si：0.20～0.40，Mn：0.70～1.00，Cr：0.90～1.20，Ni：0.70～1.30，Mo：0.20～0.30，Cu：0.10～0.60，Zr：0.01～0.04，Nb：0.015～0.050，Ca：0.001～0.005，P≤0.010，S≤0.008，[N]：0.0040～0.0060，T[O]≤0.0015，Als：0.015～0.0本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
含鈮動車組車軸用鋼，其特征在于，按照重量百分比含有C：0.24～0.30，Si：0.20～0.40，Mn：0.70～1.00，Cr：0.90～1.20，Ni：0.70～1.30，Mo：0.20～0.30，Cu：0.10～0.60，Zr：0.01～0.04，Nb：0.015～0.050，Ca：0.001～0.005，P≤0.010，S≤0.008，[N]：0.0040～0.0060，T[O]≤0.0015，Als：0.015～0.045，其余為Fe和其它不可避免的雜質(zhì)；所述鋼的組織為回火索氏體+少量下貝氏體，其中，車軸近表面回火索氏體含量為100％，車軸1/2半徑處回火索氏體含量在75～85％。
【技術(shù)特征摘要】
1.含鈮動車組車軸用鋼，其特征在于，按照重量百分比含有C：0.24～0.30，Si：0.20～0.40，Mn：0.70～1.00，Cr：0.90～1.20，Ni：0.70～1.30，Mo：0.20～0.30，Cu：0.10～0.60，Zr：0.01～0.04，Nb：0.015～0.050，Ca：0.001～0.005，P≤0.010，S≤0.008，[N]：0.0040～0.0060，T[O]≤0.0015，Als：0.015～0.045，其余為Fe和其它不可避免的雜質(zhì)；所述鋼的組織為回火索氏體+少量下貝氏體，其中，車軸近表面回火索氏體含量為100％，車軸1/2半徑處回火索氏體含量在75～85％。2.如權(quán)利要求1所述的含鈮動車組車軸用鋼，其特征在于，按照重量百分比含有C：0.28，Si：0.37，Mn：0.81，Cr：1.15，Ni：0.81，Mo：0.27，Cu：0.38，Zr：0.01，Nb：0.046，Ca：0.001，P:0.006，S:0.001，[N]：0.0048，T[O]：0.0010，Als：0.031，其余為Fe和其它不可避免的雜質(zhì)。3.如權(quán)利要求1或2所述的含鈮動車組車軸用鋼，其特征在于，鋼材的縱向力學(xué)性能可達(dá)到：Rm：750MPa～900MPa，ReL或Rp0.2≥600MPa，A≥18％，Z≥40％，-40℃縱向沖擊吸收功KV2≥150J；斷裂韌性KQ值≥120MPa·m1/2；光滑試樣的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限RfL≥375MPa，缺口試樣的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限RfE≥310MPa，缺口敏感性RfL/RfE≤1.15；過盈量為0.04mm試樣的微動疲勞極限≥215MPa；鹽霧腐蝕14循環(huán)周次試樣的腐蝕疲勞極限為≥275MPa；鋼材的奧氏體晶粒度大于等于8.0級。4.如權(quán)利要求1-3所述含鈮動車組車軸用鋼熱處理工藝，其特征在于，包括如下步驟：(1)正火：將含鈮高速動車組車軸用鋼加熱至溫度870～900℃，在該溫度段...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫維，蘇世懷，杜松林，高海潮，汪開忠，龔志翔，于文壇，謝世紅，
申請(專利權(quán))人：馬鞍山鋼鐵股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：安徽;34
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