[发明专利]一种含铌城轨地铁用车轴及其热处理工艺

说明书

本发明提供了一种含铌城轨地铁用车轴及其热处理工艺，成分为C：0.34‑0.39％，Si：0.20‑0.35％，Mn：1.40‑1.60％，Cr：0.25‑0.45％，Ni：0.10‑0.20％，Mo：0.10‑0.20％，Nb：0.015‑0.050％，Ca：0.0010‑0.0050％；B：0.0015‑0.0030％，P≤0.010％，S≤0.008％，T[O]≤0.0010％，Als：0.015‑0.035％，余为Fe和其它不可避免的杂质。采用“正火+调质(淬火+高温回火)”热处理的工艺，具有成本低、强度高、抗疲劳性能优良的优点。

技术领域

本发明属于合金钢领域，具体涉及一种含铌城轨地铁用车轴及其热处理工艺。

背景技术

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，特别是城轨地铁车轴，其受力状态更为复杂。因此，城轨地铁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，城轨地铁车轴必须具有足够的可靠性和疲劳安全系数。城轨地铁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，国内外十分重视对城轨地铁车轴用钢的研发和疲劳性能的研究。

随着城市轨道交通的快速发展，对车轴的需要急剧增加，目前国内外，特别是欧洲、亚洲市场仍主要采用标准EN13261里的EA1N和EA4T材质车轴，EA1N为正火车轴，主要用在低速城轨及地铁车型上，疲劳强度较低，已不能满足城轨地铁的高速化发展需要，EA4T为合金钢车轴，热处理工艺为调质热处理，但大规格城轨地铁车轴调质处理后内部的组织(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。同时Cr、Mo、Ni含量偏高，导致车轴成产成本偏高，这些均在实际应用中受到了限制，因此，迫切需要开发适一种经济型高强高韧及长疲劳寿命的新材质城轨地铁车轴。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含铌城轨地铁用车轴，合理、均衡地利用资源，采用较少的合金元素加入量，生产成本低。

本发明的另一目的在于提供一种含铌城轨地铁用车轴的热处理工艺，获得高强度的同时，获得优异的抗疲劳破坏性能。

本发明具体技术方案如下：

一种含铌城轨地铁用车轴，含有以下质量百分比的化学成分：C：0.34-0.39％，Si：0.20-0.35％，Mn：1.40-1.60％，Cr：0.25-0.45％，Ni：0.10-0.20％，Mo：0.10-0.20％，Nb：0.015-0.050％，Ca：0.0010-0.0050％；B：0.0015-0.0030％，P≤0.010％，S≤0.008％，T[O]≤0.0010％，Als：0.015-0.035％，余为Fe和其它不可避免的杂质。

上述各元素的作用及配比依据如下：

C：C元素是车轴钢获得高的强度、硬度所必需的。传统车轴钢中的C含量较高，如目前铁路货车车轴用钢LZ50中的碳含量为0.50％左右。高的C含量虽然对钢的强度、硬度等有利，但对钢的塑性和韧性极为不利，且使屈强比降低、脱碳敏感性增大，恶化钢的抗疲劳性能和加工性能。因此适当降低钢中的C含量，将其控制在0.40％以下。然而，车轴淬火和高温回火后为了获得所需的高强度和所必须的疲劳性能，C含量须在0.30％以上，本发明C含量宜控制为0.34-0.39％。

Si：Si是钢中主要的脱氧元素，具有很强的固溶强化作用，但Si含量过高将使钢的塑性和韧性下降，C的活性增加，促进钢在轧制和热处理过程中的脱碳和石墨化倾向，并且使冶炼困难和易形成夹杂物，恶化钢的抗疲劳性能。因此控制Si含量为0.20-0.35％。