一种用于高寒地区高速动车组的车轴钢及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于高寒地区高速动车组的车轴钢，按重量百分比计，其包含C 0.22‑0.28％，Si 0.15‑0.40％，Mn 0.4‑0.65％，S≤0.005％，P≤0.010％，Cr 1.4‑2.2％，Cu≤0.20％，Mo 0.10‑0.15％，Nb 0.005‑0.014％，RE 0.005‑0.03％，Ni 1.5‑2.0％，Al 0.010‑0.045％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明专利技术所述制备用于高寒地区高速动车组的车轴钢的方法，通过合理成分的添加和综合细化技术，改善了所述车轴钢的低温韧性、疲劳性能和淬透性。

Axle steel for high speed EMU in high cold area and its preparation method

The present invention provides a axle steel for high speed EMU in high and cold regions. According to the weight percentage, it contains C 0.22, 0.28%, Si, 0.15, 0.4, 0.65%, S, P, P, 0.010%, Cr, 1.4 2.2%, Cu < 0.20%, Mo 0.10 0.15%, Nb 0.15% 0.10, RE Ni, Ni 5, 2%, Al, 0.010, 0.045%, the allowance is Fe and unavoidable impurities. The method is used to prepare the axle steel for high speed EMU in high and cold region, and the low temperature toughness, fatigue property and hardenability of the axle steel are improved through the adding of reasonable components and comprehensive refining technology.

【技术实现步骤摘要】
一种用于高寒地区高速动车组的车轴钢及其制备方法
本专利技术属于合金钢冶炼领域，具体涉及一种用于高寒地区高速动车组的车轴钢及其制备方法。
技术介绍
车轴作为高速动车组的重要走行部件，承受动载荷的关键零件，受力状态复杂，并可能受到一定冲击，其安全可靠性受到高度关注和重视，其中，车轴低温环境下的服役可靠性问题更是不容忽视。我国广泛应用的动车组车轴材质主要是来自欧洲的产品EA4T车轴钢和30NiCrMoV12车轴钢，其对应的标准为EN13261和UNI6787均没有对低温性能作出要求。2012年12月1日，在我国在高寒地区开通了首条高速铁路哈-大客运专线，该线路最低温度可达-40℃。在不久的将来我国自主研发的高速动车组列车也将出口到高寒地区国家使用，因此关于解决车轴的低温服役的可靠性问题越发紧迫。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术的目的是提供一种用于高寒地区高速动车组的车轴钢及其制备方法，本专利技术所述制备方法通过合理成分的添加和综合细化技术，改善了所述车轴钢的低温韧性、疲劳性能和淬透性。用于实现上述目的的技术方案如下：本专利技术提供一种用于高寒地区高速动车组的车轴钢，按重量百分比计，其包含C0.22-0.28％，Si0.15-0.40％，Mn0.4-0.65％，S≤0.005％，P≤0.010％，Cr1.4-2.2％，Cu≤0.20％，Mo0.10-0.15％，Nb0.005-0.014％，RE0.005-0.03％，Ni1.5-2.0％，Al0.010-0.045％，余量为Fe和不可避免的杂质。优选地，按重量百分比计，其包含：C0.24-0.28％，Si0.30-0.40％，Mn0.4-0.60％，S≤0.005％，P≤0.010％，Cr1.4-1.8％，Cu≤0.15％，Mo0.12-0.15％，Nb0.010-0.014％，RE0.01-0.03％，Ni1.65-1.90％，Al0.010-0.035％，余量为Fe和不可避免的杂质。优选地，在所述不可避免的杂质中，H≤1.5ppm，O≤15ppm。本专利技术还提供一种本专利技术所述车轴钢的制备方法，该制备方法包括如下步骤：(1)将铁水及废钢加入炉内熔炼，后进行钢包炉精炼和真空炉脱气；(2)连续铸钢，得到铸坯；(3)将步骤(2)得到的铸坯轧制成钢坯；(4)将步骤(3)得到的钢坯进行锻造；(5)热处理。优选地，所述步骤(1)中，将铁水及废钢加入电弧炉内熔炼，后进行钢包炉精炼和真空脱气炉脱气；优选地，所述电炉出钢温度为1630-1650℃；优选地，所述步骤(2)中，所述连续铸钢过程中，所述出钢温度为1560-1570℃；优选地，所述浇注温度为1540-1555℃；优选地，所述连续铸钢得到直径为690mm的铸坯；优选地，所述步骤(3)中，将步骤(2)得到的铸坯加热至1250-1280℃，保温1.5-3h，后轧制；优选地，所述轧制的初始温度为1150℃；优选地，所述轧制的终止温度为900℃，然后冷却；优选地，所述步骤(4)中，将步骤(3)得到的钢坯加热至1120-1190℃，后进行锻造；优选地，所述锻造的初始温度为1000-1120℃；优选地，所述锻造的终止温度为800℃。优选地，所述步骤(5)中，所述热处理包括以下步骤：一次正火加热至860-900℃，保温3-5h，后空气冷却；后再加热至860-900℃，保温4.0-5.0h，水淬冷却；后再加热至850-870℃，保温3.0-4.0h，水淬冷却；再回火加热至630-650℃，保温6.0-6.5小时；优选地，所述步骤(5)中，所述热处理包括以下步骤：一次正火加热至870℃，保温4h，后空气冷却；后再加热至880℃，保温4h，水淬冷却；后再加热至860℃，保温3h，水淬冷却；再回火加热至640℃，保温6.0小时。优选地，所述车轴钢的组织特征为片状马氏体，所述晶粒度大于9.0级；优选地，所述车轴钢的抗拉强度≥950MPa，屈服强度≥850MPa，断后伸长率≥15％，断面收缩率≥50％；优选地，所述车轴钢-40℃时，其横向冲击KV2≥70J，其纵向冲击KV2≥90J；优选地，所述车轴钢-60℃时，其纵向冲击KV2≥50J，其光滑RfL≥490MPa，其缺口RfE≥380MPa，RfL/RfE≤1.50。中国专利CN106244933A公开了一种高速车轴钢材料及其热处理方法。该专利中，所得到的车轴钢与EA4T车轴钢中的Cr含量相当，有淬透性不足和腐蚀疲劳差的问题。该车轴钢的设计未考虑低温性能，其工艺为一次淬火，成分和工艺均与本专利技术所述车轴钢存在较大差异，此外，该车轴钢的晶粒度、夹杂物评级和室温力学性能均不及本专利技术所述车轴钢。中国专利CN104294173A公开了一种含铌元素的高速列车车轴用钢。该专利得到的车轴钢与EA4T车轴钢中的Cr含量相当，同样也有淬透性不足和腐蚀疲劳差的问题，其成分和制备工艺与本专利技术所述车轴钢有较大不同，未考虑高寒地区(-60℃)的冲击性能，晶粒度、室温拉伸性能和疲劳性能均不及本专利技术所述车轴钢。中国专利CN105838989A公开了一种含铌元素的动车组车轴钢的热处理工艺，其车轴钢包含的各组分及其含量均与本专利技术钢存在较大差异，其工艺采取两次淬火+回火，在第一次淬火前未进行正火处理，未考虑虑高寒地区(-60℃)冲击性能，其拉伸性能、疲劳性能均不及本专利技术所述车轴钢。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过RE和Nb元素复合添加，发挥了工艺中的凝固细化、形变再结晶细化和热处理的综合细化技术，调整了组织晶粒度和夹杂物形态尺寸，本专利技术所述车轴钢的组织晶粒度大于9.0级，其夹杂物A粗系≤0.5,A细系≤0.5；B粗系≤0.5,B细系≤0.5；C粗系≤0.5,C细系≤0.5；D粗系≤0.5,D细系≤1.0；(B+C+D)粗系≤1.0，(B+C+D)细系≤1.5；此外，通过本专利技术通过对Ni和Cr元素的合理调节，获得一种低温性能优良、疲劳性能良好和淬透性优异的用于高寒地区高速动车组的车轴钢。具体实施方式以下参照具体的实施例来说明本专利技术。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本专利技术，其不以任何方式限制本专利技术的范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。在实施例1-3中，本专利技术所述车轴钢的成分组成见表1；表1：本专利技术所述高寒地区高速动车组的车轴钢的成分组成(wt％)实施例CSiMnPSCrCuMoNiNbRE*Al实施例10.240.340.450.0050.0021.520.100.131.820.0050.0120.029实施例20.240.350.420.0050.0021.520.120.121.830.0130.0110.030实施例30.250.340.430.0050.0021.510.110.131.780.0120.0210.028本专利技术所述车轴钢的制备方法：(1)将废钢原料和预处理铁水加入电弧炉内熔炼，电炉出钢温度为1630～1650℃，后进行钢包炉精炼和真空脱气炉脱气，进行二次精炼；(2)连续铸钢，出钢温度为1560-1570℃，浇注温度为1540-1555℃，在连铸机上浇成直径为690mm的铸坯；(3)将步骤(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高寒地区高速动车组的车轴钢，按重量百分比计，其包含C 0.22‑0.28％，Si 0.15‑0.40％，Mn 0.4‑0.65％，S≤0.005％，P≤0.010％，Cr 1.4‑2.2％，Cu≤0.20％，Mo 0.10‑0.15％，Nb 0.005‑0.014％，RE 0.005‑0.03％，Ni 1.5‑2.0％，Al 0.010‑0.045％，余量为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种用于高寒地区高速动车组的车轴钢，按重量百分比计，其包含C0.22-0.28％，Si0.15-0.40％，Mn0.4-0.65％，S≤0.005％，P≤0.010％，Cr1.4-2.2％，Cu≤0.20％，Mo0.10-0.15％，Nb0.005-0.014％，RE0.005-0.03％，Ni1.5-2.0％，Al0.010-0.045％，余量为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的车轴钢，其特征在于，按重量百分比计，其包含：C0.24-0.28％，Si0.30-0.40％，Mn0.4-0.60％，S≤0.005％，P≤0.010％，Cr1.4-1.8％，Cu≤0.15％，Mo0.12-0.15％，Nb0.010-0.014％，RE0.01-0.03％，Ni1.65-1.90％，Al0.010-0.035％，余量为Fe和不可避免的杂质。3.根据权利要求1或2所述的车轴钢，其特征在于，在所述不可避免的杂质中，H≤1.5ppm，O≤15ppm。4.根据权利要求1至3中任一项所述的车轴钢的制备方法，该制备方法包括如下步骤：(1)将铁水及废钢加入炉内熔炼，后进行钢包炉精炼和真空炉脱气；(2)连续铸钢，得到铸坯；(3)将步骤(2)得到的铸坯轧制成钢坯；(4)将步骤(3)得到的钢坯进行锻造；(5)热处理。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，将铁水及废钢加入电弧炉内熔炼，后进行钢包炉精炼和真空炉脱气；优选地，所述电炉出炉温度为1630-1650℃；优选地，所述步骤(2)中，所述连续铸钢过程中，所述出钢温度为1560-1570℃；优选地，所述浇注温度为1540...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹鸿祥，吴毅，张关震，张弘，付秀琴，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院金属及化学研究所，中国铁路总公司，北京中铁科新材料技术有限公司，中国铁道科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11