[发明专利]高强、高韧、高塑性车轴碳素钢及其锻件的热处理工艺

说明书

一种高强、高韧、高塑性车轴碳素钢及其锻件的热处理工艺，属于金属材料及其热处理技术领域，解决AAR M101 F级车轴钢强度高、塑韧性差的技术问题，解决方案为：车轴碳素钢的化学成分及其质量比为：C:0.47~0.52wt%，Si:0.20~0.35wt%，Mn:0.70~0.80wt%，V:0.45~0.08wt%，Al：0.020~0.040wt%，S:≤0.015 wt%，P:≤0.015 wt%。车轴碳素钢的锻件采用“一次正火+回火”的热处理工艺，热处理后的锻件同时具有高强度、高塑性、高韧性，相对于现有铁路客货车用车轴钢具有更优的强韧性匹配，更有利于提高车轴的抗疲劳等综合服役性能。

技术领域

本发明属于金属材料及其热处理技术领域，具体涉及一种高强、高韧、高塑性车轴碳素钢及其锻件的热处理工艺。

背景技术

AAR M101 F级车轴钢是一种普通碳素钢，其具有下列质量比的化学成分C:0.45~0.59wt%，Si:≥0.15wt%，Mn:0.70~1.00wt%，V:0.02~0.08wt%，S:≤0.050 wt%，P:≤0.045wt%。 其锻件一般采用二次正火+回火的热处理工艺，可以获得性能指标：抗拉强度≥645MPa，屈服强度≥362MPa，延伸率≥20%，断面收缩率≥35%，常温下冲击功仅为8J~10J(U型缺口，缺口深度5mm)。

该AAR M101 F级车轴钢经过热处理工艺后可以获得较高的强度，但是塑韧性一般，冲击韧性会降低。如何让此车轴钢锻件在获得高强度的同时，也可以获得高塑性、高韧性，是机车类车轴亟待解决的技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，解决AAR M101 F级车轴钢强度高、塑韧性差的技术问题，本发明提供一种高强、高韧、高塑性车轴碳素钢及其锻件的热处理工艺，通过化学成分设计以及调整后续锻件的热处理工艺，实现AAR M101 F级车轴钢高强、高韧、高塑性的要求。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。

一种高强、高韧、高塑性车轴碳素钢，其化学成分及其质量比为：C:0.47~0.52wt%，Si: 0.20~0.35wt%，Mn:0.70~0.80wt%，V:0.45~0.08wt%，Al：0.020~0.040wt%，S:≤0.015wt%，P:≤0.015 wt%。

本发明采用C、Mn、Si、V、Al含量优化组合，避免了Mo、Ni等贵重合金的加入，保留其碳素钢本质的前提下，未提高原材料成本。

其中：

C：0.47~0.52wt%，Si: 0.20~0.35wt%，Mn:0.70~0.80wt%，在降低车轴钢组分中的碳含量的同时降低Si、Mn元素含量的上限，可提高钢的韧性；

V:0.45~0.08wt%，Al：0.020~0.040wt%，可以避免因晶粒度粗化，车轴在正火时出现粗晶组织的质量问题，使钢中形成足够细小、弥散分布的难熔化合物-ALN(氮化铝)，和细小、弥散的碳、氮化物V(C、N)，二者一起阻止奥氏体晶粒的长大；对Al元素含量进行控制，保证了钢水的脱氧量，同时保证了钢水中适量的氮化铝，细化晶粒的同时又不影响钢的韧性；V元素可以提高钢的强度和韧性；

S:≤0.015 wt%；P:≤0.015 wt%，降低P、S含量，有利于降低钢的脆性倾向。

一种高强、高韧、高塑性车轴碳素钢的锻件的热处理工艺，即采用“一次正火+回火”代替传统“二次正火+回火” 的热处理工艺，包括以下步骤：

S1、车轴碳素钢压力加工成锻件后进行正火处理：正火时奥氏体化温度为820℃~830℃，保温时间3.5~5h，保温结束后实施强冷；

S2、正火处理后的锻件重新加热至560℃~580℃进行回火处理，保温时间3.5~5h，保温结束后实施强冷。