[发明专利]一种高韧性高速车轴用钢及其热处理方法

说明书

一种高韧性高速车轴用钢，所述钢的化学成分以重量百分比计为，C：0.20～0.28％，Si：0.15～0.40％，Cr：0.90～2.00％，Mn：0.15～0.80％，V：0.15～0.30％，Nb：0.00～0.06％，Ni：0.90～1.50％，Mo：0.15％～0.30％，Alt：0.010～0.030％，P：<0.010％，S：<0.010％，O：<0.0015％，N：<0.008％，余为Fe和不可避免的杂质；同时本发明还提供一种钢的热处理方法。本发明采用新型中低C、高V、微Nb、Mo复合微合金化、较高Cr、Ni合金设计，经两次淬火+高温回火热处理后，可以获得细晶奥氏体晶粒及高V微合金纳米第二相增强的马氏体组织，实现高强度和高韧性的优异匹配，最终使高速车轴具有良好的抗冲击和抗疲劳等服役性能。

技术领域

本发明涉及铁路车轴用钢技术领域，尤其涉及一种高韧性的高速车轴钢及其热处理方法。

背景技术

车轴是轨道交通列车走行的关键部件，也是列车服役条件最苛刻的部件之一，它承受着来自列车的几乎全部重量和负荷。随着我国高速铁路的投入运行，列车速度进一步提高，车轴作为铁路列车关键部件之一，其质量直接关系到高速铁路运行安全。高速车轴要保证在所规定的使用条件下，具有足够的安全性、可靠性和长使用寿命，这就对车轴材料相关技术提出了更高的要求。世界各铁路发达国家各国的国情和技术观点不同，选用的车轴材料也不相同，主要是优质中碳钢和高强度合金钢。如日本新干线高速铁路车轴普遍采用碳素钢材质(S38C)，采用的是表面中频淬火热处理工艺，工艺复杂，对设备和人员的工艺控制水平要求高；欧洲高速铁路车轴材料则大多采用低合金结构钢(如EA4T)，含Cr 0.90-1.20wt.％、Mo 0.15-0.30wt.％，通过传统的调质热处理方式；欧洲高铁车轴材料少部分选用30NiCrMoV12中合金结构钢，钢中含Cr 0.60～1.00wt.％、Ni 2.70～3.30wt.％、Mo 0.40～0.60wt.％、V 0.08～0.13wt.％，此类钢种淬透性好、可油淬、硬度高、耐腐蚀性能好，但是造价较高。根据我国目前钢坯冶炼水平以及车轴生产企业实际热处理工艺装备情况，国产化高速动车组车轴的研制开发优先选用了合金化调质热处理的技术路线。

发明内容

鉴于以上分析，本发明旨在提供一种新型的Cr-Ni-Mo-Nb-V高速车轴用钢，采用中低碳、Cr、Ni合金化设计，利用微Nb、高V、Mo协同的复合微合金化细化加热奥氏体晶粒，经热处理后，可以获得细晶奥氏体晶粒及马氏体组织，实现高强度和高韧性的优异匹配。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种高韧性高速车轴用钢，所述钢的化学成分以重量百分比计为，C：0.20～0.28％，Si：0.15～0.40％，Cr：0.90～2.00％，Mn：0.15～0.80％，V：0.15～0.30％，Nb：0.00～0.06％，Ni：0.90～1.50％，Mo：0.15％～0.30％，Alt：0.010～0.030％，P：<0.010％，S：<0.010％，O：<0.0015％，N：<0.008％，余为Fe和不可避免的杂质。

优选地，所述钢的化学成分为，C：0.20～0.25％，Si：0.15～0.40％，Cr：1.50～2.00％，Mn：0.35～0.60％，V：0.15～0.23％，Nb：0.04～0.06％，Ni：1.20～1.50％，Mo：0.15～0.30％，Alt：0.020～0.030％，P：<0.010％，S：<0.010％，O：<0.0012％，N：<0.005％。

优选地，所述钢的化学成分为，C：0.20～0.25％，Si：0.15～0.40％，Cr：1.00～1.50％，Mn：0.60～0.80％，V：0.23～0.30％，Nb：<0.04％，Ni：1.00～1.50％，Mo：0.25～0.30％，Alt：0.020～0.030％，P：<0.010％，S：<0.010％，O：<0.0012％，N：0.006～0.008％。