本发明专利技术涉及一种含钒动车组车轴用钢，其生产方法以及热处理工艺，按重量百分比包括组分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，V：0.05～0.10，Ca：0.001～0.005，P≤0.010，S≤0.008，[N]：0.0040～0.0070，T[O]≤0.0015，Als：0.015～0.045，余为Fe和其它不可避免的杂质；所述钢的组织为回火索氏体+少量下贝氏体，其中，车轴近表面回火索氏体含量为100％，车轴1/2半径处回火索氏体含量在80～90％；其塑性和韧性明显优于商业钢，其疲劳极限要显著高于商业钢，呈现出良好的强度韧性配合及优异的抗疲劳性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及合金钢领域，具体涉及用于抗拉强度750～900MPa、屈服强度≥600MPa、-40℃KV2≥150J，同时要求具有优异的抗疲劳性能的高速动车组车轴用钢及其热处理工艺。
技术介绍
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，特别是高速动车组车轴，其受力状态更为复杂。因此，高速动车组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，高速动车组车轴必须具有足够的可靠性和疲劳安全系数。高速动车组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，国内外十分重视对高速动车组车轴用钢的研发和疲劳性能的研究。随着我国高速铁路的快速发展，对动车组车轴的需要急剧增加，但目前仍主要依赖于进口，因此，迫切需要开发适用于我国铁路发展特点的高强高韧及长疲劳寿命的新材质车轴钢。近年来，国内外开展了抗疲劳破坏车轴钢的研究开发。如中国专利申请201110417295.9中的抗疲劳破坏车轴钢，仍然采用传统中碳车轴钢的高C含量思路，C含量(0.42～0.45％)较高，这使得钢的韧性较差，无法满足动车组车轴对韧性的要求，且抗疲劳性能改善的幅度有限高。中国专利申请201210384581.4中的一种新型空心车轴用合金钢，尽管碳含量较低，具有较好的强韧性配合，但疲劳强度仍较低。从欧洲引进的动车组车轴主要采用调质处理的合金钢EA4T，虽然给出了化学成分及力学性能要求，但没有给出关键热处理工艺参数，更重要的是钢中的影响淬透性的合金元素含量偏低，导致大规格的动车组车轴内部的组织(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。这些均在实际应用中受到了限制，更为关键的是车轴钢抗疲劳性能改善的幅度均有限，影响其推广应用。
技术实现思路
针对以上技术问题，本专利技术的目的在于提供一种含钒动车组车轴用钢，其生产方法以及热处理工艺，使其抗拉强度750～900MPa、屈服强度≥600MPa、-40℃KV2≥150J，同时要求具有优异的抗疲劳性能。具体技术方案如下：一种含钒动车组车轴用钢，按重量百分比包括组分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，V：0.05～0.10，Ca：0.001～0.005，P≤0.010，S≤0.008，[N]：0.0040～0.0070，T[O]≤0.0015，Als：0.015～0.045，余为Fe和其它不可避免的杂质；所述钢的组织为回火索氏体+少量下贝氏体，其中，车轴近表面回火索氏体含量为100％，车轴1/2半径处回火索氏体含量在80～90％。进一步地，按重量百分比包括组分C：0.27，Si：0.23，Mn：0.79，Cr：0.93，Ni：0.76，Mo：0.24，Cu：0.39，Zr：0.04，V：0.04，Ca：0.002，P：0.008，S：0.002，[N]：0.0045，T[O]：0.0007，Als：0.02，余为Fe和其它不可避免的杂质。进一步地，其纵向力学性能达到：Rm：750MPa～900MPa，ReL或Rp0.2≥600MPa，A≥18％，Z≥40％，-40℃纵向冲击吸收功KV2≥150J；断裂韧性KQ值≥120MPa·m1/2；光滑试样的旋转弯曲疲劳极限RfL≥375MPa，缺口试样的旋转弯曲疲劳极限RfE≥310MPa，缺口敏感性RfL/RfE≤1.15；过盈量为0.04mm试样的微动疲劳极限≥215MPa；盐雾腐蚀14循环周次试样的腐蚀疲劳极限为≥275MPa；或者，钢材的奥氏体晶粒度大于等于8.0级。上述含钒动车组车轴用钢的生产方法，包括如下步骤：(1)电弧炉或转炉冶炼；(2)LF炉精炼；(3)RH或VD真空脱气；(4)连铸；(5)铸坯加热炉加热；(6)车轴坯轧制；(7)车轴坯锻造；(8)毛坯车轴粗车；(9)热处理；(10)车轴外圆精车加工。进一步地，步骤(8)和(9)之间进一步包括步骤：车轴齐端面加工。进一步地，步骤(9)中采用正火+调质热处理。进一步地，还包括如下步骤：(11)车轴内孔镗削加工；(12)外圆磨削；(13)探伤。一种上述含钒动车组车轴用钢的热处理方法，包括如下步骤：a.正火：以加热速度50～100℃/h加热至温度870～900℃，在该温度段加热保温时间按1.2～1.7min/mm计算，空冷；b.淬火：以加热速度50～100℃/h加热至温度850～880℃，在该温度段加热保温时间按1.5～2.0min/mm计算，水冷；c.回火：以加热速度50～100℃/h加热至温度620～680℃，在该温度段加热保温时间按2～2.5min/mm计算，随后空冷至室温。进一步地，步骤a中，加热速度为80℃/h，加热至890℃，加热保温时间300min。进一步地，步骤b中，以80℃/h加热至温度870℃，加热保温时间270min，快速水冷；在淬火槽中通过喷嘴对车轴进行水下喷水快速水冷至室温，水冷冷却速度控制在1.5～2.5℃/s；步骤c中，以80℃/h加热至温度650℃，加热保温时间420min。与目前现有技术相比，本专利技术与现有技术相比具有强度高、抗疲劳性能优良的优点。可获得700MPa以上的高强度，其塑性和韧性明显优于商业钢，其疲劳极限要显著高于商业钢，呈现出良好的强度韧性配合及优异的抗疲劳性能。其中：Rm：750MPa～900MPa，ReL或Rp0.2≥600MPa，A≥18％，Z≥40％，-40℃纵向冲击吸收功KV2≥150J；断裂韧性KQ值≥120MPa·m1/2；光滑试样的旋转弯曲疲劳极限RfL≥375MPa，缺口试样的旋转弯曲疲劳极限RfE≥310MPa，缺口敏感性RfL/RfE≤1.15；过盈量为0.04mm试样的微动疲劳极限≥215MPa；盐雾腐蚀14循环周次试样的腐蚀疲劳极限为≥275MPa；钢材的奥氏体晶粒度大于等于8.0级；高速动车组车轴“正火+调质(淬火+高温回火)”热处理后钢的组织为回火索氏体+少量下贝氏体，其中，车轴近表面回火索氏体含量为100％，车轴1/2半径处回火索氏体含量在80～90％。具体实施方式下面对本专利技术进行详细描述，其为本专利技术多种实施方式中的一种优选实施例。在一个优选实施例中，一种含钒动车组车轴用钢，按重量百分比包括组分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，V：0.05～0.10，Ca：0.001～0.005，P≤0.010，S≤0.008，[N]：0.0040～0.0070，T[O]≤0.0015，Als：0.015～0.045，余为Fe和其它不可避免的杂质；所述钢的组织为回火索氏体+少量下贝氏体，其中，车轴近表面回火索氏体含量为100％，车轴1/2半径处回火索氏体本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含钒动车组车轴用钢，其特征在于，按重量百分比包括组分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，V：0.05～0.10，Ca：0.001～0.005，P≤0.010，S≤0.008，[N]：0.0040～0.0070，T[O]≤0.0015，Als：0.015～0.045，余为Fe和其它不可避免的杂质；所述钢的组织为回火索氏体+少量下贝氏体，其中，车轴近表面回火索氏体含量为100％，车轴1/2半径处回火索氏体含量在80～90％。
【技术特征摘要】
1.一种含钒动车组车轴用钢，其特征在于，按重量百分比包括组分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，V：0.05～0.10，Ca：0.001～0.005，P≤0.010，S≤0.008，[N]：0.0040～0.0070，T[O]≤0.0015，Als：0.015～0.045，余为Fe和其它不可避免的杂质；所述钢的组织为回火索氏体+少量下贝氏体，其中，车轴近表面回火索氏体含量为100％，车轴1/2半径处回火索氏体含量在80～90％。2.如权利要求1所述的含钒动车组车轴用钢，其特征在于，按重量百分比包括组分C：0.27，Si：0.23，Mn：0.79，Cr：0.93，Ni：0.76，Mo：0.24，Cu：0.39，Zr：0.04，V：0.04，Ca：0.002，P：0.008，S：0.002，[N]：0.0045，T[O]：0.0007，Als：0.02，余为Fe和其它不可避免的杂质。3.如权利要求1或2所述的含钒动车组车轴用钢，其特征在于，其纵向力学性能达到：Rm：750MPa～900MPa，ReL或Rp0.2≥600MPa，A≥18％，Z≥40％，-40℃纵向冲击吸收功KV2≥150J；断裂韧性KQ值≥120MPa·m1/2；光滑试样的旋转弯曲疲劳极限RfL≥375MPa，缺口试样的旋转弯曲疲劳极限RfE≥310MPa，缺口敏感性RfL/RfE≤1.15；过盈量为0.04mm试样的微动疲劳极限≥215MPa；盐雾腐蚀14循环周次试样的腐蚀疲劳极限为≥275MPa；或者，钢材的奥氏体晶粒度大于等于8.0级。4.一种如权利要求1-3所述含钒动车组车...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏世怀，汪开忠，杜松林，孙维，高海潮，龚志翔，胡芳忠，
申请(专利权)人：马鞍山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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