[发明专利]一种耐寒大轴重货运列车用车轴及其热处理工艺和生产工艺

说明书

本发明公开了一种耐寒大轴重货运列车用车轴及其热处理工艺和生产工艺，所述车轴的化学成分及重量百分比为：C：0.35～0.40％，Si：0.20～0.40％，Mn：0.90～1.20％，Cr：0.70～0.90％，Ni：0.90～1.20％，Mo：0.10～0.20％，Nb：0.025～0.050％，V：0.050～0.10％，RE：0.002～0.005％，Ca：0.001～0.005％，P≤0.010％，S≤0.008％，T[O]≤0.0010％，[N]：0.050～0.0070％，Al：0.015～0.035％，其余为Fe和其它不可避免的杂质；其抗拉强度≥700MPa、屈服强度≥400MPa、‑20℃纵向冲击功KU₂≥80J，‑20℃横向冲击功KU₂≥60J，‑50℃纵向冲击功KU₂≥40J，表面光滑试样的疲劳极限R_fL≥380MPa，表面带有缺口试样的疲劳极限R_fE≥280MPa，缺口敏感指数R_fL/R_fE≤1.30，经济型高强高韧及长疲劳寿命的新材质货用列车用大轴重车轴。

技术领域

本发明属于轨道交通新零部件材料领域，具体涉及一种耐寒大轴重货运列车用车轴及其热处理工艺和生产工艺。

背景技术

铁路货车作为轨道交通装备的重要组成部分，与机车、客车(高铁、城际、地铁)三足鼎立，共同组成完整的轨道交通载运准备体系。其中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，特别是大轴重矿山运输列车用车轴，其受力状态更为复杂。

纵观世界各发达国家国铁货车运输的技术发展历史，铁路货车始终以“多拉快跑”即重载快捷为基本目标和发展方向，是提高货运能力和综合经济效益的有效途径。其中，以北美、澳大利亚为典型代表的国家高运输效率的37.5t以下大轴重重载货运列车得到普遍应用，但世界范围内40t至45t轴重列车应用较少。随着重载铁路的进一步发展，必须进行与之匹配的轮轴等产品开发，高的强韧匹配性以及安全性是重载轮轴等产品的发展方向。

目前国内货车车轴主要为30t轴重及以下，使用最多的是LZ50车轴钢，北美、澳大利亚37.5t以下大轴重重载货运列车用车轴主要采用AARM-101F级钢。随着货用列车轴重的增加，车轴在整体热处理后存在着强韧性配合较低等缺陷。根据相关标准进行大轴重车轴设计及强度校核，车轴的运行安全性与缺口敏感指数q值(q＝R_fL/R_fE)及车轴的规格有较大的关系，为了确保安全性，目前均采用增加规格的方法进行轴型设计，导致列车自重增加，车轴成产成本偏高，这些均在实际应用中受到了限制。

从运用环境温度来看，北美以及欧洲俄罗斯地区，环境最低温度达到-50℃以下，这对材料是极其严格的考验，目前国内外均无相关研究。也没有-50℃大轴重车轴材料的技术指标，尤其是低温韧性指标。如果能够设计出一种全新的材料，使在低温下的韧性水平能够达到珠光体-铁素体钢车轴材料在常温下的韧性水平，即能确保其低温服役安全性。因此，迫切需要开发适一种经济型耐寒高强高韧及长疲劳寿命的新材质货用列车大轴重车轴。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明开发了一种耐寒大轴重货运列车用车轴及其热处理工艺和生产工艺，提供了一种抗拉强度(Rm)≥700MPa、屈服强度≥400MPa、-20℃纵向冲击功KU₂(缺口深度为5mm)≥80J，-20℃横向冲击功KU₂(缺口深度为5mm)≥60J，-50℃纵向冲击功KU₂(缺口深度为5mm)≥40J，表面光滑试样的疲劳极限R_fL≥380MPa，表面带有缺口试样的疲劳极限R_fE≥280MPa，缺口敏感指数R_fL/R_fE≤1.30，经济型高强高韧及长疲劳寿命的新材质货用列车用大轴重车轴。

本发明采取的技术方案为：