CN109023107B - 一种超淬透性车轴钢 - Google Patents

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Abstract

一种超淬透性车轴钢，属于车轴钢技术领域。该钢中各元素的质量百分数为：C：0.22‑0.29％，Si：0.15‑0.40％，Mn：0.50‑0.80％，Cr：0.90‑1.20％，0.15‑0.30％，

Description

一种超淬透性车轴钢
技术领域
本发明属于车轴钢技术领域，特别是提供了一种微合金化超淬透性车轴钢。
背景技术
车轴作为高铁转向架的核心走行部件，将驱动力及制动力传递至车轮，同时在高速旋转过程中承受车体载荷，对高速铁路安全运行起决定性作用。因此，对车轴材料提出了极高的要求。一方面，对冶金质量要求苛刻，高洁净度、高均匀性、高致密度等；另一方面，对材料成分、车轴热处理工艺及两者综合形成的力学性能，尤其是疲劳性能，要求极其严格。在钢水洁净度达标的前提下，车轴钢淬透性偏低，组织控制不合理，是车轴疲劳强度不达标的直接原因。
目前国际上大规模使用的车轴用钢为EA4T，普遍作为200km/h以上高速列车车轴使用。EA4T钢是一种低碳CrMo低合金钢，在调质态使用，兼具强度与韧性。该钢种必须对大截面条件下的热处理制度，进行精细化控制，以得到完全淬透的组织。
1942年Grossmann发表经典性的研究，认为钢的淬透性只由其化学成份和奥氏体晶粒度决定。随后几十年的研究，联系这两个因素建立了可以精确估算淬透性的许多公式。在正常熔炼条件下，计算与实际能颇好地吻合。后来在熔炼过程中，人们发现钢水过热与过量脱氧剂的加入相结合，可以使钢的淬透性强烈地增加，使一个低合金钢获得中合金水平的淬透性。这种现象称做超淬透性效应。
实验表明，超淬透性处理非常强烈地降低铁素体的成长速度，即铁素体-奥氏体界面的迁移被强烈抑制。铁素体成长速度的降低推迟了珠光体的成长。这是因为铁素体的成长由C向奥氏体的扩散控制，而珠光体层状成长的过程提供了界面扩散的机会，所以珠光体的成长由铁素体的成长控制而非C的扩散。此外，珠光体形核于铁素体-奥氏体界面，只有当铁素体形成，并成长进入奥氏体，珠光体才开始形核。在正常钢中，铁素体迅速的成长保证珠光体形核机会多，而在超淬透性钢中，铁素体成长受到抑制，限制了转变初期珠光体形核。这就是珠光体转变孕育期延长的原因。
高过热度可以破坏液态合金的短程有序，某些合金元素的微观偏析在极高温时消失，导致碳化物形成元素分布更均匀，这些元素和碳原子间的键合比Fe-C牢固，致使奥氏体中C的扩散要求更高能量。短程有序的破坏还允许合金元素偏析到奥氏体晶界上，稳定奥氏体的元素在晶界上浓度增高。此外，某些合金元素与钢水中的氧和氮相互作用，可以吸收氮和氧原子而防止它们向晶界上偏聚。这样将减慢铁素体成长速度。
然而，为获得EA4T成分体系车轴钢的超淬透性控制工艺，目前尚无报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超淬透性车轴钢，提高车轴用钢的疲劳强度，获得EA4T超淬透性应当采用的脱氧剂类型、关键合金元素控制范围、过热度的控制以及破坏钢水短程有序的动力学控制手段。最终实现了EA4T钢的淬透性显著提高。
本发明的车轴钢中各元素的质量百分数为：C：0.22-0.29％，Si：0.15-0.40％，Mn：0.50-0.80％，Cr：0.90-1.20％，Mo：0.15-0.30％，
Figure BDA0001808861620000021
其余为Fe元素与其它杂质元素。
铝和硼元素与钢水中的氧和氮元素相互作用，可以吸收氮和氧原子而防止它们向晶界上偏聚。
炼钢过程中，控制钢水过热至150℃-220℃，在此过热条件下，微搅拌钢水时间≥15min。
过热应当达到150-220℃，同时，持续的过热度时间应当超过15min，以保合金元素的短程有序被破坏。
本发明的优点在于，该车轴钢的淬透性提高至原有钢的2倍以上。
具体实施方式
以下的实例用于阐述本发明，但本发明的保护范围并不仅限于以下实施例。以下实例采用60吨电炉-LF精炼炉-模铸进行冶炼与成型。
实施例1
(1)钢中各元素的质量百分数为：C＝0.26％，Si＝0.28％，Mn＝0.61％，Cr＝1.1％，Mo＝0.23％，Al＝0.026％，N＝0.0035％，B＝0.00010％，其余为Fe元素与其它杂质元素。
(2)浇注之前，钢水过热至183℃，微搅拌钢水时间17min。
(3)利用Jominy末端淬火试验，测得淬透性因子H(顶端至HV450位置的距离)来表征淬透性。本实施例淬透性因子为55mm。作为对比，常规EA4T的淬透性因子≤20mm。
实施例2
(1)钢中各元素的质量百分数为：C＝0.24％，Si＝0.36％，Mn＝0.77％，Cr＝0.91％，Mo＝0.16％，Al＝0.033％，N＝0.010％，B＝0.0010％，其余为Fe元素与其它杂质元素。
(2)浇注之前，钢水过热至159℃，微搅拌钢水时间18min。
(3)本实施例淬透性因子为50mm。作为对比，常规EA4T的淬透性因子≤20mm。

Claims (1)

1.一种超淬透性车轴钢，其特征在于；微合金化超淬透性车轴钢中各元素的质量百分数为：C：0.22-0.29％，Si：0.15-0.40％，Mn：0.50-0.80％，Cr：0.90-1.20％，Mo：0.15-0.30％，Al＝0.026％-0.033％，N＝0.0035％-0.010％，B＝0.00010％-0.0010％，同时满足
Figure FDA0002355881540000011
其余为Fe元素与其它杂质元素；
浇注之前，控制钢水过热至150℃-220℃，在此过热温度条件下，微搅拌钢水时间≥15min。
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