本发明专利技术提供了一种含铌高速列车车轴用钢，其化学成分的质量百分比（wt％）为：C：0.25~0.32，Si：0.15~0.40，Mn：0.60~0.90，P：≤0.015，S：≤0.010，Cr：1.00~1.20，Mo：0.20~0.35，Ni：0.15~0.30，Nb：0.015~0.060，Cu：0.10~0.30，B：0.0008~0.0050，Als：0.010~0.050，其余为铁和残余的微量杂质；采用上述成分制备的车轴热处理后，晶粒度大于等于8.5级，组织为回火索氏体+贝氏体，其中，车轴近表面回火索氏体含量约在70~90%，车轴1/2半径处回火索氏体含量约在40~60%。
【技术实现步骤摘要】
一种含铌高速列车车轴用钢
本专利技术属于车轴钢领域，尤其涉及高速列车车轴用合金结构钢及其热处理工艺技 术领域。
技术介绍
车轴是车辆行走部分的关键零件，承受着车辆的自重和负荷，在车辆运行和停车 时还承受冲击力和制动力，在高速和重载的状态下受力情况就更为复杂，是铁路建设的三 大关键零件(重轨、车轴和车轮）之一，火车轴属于超大型轴对称阶梯状轴类零件，其最大直 径为200mm左右，长度达2200mm左右。 随着我国高速铁路的投入运行，火车速度进一步提高，作为铁路列车关键部件之 一的高速车轴是铁路列车重要的走行部件，其质量直接关系到高速铁路运行安全。高速列 车车轴要保证在所规定的使用条件下，具有足够的安全性、可靠性和长使用寿命，这就对车 轴材料相关技术提出了更高的要求。高速列车车轴承受着源自车体及轨道的各种载荷，其 中主要是旋转弯曲载荷和扭转载荷。据统计资料，在这些失效形式中，裂纹引起的失效占全 部失效车轴的90%以上，裂纹引起的车轴失效形式最终表现为疲劳断裂，疲劳断裂是一个 裂纹产生、扩展导致断裂的过程，其疲劳破坏直接危及运输安全。因此，对车轴钢材而言，主 要是保证其良好的强度(特别是弯扭复合疲劳强度)及韧性。影响钢材疲劳性能的因素主要 有：钢的洁净度、钢的成分和组织、钢的表面状态及尺寸效应、钢的耐腐蚀性等。 世界各铁路发达国家都非常重视高速车轴的研究工作，从材料、设计、生产、热处 理和运用维护等方面不断改善。由于各国的国情和技术观点不同，选用的车轴材料也不相 同。目前，国内外高速车轴用钢大致可分为3类：优质碳素结构钢、中合金结构钢、高合金结 构钢。 (1)优质碳素结构钢。日本采用普通碳素钢（S38C)加表面中频淬火热处理工艺， 相比欧洲采用合金钢加调质处理热处理工艺而言，日本高速车轴原材料成本低,但热处理 工艺复杂，热处理工艺参数控制精度要求高。 (2)中合金结构钢。欧洲高速车轴材料大多采用中合金结构钢（如EA4T)，通过采用 强化处理方法来提高车轴的强韧性指标，热处理工艺简单。但EA4T钢只含CrO. 9(Tl. 20%、 MoO. 15、. 30%，钢的淬透性不是太好，对于大截面车轴来说，存在淬不透的问题，导致车轴 截面显微组织和性能不均匀，影响了高速车轴的整体性能指标。中国专利201210555924. 9 提供了一种车轴钢，其成分为 C :0· 38?44, Si :0· 17?(λ 37，Μη :0· 6(Πλ 80，Ρ :彡 0· 015, S : ^ 0. 010, Cr ：0. 90^1. 20, Mo ：0. 15^0. 30, Ni ：0. 10^0. 25, V ：0. 07^0. 2, Cu ：0. 08^0. 2, Als ： 0. 02~0. 05。采用该专利生产的大截面车轴来也存在淬不透的问题。 (3)高合金结构钢。部分欧洲高速车轴材料选用30NiCrMoV12等高合金结构钢，钢 中含 CrO. 6(Tl. 00%、Ni2. 70?3. 30%、M〇0. 4(T〇. 60%、V0. 08?0. 13%，该类钢种有很多优点诸如 淬透性好、可油淬、变形小、硬度高、屈强比高、耐腐蚀性能好等等，但是造价比较高。
技术实现思路
为克服现有技术存在的问题，本专利技术提供一种含铌高速列车车轴用钢并利用微量 Nb、B及少量Ni、Cu复合合金化原理，结合对热处理工艺优化，在少量增加成本的前提下，显 著提高高速列车车轴用钢的淬透性、耐腐蚀性、抗疲劳性和低温韧性，进而显著提高高速列 车车轴用钢的整体性能、寿命和安全性，使高速列车车轴用钢的生产工艺更加简易、高效， 从而生产出低成本高性能的高速列车车轴用钢。 为解决上述技术问题，本专利技术提供一种含铌高速列车车轴用钢，其化学成分的 质量百分比（wt % )为：C :0· 25?0· 32, Si :0· 15?0· 40, Mn :0· 6(Γ〇· 90, P :彡 0· 015, S : ^ 0. 010, Cr ：1. 00^1. 20, Mo ：0. 20^0. 35, Ni ：0. 15^0. 30, Nb ：0. 015^0. 060, Cu ：0. 10^0. 30, B :0. 0008、. 0050, Als :0. 01(Γ〇. 050,其余为铁和残余的微量杂质；采用上述成分制备的 车轴热处理后，晶粒度大于等于8. 5级，组织为回火索氏体+贝氏体，其中，车轴近表面回火 索氏体含量约在7(Γ90%，车轴1/2半径处回火索氏体含量约在4(Γ60%。 本专利技术钢以多元少量的合金化原则进行了成分设计。 (1)碳：C是主要强化元素，对钢的强度、塑性和韧性有很大影响，C过高会引起钢 的塑性和韧性的降低。为保证钢的塑性和韧性，C含量应适当降低，损失的强度则由其它合 金元素和微合金元素来弥补。综合考虑，高速车轴钢的C含量范围应在0. 259Γ0. 32%为宜。 (2)硅：Si是固溶强化作用最明显的元素，同时也是对韧性损失最大的元素。车轴 钢强度水平要求不是太高，从综合性能考虑，不采用Si作为主要强化元素，因此Si含量控 制在一般较低的水平，以不超过〇. 4%为宜，范围考虑在0. 159ΓΟ. 40%。 (3)锰：Mn主要起固溶强化作用。与Si不同的是Mn在1.0%含量以内，其对韧性 并无损害，但随着Mn含量的进一步增加，钢的韧性逐渐降低。因此高速车轴钢设计Mn含量 以不超过1. 0%为宜，范围可控制在0. 609Γ0. 90%。 (4)铬：Cr能够增加钢的淬透性，促使淬火及回火后工件整个截面上获得较均匀 的组织。范围可控制在0. 909Γ1. 20%。 (5)钥：Mo能够显著的提高钢的淬透性和热强性，防止回火脆性；同时，Mo能使钢 的晶粒细化，提高钢的强韧性，但Mo的成本较高。综合考虑，范围可控制在0. 159ΓΟ. 30%。 (6)镍：Ni具有细化钢的组织、改善钢的低温性能的作用，并具有固溶强化、提高 淬透性作用，但其价格昂贵。综合考虑，范围可控制在0. 15、. 30%。 (7)铜：Cu在固溶强化、提高淬透性方面与Ni相似；同时，在钢中加入铜还可提高 钢的抗疲劳性能，因为细小的Cu沉淀阻滞了疲劳的初期阶段脉状结构的形成，并且铜析 出物具有良好的塑性，可阻碍疲劳裂纹的扩展，从而提高钢的疲劳强度；另外，Cu还有一定 的提高钢耐蚀性作用，钢中加入〇. l%Cu即可显著提高其耐蚀性。但Cu含量过高，钢在加热 轧制或锻造过程中容易引起热脆。综合考虑，范围可控制在〇. 15、. 30%。 (8)铌：Nb对车轴钢的强韧化效果主要表现为晶粒细化、析出强化和相变强化。Nb 在钢中以置换溶质原子存在，Nb原子比铁原子尺寸大，易在位错线上偏聚，对位错攀移产生 强烈的拖曳作用，使再结晶形核受到抑制，对再结晶具有强烈的阻止作用，提高了奥氏体的 再结晶温度，从而达到细化奥氏体晶粒的目的，晶粒细化不仅能提高钢材的强韧性，而且改 善钢材的低温性能。但其价格昂贵。综合考虑，Nb的范围可控制在0.0159Π ). 060%。 (9)硼：当钢中含有微量的（0. 0008~0. 00本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含铌高速列车车轴用钢，其特征在于，其化学成分的质量百分比（wt％）为：C：0.25~0.32，Si：0.15~0.40，Mn：0.60~0.90，P：≤0.015，S：≤0.010，Cr：1.00~1.20，Mo：0.20~0.35，Ni：0.15~0.30，Nb：0.015~0.060，Cu：0.10~0.30，B：0.0008~0.0050，Als：0.010~0.050，其余为铁和残余的微量杂质；采用上述成分制备的车轴热处理后，晶粒度大于等于8.5级，组织为回火索氏体+贝氏体，其中，车轴近表面回火索氏体含量约在70~90%，车轴1/2半径处回火索氏体含量约在40~60%。
【技术特征摘要】
1. 一种含铌高速列车车轴用钢，其特征在于，其化学成分的质量百分比（Wt%)为： C :0· 25?0· 32, Si :0· 15?0· 40, Μη :0· 6(Γ〇· 90, P :彡 0· 015, S :彡 0· 010, Cr :1· 0(Γ?· 20， Mo :0· 2(Γ〇· 35, Ni :0· 15?0· 30, Nb :0· 015?0· 060, Cu :0· 1(Γ〇· 30, Β :0· 0008?0· 0050, Als : 0. 01(Γ〇. 050,其余为铁和残余的微量杂质；采用上述成分...
【专利技术属性】
技术研发人员：高海潮，孙维，杜松林，汪开忠，于文坛，许兴，
申请(专利权)人：马钢集团控股有限公司，马鞍山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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