一種含鈮鈦動(dòng)車組車軸用鋼及其熱處理工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含鈮鈦動(dòng)車組車軸用鋼及其熱處理工藝，按照重量百分比含有C：0.24～0.30，Si：0.20～0.40，Mn：0.70～1.00，Cr：0.90～1.20，Ni：0.70～1.30，Mo：0.20～0.30，Cu：0.10～0.60，Zr：0.01～0.04，Nb：0.020～0.050，Ti：0.015～0.030，Ca：0.001～0.005，P≤0.010，S≤0.008，T[O]≤0.0015，Als：0.015～0.045，余為Fe和其它不可避免的雜質(zhì)；所述鋼的組織為回火索氏體+少量下貝氏體，其中，車軸近表面回火索氏體含量為100％，車軸1/2半徑處回火索氏體含量在80～90％；熱處理后塑性和韌性明顯優(yōu)于商業(yè)鋼，其疲勞極限要顯著高于商業(yè)鋼，呈現(xiàn)出良好的強(qiáng)度韌性配合及優(yōu)異的抗疲勞性能。
【專利說明】
一種含鈮鈦動(dòng)車組車軸用鋼及其熱處理工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉及合金鋼領(lǐng)域，具體涉及適用于抗拉強(qiáng)度750~900MPa、屈服強(qiáng)度2 600MPa、-40°CKV2 2 150J，同時(shí)要求具有優(yōu)異的抗疲勞性能的高速動(dòng)車組車軸用鋼及其熱 處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 車軸是各種車輛中涉及安全的最重要的運(yùn)動(dòng)和承載部件之一。由于車軸承受著動(dòng) 載荷，受力狀態(tài)比較復(fù)雜，如彎曲載荷、扭轉(zhuǎn)載荷、彎扭復(fù)合載荷，并受到一定沖擊，特別是 高速動(dòng)車組車軸，其受力狀態(tài)更為復(fù)雜。因此，高速動(dòng)車組車軸在服役過程中可能會(huì)因?yàn)槠?勞、彎曲、扭轉(zhuǎn)或拉伸應(yīng)力等而發(fā)生斷裂，其中疲勞斷裂是高速車軸的普遍斷裂形式。為確 保車輛的安全運(yùn)行，高速動(dòng)車組車軸必須具有足夠的可靠性和疲勞安全系數(shù)。高速動(dòng)車組 車軸材料是決定車軸使用壽命和可靠性的關(guān)鍵因素之一，因此，國(guó)內(nèi)外十分重視對(duì)高速動(dòng) 車組車軸用鋼的研發(fā)和疲勞性能的研究。
[0003] 隨著我國(guó)高速鐵路的快速發(fā)展，對(duì)動(dòng)車組車軸的需要急劇增加，但目前仍主要依 賴于進(jìn)口，因此，迫切需要開發(fā)適用于我國(guó)鐵路發(fā)展特點(diǎn)的高強(qiáng)高韌及長(zhǎng)疲勞壽命的新材 質(zhì)車軸鋼。近年來，國(guó)內(nèi)外開展了抗疲勞破壞車軸鋼的研究開發(fā)。如中國(guó)專利申請(qǐng) 201110417295.9中的抗疲勞破壞車軸鋼，仍然采用傳統(tǒng)中碳車軸鋼的高C含量思路，C含量 (0.42~0.45% )較高，這使得鋼的韌性較差，無法滿足動(dòng)車組車軸對(duì)韌性的要求，且抗疲勞 性能改善的幅度有限高。中國(guó)專利申請(qǐng)201210384581.4中的一種新型空心車軸用合金鋼， 盡管碳含量較低，具有較好的強(qiáng)韌性配合，但疲勞強(qiáng)度仍較低。從歐洲引進(jìn)的動(dòng)車組車軸主 要采用調(diào)質(zhì)處理的合金鋼EA4T，雖然給出了化學(xué)成分及力學(xué)性能要求，但沒有給出關(guān)鍵熱 處理工藝參數(shù)，更重要的是鋼中的影響淬透性的合金元素含量偏低，導(dǎo)致大規(guī)格的動(dòng)車組 車軸內(nèi)部的組織(存在不允許存在的鐵素體)和性能(近心部強(qiáng)度、韌性和疲勞性能偏低)往 往難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求。這些均在實(shí)際應(yīng)用中受到了限制，更為關(guān)鍵的是車軸鋼抗疲勞性 能改善的幅度均有限，影響其推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種抗拉強(qiáng)度750~ 900MPa、屈服強(qiáng)度2 600MPa、-40°CKV2 2 150J，同時(shí)要求具有優(yōu)異的抗疲勞性能的高速動(dòng)車 組車軸用鋼及其熱處理工藝。具體技術(shù)方案如下：
[0005] 一種含鈮鈦動(dòng)車組車軸用鋼，按照重量百分比含有C: 0.24~0.30, Si: 0.20~ 0.40，Mn:0.70~1.00，Cr:0.90~1.20，Ni:0.70~1.30，Mo :0.20~0.30，Cu:0.10~0.60， Zr:0.01~0.04，Nb:0.020~0.050，Ti :0.015~0.030，Ca:0.001~0.005，P<0.010，S< 0.008，T[0] <0.0015，Als:0.015~0.045，余為Fe和其它不可避免的雜質(zhì);所述鋼的組織為 回火索氏體+少量下貝氏體，其中，車軸近表面回火索氏體含量為100%，車軸1/2半徑處回 火索氏體含量在80~90%。
[0006] 進(jìn)一步地，按照重量百分比含有C:0.29，Si:0.24，Mn:0.73，Cr :0.94，Ni:0.86，Mo: 0.20，Cu:0.39，Zr:0.04，Nb :0.022，Ti:0.019，Ca:0.001，P:0.008，S :0.001，T[0]:0.0007， Als: 0.022，余為Fe和其它不可避免的雜質(zhì)。
[0007] 進(jìn)一步地，鋼材的縱向力學(xué)性能達(dá)到：Rm: 750MPa~900MPa，ReL或RPo. 2 2 600MPa，A 2 18%，Z 2 40%，-40°C縱向沖擊吸收功KV2 M50J;斷裂韌性Kq值M20MPa ? mV2;光滑試樣 的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限RfL 2 375MPa，缺口試樣的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限RfE 2 310MPa，缺口敏感性 RfL/RfE < 1.15;過盈量為0.04mm試樣的微動(dòng)疲勞極限2 215MPa;鹽霧腐蝕14循環(huán)周次試樣 的腐蝕疲勞極限為2 275MPa;鋼材的奧氏體晶粒度大于等于8.0級(jí)；或者，熱處理后鋼的組 織為回火索氏體+少量下貝氏體，其中，車軸近表面回火索氏體含量為100%，車軸1/2半徑 處回火索氏體含量在80~90%。
[0008] 上述含鈮鈦動(dòng)車組車軸用鋼的熱處理工藝，包括如下步驟：
[0009] (1)正火:將含鈮鈦高速動(dòng)車組車軸用鋼加熱至溫度870~900°C，在該溫度段加熱 保溫時(shí)間按1.2~1.7min/mm計(jì)算，空冷；
[0010] (2)淬火:將含鈮鈦高速動(dòng)車組車軸用鋼加熱至溫度850~880 °C，在該溫度段加熱 保溫時(shí)間按1.5~2.0m i n/mm計(jì)算，水冷；
[0011] (3)回火:將含鈮鈦高速動(dòng)車組車軸用鋼加熱至溫度620~680°C，在該溫度段加熱 保溫時(shí)間按2~2.5min/mm計(jì)算，空冷至室溫。
[0012] 進(jìn)一步地，步驟(1)-(3)中加熱速度均為50~100°C/h。
[0013] 進(jìn)一步地，步驟（2)中在淬火槽中，通過噴嘴對(duì)車軸進(jìn)行水下噴水快速水冷至室 溫。
[0014] 進(jìn)一步地，步驟(1)中以80°C/h加熱至溫度890°C，加熱保溫時(shí)間300min，空冷。 [0015] 進(jìn)一步地，步驟（2)中以80°C/h加熱至溫度870°C，加熱保溫時(shí)間270min，快速水 冷。
[0016] 進(jìn)一步地，步驟(3)中以80°C/h加熱至溫度650°C，加熱保溫時(shí)間420min，空冷;和/ 或，步驟(2)中冷卻速度控制在1.5~2.5°C/s。
[0017] 進(jìn)一步地，其應(yīng)用于含鈮鈦動(dòng)車組車軸用鋼生產(chǎn)工藝中，該工藝包括如下步驟：電 弧爐或轉(zhuǎn)爐冶煉-LF爐精煉-RH或VD真空脫氣-連鑄-鑄坯加熱爐加熱-車軸坯乳制- 車軸坯鍛造-毛坯車軸粗車-車軸齊端面加工-正火+調(diào)質(zhì)熱處理-車軸外圓精車加工- 車軸內(nèi)孔鏜削加工-外圓磨削-探傷。
[0018]與目前現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明的化學(xué)成分、工藝流程和熱處理工藝工藝參數(shù) 生產(chǎn)的含鈮鈦高速動(dòng)車組車軸用鋼，測(cè)定鋼材的縱向力學(xué)性能可達(dá)到：Rm:750MPa~ 900MPa，ReL或R pq.2 2 600MPa，A 2 18%，Z 2 40%，-40°C縱向沖擊吸收功KV2 2 150J;斷裂韌性 Kq值2 120MPa ? mV2;光滑試樣的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限RfL 2 375MPa，缺口試樣的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞 極限RfE2 310MPa，缺口敏感性RfL/RfE< 1.15;過盈量為0.04mm試樣的微動(dòng)疲勞極限2 215MPa;鹽霧腐蝕14循環(huán)周次試樣的腐蝕疲勞極限為2 275MPa;鋼材的奧氏體晶粒度大于 等于8.0級(jí)；高速動(dòng)車組車軸"正火+調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火)"熱處理后鋼的組織為回火索氏 體+少量下貝氏體，其中，車軸近表面回火索氏體含量為100%，車軸1/2半徑處回火索氏體 含量在80~90%。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，其為本發(fā)明多種實(shí)施方式中的一種優(yōu)選實(shí)施例。
[0020] 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，一種含鈮鈦動(dòng)車組車軸用鋼，按照重量百分比含有C: 0.24 ~0.30，Si:0.20~0.40，Mn:0.70~1.00，Cr:0.90~1.20，Ni :0.70~1.30，Mo:0.20~0.30， Cu:0.10~0.60，Zr:0.01~0.04，Nb :0.020~0.050，Ti:0.015~0.030，Ca:0.001~0.005，P <0.010，S< 0.008，T[0] <0.0015418:0.015~0.045，余為?6和其它不可避免的雜質(zhì)；所 述鋼的組織為回火索氏體+少量下貝氏體，其中，車軸近表面回火索氏體含量為100%，車軸 1/2半徑處回火索氏體含量在80~90%;上述含鈮鈦動(dòng)車組車軸用鋼的熱處理工藝，包括如 下步驟：（1)正火:將含鈮鈦高速動(dòng)車組車軸用鋼加熱至溫度870~900°C，在該溫度段加熱 保溫時(shí)間按1.2~1.7min/mm計(jì)算，空冷；（2)淬火:將含鈮鈦高速動(dòng)車組車軸用鋼加熱至溫 度850~880 °C，在該溫度段加熱保溫時(shí)間按1.5~2. Omin/mm計(jì)算，水冷；（3)回火:將含鈮鈦 高速動(dòng)車組車軸用鋼加熱至溫度620~680 °C，在該溫度段加熱保溫時(shí)間按2~2.5min/mm計(jì) 算，空冷至室溫。
[0021] 在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，可以采用如下方案：（1)適當(dāng)降低傳統(tǒng)碳素車軸鋼中的C 元素含量，改善鋼的韌性和塑性；（2)向鋼中添加Ni、Cu元素改善鋼的淬透性和耐蝕性，并加 入微量的Zr、Nb、Ti元素以細(xì)化晶粒，從而提高鋼的韌性特別是低溫韌性，并改善鋼的強(qiáng)度 和韌性配合，提高鋼的抗疲勞性能；（3)加入適量的Ca元素，對(duì)鋼中的夾雜物進(jìn)行變性處理， 同時(shí)嚴(yán)格控制鋼中雜質(zhì)兀素T[0]、P、S等的含量，以進(jìn)一步提尚鋼的抗疲勞性能。本發(fā)明的 關(guān)鍵之處在于將成分優(yōu)化調(diào)整與冶金質(zhì)量控制有機(jī)地結(jié)合起來，在獲得高強(qiáng)度的同時(shí)，獲 得優(yōu)異的抗疲勞破壞性能和較低的成本。
[0022] 本發(fā)明鋼的具體化學(xué)成分(重量％ )如下:C: 0 ? 24~0 ? 30，Si : 0 ? 20~0 ? 40，Mn: 0 ? 70 ~1.00，Cr:0.90 ~1.20，Ni:0.70~1.30，Mo:0.20~0.30，Cu:0.10~0.60，Zr:0.01~0.04， Nb:0.020~0.050,Ti:0.015~0.030,Ca:0.001~0.005,P < 0.010，S < 0.008,T[0]< 0.0015 418:0.015~0.045，余為?6和其它不可避免的雜質(zhì)。
[0023]上述各元素的作用及配比依據(jù)如下：
[0024] C:C元素是車軸鋼獲得高的強(qiáng)度、硬度所必需的。傳統(tǒng)車軸鋼中的C含量較高，如目 前鐵路貨車車軸用鋼LZ50中的碳含量為0.50%。高的C含量雖然對(duì)鋼的強(qiáng)度、硬度等有利， 但對(duì)鋼的塑性和韌性極為不利，且使屈強(qiáng)比降低、脫碳敏感性增大，惡化鋼的抗疲勞性能和 加工性能。因此適當(dāng)降低鋼中的C含量，將其控制在0.30%以下。然而，淬火和高溫回火后為 了獲得所需的高強(qiáng)度和所必須的疲勞性能，C含量須在0.24%以上，因而C含量宜控制為 0.24 ~0.30%。
[0025] Si:Si是鋼中主要的脫氧元素，具有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，但Si含量過高將使鋼的 塑性和韌性下降，C的活性增加，促進(jìn)鋼在乳制和熱處理過程中的脫碳和石墨化傾向，并且 使冶煉困難和易形成夾雜物，惡化鋼的抗疲勞性能。因此控制Si含量為0.20~0.40%。 [0026] Mn:Mn是脫氧和脫硫的有效元素，還可以提高鋼的淬透性和強(qiáng)度，含量小于0.70% 時(shí)，難以起到上述作用。但淬火鋼回火時(shí)，Mn和P有強(qiáng)烈的晶界共偏聚傾向，促進(jìn)回火脆性， 惡化鋼的韌性，因而控制Mn含量在1.00%以下。
[0027] Cr:Cr能夠有效地提高鋼的淬透性和回火抗力，以獲得所需的高強(qiáng)度；同時(shí)Cr還可 降低C的活度，可降低加熱、乳制和熱處理過程中的鋼材表面脫碳傾向，有利用獲得高的抗 疲勞性能。但含量過高會(huì)惡化鋼的韌性，因而控制Cr含量為0.90~1.20%。
[0028] Ni : Ni可提高鋼的淬透性、耐蝕性和保證鋼在低溫下的韌性?？紤]到經(jīng)濟(jì)性，控制 Ni含量為0.80~1.30%。
[0029] M〇:M〇在鋼中的作用主要為提高淬透性、提高回火抗力及防止回火脆性。此外，Mo 元素與Cr元素的合理配合可使淬透性和回火抗力得到明顯提高。Mo含量過低則上述作用有 限，Mo含量過高，則上述作用飽和，且提高鋼的成本。因此，控制Mo含量為0.20~0.30%。
[0030] Cu:Cu在固溶強(qiáng)化、提高淬透性方面與Ni相似。同時(shí)，在鋼中加入銅還可提高鋼的 抗腐蝕疲勞性能，因?yàn)榧?xì)小的Cu沉淀阻滯了疲勞的初期階段脈狀結(jié)構(gòu)的形成，并且銅析出 物具有良好的塑性，可阻礙疲勞裂紋的擴(kuò)展；另外，Cu還有一定的提高鋼耐蝕性作用;從而 提高鋼的腐蝕疲勞強(qiáng)度。但Cu含量過高，鋼在加熱乳制或鍛造過程中容易引起熱脆。綜合考 慮，范圍可控制在0.10~0.60%。
[0031] Zr:加入少量鋯有脫氣、凈化和細(xì)化晶粒作用，有利于提高鋼的低溫沖擊性能和強(qiáng) 度、疲勞性能指標(biāo)。綜合考慮，范圍可控制在0.010~0.040%。
[0032] Nb:Nb對(duì)車軸鋼的強(qiáng)韌化效果主要表現(xiàn)為晶粒細(xì)化、析出強(qiáng)化和相變強(qiáng)化。Nb在鋼 中以置換溶質(zhì)原子存在，Nb原子比鐵原子尺寸大，易在位錯(cuò)線上偏聚，對(duì)位錯(cuò)攀移產(chǎn)生強(qiáng)烈 的拖曳作用，使再結(jié)晶形核受到抑制，對(duì)再結(jié)晶具有強(qiáng)烈的阻止作用，提高了奧氏體的再結(jié) 晶溫度，從而達(dá)到細(xì)化奧氏體晶粒的目的，晶粒細(xì)化不僅能提高鋼材的強(qiáng)韌性，而且改善鋼 材的低溫性能。但其價(jià)格昂貴。綜合考慮，Nb的范圍可控制在0.020 %~0.050 %。
[0033] Ti:在鋼中加入微合金元素Ti能起到固溶、偏聚和沉淀作用，當(dāng)它們與碳、氮、硫等 交互作用能產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化、析出物彌散強(qiáng)化以及夾雜物改性等，使鋼的強(qiáng)度和韌性加強(qiáng)，并 可提尚鋼的回火穩(wěn)定性。綜合考慮，Ti的范圍可控制在0.015%~0.030%。
[0034] Ca:Ca具有脫氧脫硫和對(duì)非金屬夾雜物變性處理的作用，從而改善鋼的韌性和抗 疲勞性能。Ca含量小于0.001 %起不到上述作用，但含量超過0.005 %，則加入相當(dāng)困難，且 夾雜物量增多。因而控制Ca含量為0.001~0.005%。
[0035] P: P能在鋼液凝固時(shí)形成微觀偏析，隨后在奧氏體化溫度加熱時(shí)偏聚在晶界，使鋼 的脆性顯著增大，所以控制P的含量在0.012%以下。
[0036] S:鋼中不可避免的不純物，形成MnS夾雜和在晶界偏聚會(huì)惡化鋼的韌性和抗疲勞 性能，因而控制其含量在0.008 %以下。
[0037] T[0]:氧在鋼中形成各種氧化物夾雜。在應(yīng)力的作用下，在這些氧化物夾雜處容易 產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致微裂紋的萌生，從而惡化鋼的力學(xué)性能特別是韌性和抗疲勞性能。因 此，在冶金生產(chǎn)中須采取措施盡可能降低其含量?？紤]到經(jīng)濟(jì)性，控制其含量在0.0015%以 下。
[0038] 本發(fā)明含鈮鈦高速動(dòng)車組車軸用鋼生產(chǎn)工藝流程為：電弧爐或轉(zhuǎn)爐冶煉-LF爐精 煉-RH或VD真空脫氣-連鑄-鑄坯加熱爐加熱-車軸坯乳制-車軸坯鍛造-毛坯車軸粗 車-車軸齊端面加工-正火+調(diào)質(zhì)熱處理-車軸外圓精車加工-車軸內(nèi)孔鏜削加工-外圓 磨削-探傷。
[0039]本發(fā)明關(guān)鍵的熱處理工藝步驟如下：
[0040] (1)正火:將最大直徑為200mm、長(zhǎng)度達(dá)2200mm的含鈮鈦高速動(dòng)車組車軸用鋼加熱 (加熱速度為50~100°C/h)至溫度870~900°C，在該溫度段加熱保溫時(shí)間按1.2~1.7min/ mm計(jì)算，空冷。經(jīng)正火后不僅細(xì)化了晶粒，而且改善了組織的不均勻性，為隨后的最終熱處 理做好組織準(zhǔn)備。
[0041] (2)淬火:將最大直徑為200mm、長(zhǎng)度達(dá)2200mm的含鈮鈦高速動(dòng)車組車軸用鋼加熱 (加熱速度為50~100°C/h)至溫度850~880°C，在該溫度段加熱保溫時(shí)間按1.5~2.0min/ mm計(jì)算，隨后在淬火槽中，通過噴嘴對(duì)車軸進(jìn)行水下噴水快速水冷(冷卻速度控制在1.5~ 2.5°C/s)至室溫。
[0042] (3)回火:將最大直徑為200mm、長(zhǎng)度達(dá)2200mm的含鈮鈦高速動(dòng)車組車軸用鋼加熱 (加熱速度為50~100°C/h)至溫度620~680°C，在該溫度段加熱保溫時(shí)間按2~2.5min/mm 計(jì)算，隨后空冷至室溫。經(jīng)過回火，可獲得均勻細(xì)密回火索氏體+少量下貝氏體的金相組織， 從而可獲得良好的韌塑性及合適的強(qiáng)度指標(biāo)。
[0043] 在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，可以采用如下方案:含鈮鈦高速動(dòng)車組車軸用鋼生產(chǎn)工 藝流程為：電弧爐或轉(zhuǎn)爐冶煉-LF爐精煉-RH或VD真空脫氣-連鑄-鑄坯加熱爐加熱-車 軸坯乳制-車軸坯鍛造-毛坯車軸粗車-車軸齊端面加工-正火+調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火） 熱處理-車軸外圓精車加工-車軸內(nèi)孔鏜削加工-外圓磨削-探傷。
[0044] 本發(fā)明含鈮鈦高速動(dòng)車組車軸用鋼的熔煉化學(xué)成分、主要熱處理工藝參數(shù)與性能 的實(shí)施例如下：
[0045]熱處理工藝步驟及參數(shù)為：
[0046] (1)正火：以80°C/h加熱至溫度890°C，加熱保溫時(shí)間300min，空冷。
[0047] (2)淬火：以80°C/h加熱至溫度870°C，加熱保溫時(shí)間270min，快速水冷(冷卻速度 控制在1.5~2.5°C/s)。
[0048] (3)回火：以80 °C/h加熱至溫度650 °C，加熱保溫時(shí)間420min，空冷。最大直徑為〇 200mm、長(zhǎng)度達(dá)2200mm高速動(dòng)車組車軸的熔煉化學(xué)成分質(zhì)量百分比(wt%)見表1，高速動(dòng)車 組車軸經(jīng)過以上熱處理后的性能指標(biāo)見表2。
[0049]表1高速動(dòng)車組車軸鋼的熔煉化學(xué)成分質(zhì)量百分比(wt%)
[00511表2高速動(dòng)車組車軸熱處理后性能指標(biāo)
[0053]續(xù)表2高速動(dòng)車組車軸熱處理后性能指標(biāo)
[0055]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有強(qiáng)度高、抗疲勞性能優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)?？色@得700MPa以上 的高強(qiáng)度，其塑性和韌性明顯優(yōu)于商業(yè)鋼，其疲勞極限要顯著高于商業(yè)鋼，呈現(xiàn)出良好的強(qiáng) 度韌性配合及優(yōu)異的抗疲勞性能。其中：Rm:750MPa~900MPa，R eL或RpQ.2 2 600MPa，A 2 18%， Z 2 40%，-40°C縱向沖擊吸收功KV2 2 150J;斷裂韌性Kq值M20MPa ? mV2;光滑試樣的旋轉(zhuǎn) 彎曲疲勞極限RfL 2 375MPa，缺口試樣的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限RfE 2 310MPa，缺口敏感性RfL/RfE < 1.15;過盈量為0.04mm試樣的微動(dòng)疲勞極限2 215MPa;鹽霧腐蝕14循環(huán)周次試樣的腐蝕 疲勞極限為2 275MPa;鋼材的奧氏體晶粒度大于等于8.0級(jí)；高速動(dòng)車組車軸"正火+調(diào)質(zhì) (淬火+高溫回火)"熱處理后鋼的組織為回火索氏體+少量下貝氏體，其中，車軸近表面回火 索氏體含量為100%，車軸1/2半徑處回火索氏體含量在80~90%。
[0056]上面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制， 只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)直接應(yīng)用于其它場(chǎng) 合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種含鈮鈦動(dòng)車組車軸用鋼，其特征在于，按照重量百分比含有:c:0.24~0.30，Si : 0.20~0.40，Mn:0.70~1.00，Cr:0.90~1.20，Ni:0.70~1.30，Mo :0.20~0.30，Cu:0.10~ 0.60，Zr:0.01~0.04，Nb:0.020~0.050，Ti:0.015~0.030，Ca:0.001~0.005，P<0.010，S < 0.008，T[0] <0.0015，Als:0.015~0.045，余為Fe和其它不可避免的雜質(zhì);所述鋼的組織 為回火索氏體+少量下貝氏體，其中，車軸近表面回火索氏體含量為100%，車軸1/2半徑處 回火索氏體含量在80~90%。2. 如權(quán)利要求1所述的含鈮鈦動(dòng)車組車軸用鋼，其特征在于，按照重量百分比含有C: 0·29，Si:0·24，Μη:0·73，Cr:0·94，Ni:0·86，Mo:0·20，Cu:0·39，Zr:0·04，Nb:0·022，Ti: 0.019，Ca:0.001，Ρ:0·008，S:0.001，T[0] :0.0007，Als:0.022，余為Fe和其它不可避免的雜 質(zhì)。3. 如權(quán)利要求1或2所述的含鈮鈦動(dòng)車組車軸用鋼，其特征在于，鋼材的縱向力學(xué)性能 達(dá)至丨」：Rm: 750MPa~900MPa，ReL或RPo.2 2 600MPa，A 2 18%，Z 2 40 %，-40°C縱向沖擊吸收功KV2 2 150J;斷裂韌性Kq值2 120MPa · mV2;光滑試樣的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限RfL2 375MPa，缺口試 樣的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限RfE 2 310MPa，缺口敏感性RfL/RfE < 1.15;過盈量為0.04mm試樣的微 動(dòng)疲勞極限2 215MPa;鹽霧腐蝕14循環(huán)周次試樣的腐蝕疲勞極限為2 275MPa;鋼材的奧氏 體晶粒度大于等于8.0級(jí)。4. 如權(quán)利要求1-3所述含鈮鈦動(dòng)車組車軸用鋼的熱處理工藝，其特征在于，包括如下步 驟： (1) 正火:將含鈮鈦高速動(dòng)車組車軸用鋼加熱至溫度870~900°C，在該溫度段加熱保溫 時(shí)間按1.2~1.7min/mm計(jì)算，空冷； (2) 淬火:將含鈮鈦高速動(dòng)車組車軸用鋼加熱至溫度850~880 °C，在該溫度段加熱保溫 時(shí)間按1.5~2.0min/mm計(jì)算，水冷； (3) 回火:將含鈮鈦高速動(dòng)車組車軸用鋼加熱至溫度620~680°C，在該溫度段加熱保溫 時(shí)間按2~2.5min/mm計(jì)算，空冷至室溫。5. 如權(quán)利要求4所述含鈮鈦動(dòng)車組車軸用鋼的熱處理工藝，其特征在于，步驟（1)-(3) 中加熱速度均為50~100°C/h。6. 如權(quán)利要求4或5所述含鈮鈦動(dòng)車組車軸用鋼的熱處理工藝，其特征在于，步驟(2)中 在淬火槽中，通過噴嘴對(duì)車軸進(jìn)行水下噴水快速水冷至室溫。7. 如權(quán)利要求4-6所述含鈮鈦動(dòng)車組車軸用鋼的熱處理工藝，其特征在于，步驟（1)中 以80°C/h加熱至溫度890°C，加熱保溫時(shí)間300min，空冷。8. 如權(quán)利要求4-7所述含鈮鈦動(dòng)車組車軸用鋼的熱處理工藝，其特征在于，步驟(2)中 以80 °C /h加熱至溫度870 °C，加熱保溫時(shí)間270min，快速水冷。9. 如權(quán)利要求4-8所述含鈮鈦動(dòng)車組車軸用鋼的熱處理工藝，其特征在于，步驟(3)中 以80°C/h加熱至溫度650°C，加熱保溫時(shí)間420min，空冷；和/或，步驟(2)冷卻速度控制在 1.5 ~2.5°C/s〇10. 如權(quán)利要求4-9所述含鈮鈦動(dòng)車組車軸用鋼的熱處理工藝，其特征在于，其應(yīng)用于 含鈮鈦動(dòng)車組車軸用鋼生產(chǎn)工藝中，該工藝包括如下步驟：電弧爐或轉(zhuǎn)爐冶煉-LF爐精煉 -RH或VD真空脫氣-連鑄-鑄坯加熱爐加熱-車軸坯乳制-車軸坯鍛造-毛坯車軸粗車 -車軸齊端面加工-正火+調(diào)質(zhì)熱處理-車軸外圓精車加工-車軸內(nèi)孔鏜削加工-外圓磨 削4探傷。
【文檔編號(hào)】C21D1/28GK105821304SQ201610416941
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日
【發(fā)明人】孫維, 高海潮, 蘇世懷, 杜松林, 汪開忠, 龔志翔, 謝世紅
【申請(qǐng)人】馬鞍山鋼鐵股份有限公司