一种含铌钛动车组车轴用钢热处理工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种含铌钛动车组车轴用钢热处理工艺，包括如下步骤：(1)第一次淬火：将含铌钛高速动车组车轴用钢加热至温度870～900℃，在该温度段加热保温时间按1.5～2.0min/mm计算，随后进行水冷至室温；(2)第二次淬火：将含铌钛高速动车组车轴用钢加热至温度850～880℃，在该温度段加热保温时间按1.5～2.0min/mm计算，随后冷却；(3)回火：将含铌钛高速动车组车轴用钢加热至温度620～680℃，在该温度段加热保温时间按2～2.5min/mm计算，随后空冷至室温；处理后的钢材呈现出良好的强度韧性配合及优异的抗疲劳性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及合金钢领域，具体涉及适用于抗拉强度800～950MPa、屈服强度≥650MPa、-40℃KV2≥150J，同时要求具有优异的抗疲劳性能的高速动车组车轴用钢热处理工艺。
技术介绍
车轴是各种车辆中涉及安全的最重要的运动和承载部件之一。由于车轴承受着动载荷，受力状态比较复杂，如弯曲载荷、扭转载荷、弯扭复合载荷，并受到一定冲击，特别是高速动车组车轴，其受力状态更为复杂。因此，高速动车组车轴在服役过程中可能会因为疲劳、弯曲、扭转或拉伸应力等而发生断裂，其中疲劳断裂是高速车轴的普遍断裂形式。为确保车辆的安全运行，高速动车组车轴必须具有足够的可靠性和疲劳安全系数。高速动车组车轴材料是决定车轴使用寿命和可靠性的关键因素之一，因此，国内外十分重视对高速动车组车轴用钢的研发和疲劳性能的研究。随着我国高速铁路的快速发展，对动车组车轴的需要急剧增加，但目前仍主要依赖于进口，因此，迫切需要开发适用于我国铁路发展特点的高强高韧及长疲劳寿命的新材质车轴钢。近年来，国内外开展了抗疲劳破坏车轴钢的研究开发。如中国专利申请201110417295.9中的抗疲劳破坏车轴钢，仍然采用传统中碳车轴钢的高C含量思路，C含量(0.42～0.45％)较高，这使得钢的韧性较差，无法满足动车组车轴对韧性的要求，且抗疲劳性能改善的幅度有限高。中国专利申请201210384581.4中的一种新型空心车轴用合金钢，尽管碳含量较低，具有较好的强韧性配合，但疲劳强度仍较低。从欧洲引进的动车组车轴主要采用调质处理的合金钢EA4T，虽然给出了化学成分及力学性能要求，但没有给出关键热处理工艺参数，更重要的是钢中的影响淬透性的合金元素含量偏低，导致大规格的动车组车轴内部的组织(存在不允许存在的铁素体)和性能(近心部强度、韧性和疲劳性能偏低)往往难以达到标准的要求。这些均在实际应用中受到了限制，更为关键的是车轴钢抗疲劳性能改善的幅度均有限，影响其推广应用。
技术实现思路
针对以上现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种抗拉强度800～950MPa、屈服强度≥650MPa、-40℃KV2≥150J，同时要求具有优异的抗疲劳性能的高速动车组车轴用钢热处理工艺。具体技术方案如下：一种含铌钛动车组车轴用钢热处理工艺，包括如下步骤：(1)第一次淬火：将含铌钛高速动车组车轴用钢加热至温度870～900℃，在该温度段加热保温时间按1.5～2.0min/mm计算，随后进行水冷至室温；(2)第二次淬火：将含铌钛高速动车组车轴用钢加热至温度850～880℃，在该温度段加热保温时间按1.5～2.0min/mm计算，随后冷却；(3)回火：将含铌钛高速动车组车轴用钢加热至温度620～680℃，在该温度段加热保温时间按2～2.5min/mm计算，随后空冷至室温。进一步地，步骤(1)-(3)中加热速度均为50～100℃/h。进一步地，步骤(2)中，在淬火槽中，通过喷嘴对车轴进行水下喷水快速水冷至室温。进一步地，步骤(2)中，冷却速度控制在1.5～2.5℃/s。进一步地，步骤(1)中以80℃/h加热至温度890℃，加热保温时间270min，水冷。进一步地，步骤(2)中以80℃/h加热至温度870℃，加热保温时间270min，快速水冷。进一步地，步骤(3)中以80℃/h加热至温度650℃，加热保温时间420min，空冷。进一步地，其应用于含铌钛高速动车组车轴用钢生产工艺，具体包括如下步骤：电弧炉或转炉冶炼→LF炉精炼→RH或VD真空脱气→连铸→铸坯加热炉加热→车轴坯轧制→车轴坯锻造→毛坯车轴粗车→车轴齐端面加工→“第一次淬火+第二次淬火+高温回火”热处理→车轴外圆精车加工→车轴内孔镗削加工→外圆磨削→探伤。进一步地，步骤(1)-(3)中高速动车组车轴最大直径为Φ200mm、长度达2200mm。采用本专利技术的化学成分、工艺流程和热处理工艺工艺参数生产的含铌钛高速动车组车轴用钢，测定钢材的纵向力学性能可达到：Rm：800MPa～950MPa，ReL或Rp0.2≥650MPa，A≥18％，Z≥40％，-40℃纵向冲击吸收功KV2≥150J；断裂韧性KQ值≥120MPa·m1/2；光滑试样的旋转弯曲疲劳极限RfL≥400MPa，缺口试样的旋转弯曲疲劳极限RfE≥330MPa，缺口敏感性RfL/RfE≤1.15；过盈量为0.04mm试样的微动疲劳极限≥225MPa；盐雾腐蚀14循环周次试样的腐蚀疲劳极限为≥285MPa；钢材的奥氏体晶粒度大于等于8.0级；高速动车组车轴“调质(淬火+高温回火)”热处理后钢的组织为回火索氏体+少量下贝氏体，其中，车轴近表面回火索氏体含量为100％，车轴1/2半径处回火索氏体含量约在85～95％。具体实施方式下面对本专利技术进行详细描述，其为本专利技术多种实施方式中的一种优选实施例。在一个优选实施例中，一种含铌钛动车组车轴用钢热处理工艺，包括如下步骤：(1)第一次淬火：将含铌钛高速动车组车轴用钢加热至温度870～900℃，在该温度段加热保温时间按1.5～2.0min/mm计算，随后进行水冷至室温；(2)第二次淬火：将含铌钛高速动车组车轴用钢加热至温度850～880℃，在该温度段加热保温时间按1.5～2.0min/mm计算，随后冷却；(3)回火：将含铌钛高速动车组车轴用钢加热至温度620～680℃，在该温度段加热保温时间按2～2.5min/mm计算，随后空冷至室温。在另一个优选实施例中，可以采用如下方案：(1)适当降低传统碳素车轴钢中的C元素含量，改善钢的韧性和塑性；(2)向钢中添加Ni、Cu元素改善钢的淬透性和耐蚀性，并加入微量的Zr、Nb、Ti元素以细化晶粒，从而提高钢的韧性特别是低温韧性，并改善钢的强度和韧性配合，提高钢的抗疲劳性能；(3)加入适量的Ca元素，对钢中的夹杂物进行变性处理，同时严格控制钢中杂质元素T[O]、P、S等的含量，以进一步提高钢的抗疲劳性能。本专利技术的关键之处在于将成分优化调整与冶金质量控制有机地结合起来，在获得高强度的同时，获得优异的抗疲劳破坏性能和较低的成本。本专利技术钢的具体化学成分(重量％)如下：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：0.020～0.050，Ti：0.015～0.030，Ca：0.001～0.005，P≤0.010，S≤0.008，T[O]≤0.001本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含铌钛动车组车轴用钢热处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：(1)第一次淬火：将含铌钛高速动车组车轴用钢加热至温度870～900℃，在该温度段加热保温时间按1.5～2.0min/mm计算，随后进行水冷至室温；(2)第二次淬火：将含铌钛高速动车组车轴用钢加热至温度850～880℃，在该温度段加热保温时间按1.5～2.0min/mm计算，随后冷却；(3)回火：将含铌钛高速动车组车轴用钢加热至温度620～680℃，在该温度段加热保温时间按2～2.5min/mm计算，随后空冷至室温。

【技术特征摘要】
1.一种含铌钛动车组车轴用钢热处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)第一次淬火：将含铌钛高速动车组车轴用钢加热至温度870～900℃，在该温度段加热保
温时间按1.5～2.0min/mm计算，随后进行水冷至室温；
(2)第二次淬火：将含铌钛高速动车组车轴用钢加热至温度850～880℃，在该温度段加热保
温时间按1.5～2.0min/mm计算，随后冷却；
(3)回火：将含铌钛高速动车组车轴用钢加热至温度620～680℃，在该温度段加热保温时间
按2～2.5min/mm计算，随后空冷至室温。
2.如权利要求1所述的含铌钛动车组车轴用钢热处理工艺，其特征在于，步骤(1)-(3)
中加热速度均为50～100℃/h。
3.如权利要求1或2所述的含铌钛动车组车轴用钢热处理工艺，其特征在于，步骤(2)
中，在淬火槽中，通过喷嘴对车轴进行水下喷水快速水冷至室温。
4.如权利要求1-3所述的含铌钛动车组车轴用钢热处理工艺，其特征在于，步骤(2)中，
冷却速度控制在1.5～2.5℃/s。
5.如权利要求1-4所述的含铌钛动车组...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙维，高海潮，苏世怀，杜松林，汪开忠，龚志翔，谢世红，
申请(专利权)人：马鞍山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34