[发明专利]一种A3车轴钢及A3车轴及其热处理工艺方法

说明书

本发明公开了一种A3车轴钢及A3车轴及其热处理工艺方法，属于车轴钢的热处理工艺技术领域。针对现有技术中A3材质车轴淬透性较差且强韧性低整体性能不佳的情况下，本发明提供了一种A3车轴钢，包括如下质量百分比的各组分：碳0.34～0.37％，硅0.25～0.40％，锰1.40～1.50％，磷≤0.020％，硫≤0.015％，铬0.20～0.30％，镍0.13～0.20％，铜≤0.30％，钼≤0.40％，钒0.035～0.045％，铝0.015～0.040％；通过锻造加热+预处理+淬火+回火方式对其进行热处理。本发明在车轴成分上适当提高了碳和锰的含量用以强化同时增加该车轴的淬透性，同时添加适量的铬和镍提升该车轴的强韧性；且通过在几个热处理步骤中严格控制加热温度和保温时间使得最终车轴具有较高的强度、抗韧性能，避免淬火裂纹的产生，整体组织均匀且强韧性匹配良好，可操作性强。

技术领域

本发明属于车轴钢的热处理工艺技术领域，更具体地说，涉及一种A3车轴钢及A3车轴及其热处理工艺方法。

背景技术

车轴作为铁道车辆的重要走行部件之一，长期在交变应力条件下使用，受力情况复杂，其质量状态与铁路运输安全密切相关。随着高铁和重载货运的高速发展，只有不断提高车轴产品质量才能满足各类铁路车辆提出的新需求。A3材质车轴为BS 5892-1：1992《铁路车辆制造材料第1部分：牵引和拖车车轴规范》所列调质态车轴，根据BS 5892-1标准的要求，热处理后车轴的主要组组织与性能指标如下表1所示：

表1A3车轴产品性能指标

该级别车轴与动车组用EA4T车轴性能要求一致，但成分体系有明显差别，其Mn含量高，在冶炼、连铸过程中，极易引起钢坯截面方向化学成分的偏聚，形成宏观偏析，对车轴组织与性能的均匀性存在严重影响。另外该材质车轴钢高温热脆性大，淬透性一般，淬火过程中容易产生淬裂的问题。相关研究表明成分偏析导致车轴微观局部区域C、Mn等元素含量偏低，钢的淬透性会变差，淬火过程中会出现先共析铁素体；大块状或网状分布的铁素体是降低塑韧性的主要原因，同时对车轴疲劳性能也会产生负面影响。

针对上述问题也进行了相应的改进，如中国专利申请号CN201810443703.X，公开日为 2018年9月28日，该专利公开了一种车轴钢的热处理方法、车轴钢以及车轴。该车轴钢的热处理方法包括：对所述车轴钢进行正火加热；对所述车轴钢进行第一次冷却；对所述车轴钢在温度介于830℃与900℃之间进行淬火加热；对所述车轴钢进行第二次冷却；对所述车轴钢在温度介于560℃与660℃之间进行回火加热；对所述车轴钢进行第三次冷却。该方法依次对车轴钢进行正火处理、淬火处理以及回火处理。该专利的不足之处在于：车轴钢内部组织粗大，在进行淬火时容易出现未溶铁素体残留。

又如中国专利申请号CN201610624530.2，公开日为2016年12月21日，该专利公开了一种高速车轴钢材料及其热处理方法，所述高速车轴钢材料包含以下成分：0.22～0.29wt％的C、0.17～0.38wt％的Si、0.53～0.77wt％的Mn、≦0.015wt％的P、≦0.010wt％的S、0.20～ 0.27wt％的Ni、0.95～1.15wt％的Cr、≦0.15wt％的Cu、0.20～0.29wt％的Mo、0.02～0.05wt％的V、0.015～0.045wt％的Al、0.01～0.03wt％的Nb、≦15PPm的O、≦1.5PPm的H，余量为Fe及其他不可避免的元素。热处理要求如下：正火加热温度为880～920℃，淬火加热温度为870～900℃、保温时间为4～9h，回火加热温度为630～660℃。该专利的不足之处在于：该车轴钢淬透性不足，腐蚀疲劳差，一次淬火未考虑低温性能，整体车轴钢的性能较差。

发明内容

1、要解决的问题