[发明专利]一种时速≥400公里高铁车轴表面感应淬火工艺、高铁车轴及其生产方法

说明书

本发明提供了一种时速≥400公里高铁车轴表面感应淬火工艺、高铁车轴及其生产方法，成分：C0.26％‑0.29％、Si0.25％‑0.35％、Mn0.62％‑0.82％、P痕量‑0.010％、S痕量‑0.010％、Cr0.95％‑1.18％、Mo0.22％‑0.28％、Ni0.60％‑1.40％、V0.020‑0.060％、Al0.015％‑0.040％、Cu≤0.20％，其余为Fe和其它不可避免的杂质。车轴经正火+淬火+高温回火热处理后，全长进行表面感应淬火和低温回火，车轴表面硬度≥650HV，表面残余压应力超过‑800MPa，疲劳强度超过860MPa，满足时速≥400公里高铁运行要求。

技术领域

本发明属于高铁车轴技术领域，尤其涉及一种高疲劳寿命、时速≥400公里高铁车轴用钢表面感应淬火工艺。

背景技术

车轴属于超大型阶梯状轴对称类零件，其最大直径超过200mm，长度可达2320mm，它与车轮通过过盈联接组成轮对，承受机车车辆的全部重量，是铁道车辆三大关键零部件之一。重载化和高速化是高速列车重点发展方向，车轴作为单体最重的关键运动部件，提高疲劳性能是车轴钢研发永恒的主题。

由于各国的国情不同，技术观点不同，选用的车轴材料不尽相同。从国外的高速铁路运输实践看，应用碳素钢和低碳合金钢车轴都是可行的，但各有利弊。

2010年10月13日公开的中国专利CN101857914A公开了一种高速铁路客车用25CrMo合金钢空心车轴材料的热处理方法，通过预处理+淬火+回火能够使车轴性能满足时速200-350公里列车的需求。但该专利所采用的材料及工艺不能满足时速大于350公里列车需求。

2010年2月17日公开的中国专利CN101649387A公开了一种车轴的热处理方法，采用混合液淬火+回火的工艺能够使42CrMo车轴满足铁路机车车轴要求。本专利适用于车速较低的列车，且车轴的抗拉强度不能满足高速列车的需要。

2018年5月4日公开的中国专利CN107988563A公开了一种细晶粒超高强韧性车轴钢及其热处理方法，指出通过两次淬火+回火的工艺能够使车轴的抗拉强度保持在1000MPa左右，晶粒尺寸约11μm。该专利采用两次淬火将增加能耗，不具有经济性，尽管材料的强韧性得到提升，但缺少疲劳性能，不能直接应用于时速400公里的高铁车轴。国内对车轴钢的热处理工艺研究仅为常规热处理工艺，缺乏新型热处理工艺。

欧洲高铁车轴采用合金钢整体调质来保证车轴疲劳性能，而日本高铁车轴则采用碳素钢表面感应淬火处理的方式来保证车轴疲劳性能。日本新干线通过对S38C进行表面感应淬火，淬硬层深度4mm，表面硬度≥500HV，疲劳强度提高30％以上，目前最高时速可达320公里。碳素钢强韧性偏低，轴身尺寸较大，而合金钢强韧性匹配较好，车轴尺寸相对较小，但若进一步提高疲劳性能，需加大车轴尺寸或提高合金含量。通过提高合金含量将会增加材料成本，不具有经济性。

随着轨道交通事业尤其是沿海高铁建设的迅猛发展，对高铁车轴的性能提出了更高要求，目前我国高铁车轴的研究虽然有一定的积累，但目前仅能满足时速≤350公里列车的要求，对于高疲劳寿命、时速≥400公里的高铁车轴的热处理工艺的研究几乎空白，急需开发时速≥400公里，具有更高疲劳强度的高铁车轴的热处理工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种时速≥400公里高铁车轴表面感应淬火工艺，通过本发明设计优化的感应淬火工艺，车轴表面硬度≥650HV，表面残余压应力超过-800MPa，疲劳强度超过860MPa，较未进行表面感应淬火车轴试样疲劳强度(428MPa)提高超过101％。

本发明另一目的在于提供一种高铁车轴的生产方法，车轴经“正火+淬火+高温回火”热处理后，利用上述感应淬火工艺进行处理，使车轴能够用于时速≥400公里高铁运行。

本发明最后一个目的在于提供一种高铁车轴，通过设计优化的成分，利用上述生产方法生产得到。