一種釩氮微合金化碳素鋼及其熱處理工藝,生產(chǎn)方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及重載車軸用釩氮微合金化碳素鋼及其熱處理工藝，具體涉及一種釩氮 微合金化碳素鋼及其熱處理工藝，生產(chǎn)方法和用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 車軸是車輛行走部分的關(guān)鍵零件，承受著車輛的自重和負(fù)荷，在車輛運(yùn)行和停車 時(shí)還承受沖擊力和制動力，是鐵路建設(shè)的三大關(guān)鍵零件（重軌、車軸和車輪）之一，火車軸 屬于超大型軸對稱階梯狀軸類零件，其最大直徑為200_左右，長度達(dá)2200mm左右。
[0003] 隨著鐵路高速、重載技術(shù)的快速發(fā)展，為了提高運(yùn)輸效率、減輕車箱重量、節(jié)約運(yùn) 輸成本以及延長車箱使用壽命，對制造高速重載車軸用鋼的強(qiáng)度級別和延伸性能、塑性、疲 勞性能等的要求不斷提高，這就對車軸材料相關(guān)技術(shù)提出了更高的要求。目前，常用的車軸 材料主要有35鋼和50鋼，其中，前者強(qiáng)度級別偏低，后者延伸性能、塑性不足，不能滿足30t 以上軸重車軸制造要求。因此，很有必要開發(fā)出新型重載車軸用鋼，使其既具有50鋼的強(qiáng) 度級別，又擁有35鋼的延伸性能、塑性指標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種釩氮微合金化碳素鋼及其熱處理工藝，生產(chǎn)方法和用 途，在少量增加成本的前提下，通過合適的熱處理工藝，利用釩氮化物的第二相析出，提高 重載列車車軸用鋼的強(qiáng)度、延伸性能、塑性、抗疲勞性和低溫韌性，進(jìn)而顯著提高重載列車 車軸用鋼的整體性能、壽命和安全性，使重載列車車軸用鋼的生產(chǎn)工藝更加簡易、高效，從 而生產(chǎn)出低成本高性能的重載列車車軸用鋼。具體技術(shù)方案如下：
[0005] 一種釩氮微合金化碳素鋼，按照質(zhì)量百分比含有如下組分：C:0. 39~0. 45,Si: 0? 15 ~0? 40,Mn:0? 60 ~0? 90,P:彡 0? 015,S:彡 0? 010,V:0? 12 ~0? 16，[N] :0? 012 ~ 0. 016,Als:0. 015~0. 050,其余為鐵和殘余的微量雜質(zhì)。
[0006] 進(jìn)一步地，熱處理后鋼材的組織為珠光體+鐵素體，實(shí)際晶粒度彡7.0級；其縱向 力學(xué)性能為：匕彡670MPa，ReL或RpQ2> 375MPa，A彡22%，Z彡40%，20°C縱向沖擊吸收功 KU2> 50J，表面光滑試樣的疲勞極限Rfl彡320MPa。
[0007] 上述釩氮微合金化碳素鋼的熱處理工藝，包括如下步驟：
[0008] (1) -次正火：加熱至溫度870~920°C，加熱保溫時(shí)間按1. 2~1. 7min/mm計(jì)算， 冷卻；
[0009] (2)二次正火：加熱至溫度790~820°C，加熱保溫時(shí)間按1. 2~1. 7min/mm計(jì)算， 冷卻；
[0010] (3)回火：加熱至溫度520~560°C，加熱保溫時(shí)間按2~2. 5min/mm計(jì)算，冷卻。
[0011] 進(jìn)一步地，步驟（1)中，采用風(fēng)冷或氣霧冷卻。
[0012] 進(jìn)一步地，步驟（2)中，采用風(fēng)冷或氣霧冷卻。
[0013] 進(jìn)一步地，步驟（3)中，空冷至室溫。
[0014] 進(jìn)一步地，包括如下步驟：
[0015] (1) -次正火：加熱溫度900°C，加熱保溫時(shí)間300min，風(fēng)冷或氣霧冷卻；
[0016] (2)二次正火：加熱溫度800°C，加熱保溫時(shí)間300min，風(fēng)冷或氣霧冷卻；
[0017] (3)回火：加熱溫度540°C，加熱保溫時(shí)間450min，空冷。
[0018] 上述釩氮微合金化碳素鋼的生產(chǎn)方法，包括如下步驟：電弧爐或轉(zhuǎn)爐冶煉一LF爐 精煉一RH或VD真空脫氣一連鑄一鑄坯加熱爐加熱一車軸坯軋制一車軸鍛造一毛坯車軸粗 車一車軸齊端面加工一熱處理：一次正火+二次正火+回火一車軸外圓精車加工一車軸內(nèi) 孔鏜削加工一外圓磨削一探傷。
[0019] 上述釩氮微合金化碳素鋼的用途，用于重載車軸。
[0020] 進(jìn)一步地，含釩氮碳素列車車軸用鋼最大直徑為200mm左右、長度達(dá)2200mm左右。
[0021] 與目前現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過采用釩氮微合金化原理，結(jié)合對熱處理工藝優(yōu) 化，用細(xì)晶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化機(jī)制，得到具有均勻珠光體+鐵素體金相組織的重載車軸用釩氮 微合金化碳素鋼組織狀態(tài)，開發(fā)出了屈服強(qiáng)度為375MPa級的重載車軸用含釩氮碳素鋼，在 少量增加成本的前提下，顯著提高重載列車車軸用鋼的強(qiáng)度、延伸性能、塑性、抗疲勞性和 低溫韌性，進(jìn)而顯著提高重載列車車軸用鋼的整體性能、壽命和安全性，使重載列車車軸用 鋼的生產(chǎn)工藝更加簡易、高效，從而生產(chǎn)出低成本高性能的重載列車車軸用鋼。該技術(shù)生產(chǎn) 的產(chǎn)品完全滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，增強(qiáng)了企業(yè)的競爭力。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面根據(jù)附圖對本發(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。
[0023] 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，一種重載車軸用釩氮微合金化碳素鋼及其熱處理工藝，含 釩氮重載列車車軸用鋼化學(xué)成分的質(zhì)量百分比（wt% )為：C:0. 39~0. 45,Si:0. 15~ 0.40，Mn:0.60~0.90，P:<0.015，S:<0.010，V:0.12~0.16，[N]:0.012~0.016，Als: 0. 015~0. 050,其余為鐵和殘余的微量雜質(zhì)。本發(fā)明鋼以多元少量的合金化原則進(jìn)行了成 分設(shè)計(jì)：
[0024] (1)碳：C是主要強(qiáng)化元素，對鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性有很大影響，C過高會引起鋼 的塑性和韌性的降低。為保證鋼的塑性和韌性，C含量應(yīng)適當(dāng)降低，損失的強(qiáng)度則由其它 合金元素和微合金元素來彌補(bǔ)。綜合考慮，新型碳素車軸鋼的C含量范圍應(yīng)在0.39%~ 0. 45%為宜。
[0025] (2)硅：Si是固溶強(qiáng)化作用最明顯的元素，同時(shí)也是對韌性損失最大的元素。車軸 鋼強(qiáng)度水平要求不是太高，從綜合性能考慮，不采用Si作為主要強(qiáng)化元素，因此Si含量控 制在一般較低的水平，以不超過〇. 4%為宜，范圍考慮在0. 15%~0. 40%。
[0026] (3)錳：Mn主要起固溶強(qiáng)化作用。與Si不同的是Mn在1.0%含量以內(nèi)，其對韌性 并無損害，但隨著Mn含量的進(jìn)一步增加，鋼的韌性逐漸降低。因此車軸鋼設(shè)計(jì)Mn含量以不 超過1. 0%為宜，范圍可控制在0. 60%~0. 90%。
[0027] (4)釩：V是強(qiáng)的碳氮化物形成元素之一。添加微量V即可產(chǎn)生顯著的沉淀強(qiáng)化作 用，同時(shí)由于其特有的細(xì)化晶粒作用，可以使鋼保持細(xì)晶粒組織，從而彌補(bǔ)了由于沉淀強(qiáng)化 帶來的塑性和韌性的損失，可以保證鋼具有良好的綜合力學(xué)性能；同時(shí)，V可提高鋼的回火 穩(wěn)定性，同時(shí)改善鋼的沖擊韌性及回火脆性。但其價(jià)格昂貴。綜合考慮，V的范圍可控制在 0? 12%~0? 16%〇
[0028] (5)氮：含釩鋼中增氮促進(jìn)了碳氮化釩在奧氏體、鐵素體中的析出，釩氮鋼中不 僅析出相數(shù)量顯著增加，而且析出相的尺寸也明顯細(xì)化（析出相尺寸越細(xì)小，其析出強(qiáng)化 作用就越強(qiáng)）；同時(shí)，含釩鋼中增氮有效地阻止了鐵素體晶粒長大，起到細(xì)化鐵素體晶粒 的作用。二者共同作用，有效提高了鋼的強(qiáng)度和韌塑性。綜合考慮，[N]的范圍可控制在 0. 012%~0. 016%。
[0029] 釩氮微合金化碳素鋼重載車軸