一种铁路货车车轴用钢及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于冶金领域，具体地，本发明涉及一种铁路货车车轴用钢及其制造方法。
【背景技术】
[0002]车轴是铁道车辆走行部分的重要部件，它们承受着车辆的全部重量，在列车运行和停车时，还要经受冲击力和制动力的作用，在高速和重载的状态下，受力情况就更为复杂，其质量状态直接关系到铁路运输安全。出于安全上的考虑，对火车车轴有严格的技术要求:比如，要求有足够的强度与冲击韧性，以保证在最高速度和最大载荷条件下绝对安全可靠；有良好的耐腐蚀性，以保证使用寿命；有良好的抗疲劳性能，以满足车轴的安全性。
[0003]我国目前普遍采用碳素钢车轴，由于这种钢轴疲劳强度低，使用寿命短，轮轴压装部位易出现横向裂纹，无法适应今后列车大轴重，大运量的发展要求。
[0004]近年来，随着我国铁路运输的快速发展，铁路货车轴重不断增加，行车速度不断提高，对铁路货车车轴的性能提出了更高的要求，现有以LZ50车轴钢为代表的碳素钢车轴无论在力学性能还是疲劳性能等方面已不能满足大轴重货车的使用要求，同时现有碳素钢车轴基本不具备耐腐蚀性能，容易造成在腐蚀环境下车轴的提前破坏，给列车运行造成较大的安全隐患。
[0005]因此，如何高效率地制造出一种具有良好强韧性配合，以及具有耐腐蚀性能的铁路货车车轴用钢还有待于进一步研宄和开发。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了克服现有技术中的碳素钢车轴的力学性能和疲劳性能差，以及不具备耐腐蚀性能的缺陷，而提供一种铁路货车车轴用钢及其制造方法。
[0007]为了实现上述目的，本发明提供一种铁路货车车轴用钢，其中，所述铁路货车车轴用钢含有Fe、C、S1、Mn、V、Al、Cr、N1、Mo、P和S，以该铁路货车车轴用钢的总重量为基准，C的含量为0.4-0.5重量%，Si的含量为0.17-0.37重量%，Mn的含量为0.5-0.8重量％，P的含量为小于等于0.02重量％，S的含量为小于等于0.015重量％，V的含量为0.06-0.15重
的含量为0.02-0.045重量％，Cr的含量为0.4-0.65重量％，Ni的含量为0.15-0.3重量％，Mo的含量为0.07-0.15重量％，铁的含量为97-98.23重量％。
[0008]本发明提供了一种铁路货车车轴用钢的制造方法，该方法包括以下步骤:
[0009](I)转炉冶炼:将半钢或脱硫铁水进行冶炼，且在吹炼过程中加入活性石灰以实现脱磷脱硫以及出钢中化学成分的调控；
[0010](2)精炼炉精炼:加入铝丸和/或高碱度精炼渣以实现对钢水中化学成分的调控；
[0011](3)循环真空脱气:控制真空脱气的条件以对钢水中化学成分进行微调；
[0012](4)连铸:采用全程保护浇铸；
[0013](5)连轧:采用连续式加热炉对经步骤(4)后的铸坯进行加热，然后轧制成车轴钢坯。
[0014]本发明还提供了由该方法制备的铁路货车车轴用钢。
[0015]本发明针对30吨轴重铁路重载货车对车轴钢的要求，利用钒微合金化技术及连铸工艺，结合LF-RH钢水精炼(即，铁水预处理、转炉冶炼、LF炉精炼(精炼炉精炼)、RH真空脱气(循环真空脱气)、方坯连铸和大型型钢轧机轧制)开发的一种新材质铁路货车车轴，与现用的LZ50车轴钢相比，综合性能提高10%以上，具备经济、批量生产的能力，能够满足今后30吨轴重铁路货车的需求，具有广阔的应用前景。
[0016]本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【具体实施方式】
[0017]以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0018]本发明提供了一种铁路货车车轴用钢，其中，所述铁路货车车轴用钢含有Fe、C、S1、Mn、V、Al、Cr、N1、Mo、P和S，以该铁路货车车轴用钢的总重量为基准，C的含量可以为0.4-0.5重量％，Si的含量可以为0.17-0.37重量％，Mn的含量可以为0.5-0.8重量％，P的含量可以为小于等于0.02重量％，优选为0.01-0.02重量％，S的含量可以为小于等于0.015重量％，优选为0.01-0.015重量％，V的含量可以为0.06-0.15重量％，A1的含量可以为0.02-0.045重量％，优选为0.02-0.045重量％，Cr的含量可以为0.4-0.65重量％，Ni的含量可以为0.15-0.3重量％，Mo的含量可以为0.07-0.15重量％，铁的含量可以为97-98.23 重量％，优选为 97.22-97.83 重量％。
[0019]根据本发明，Al表示钢中的全铝，也可用Alt表示；还有一种Als，表示钢中的酸溶销O
[0020]根据本发明，本申请的发明人经过大量科学实验发现，C为主要强化元素，对钢的强度、塑性和韧性有很大影响，碳过高会引起钢的塑性和韧性的降低。如LZ50钢车轴主要靠碳作为强化元素，选择碳含量较高；如果采用合金钢或低合金钢材质，碳含量必须适当降低，碳含量降低损失的强度由其它合金元素来弥补，以保证钢的塑性和韧性。因此，综合考虑铁路货车车轴用钢中化学成分碳的含量可以为0.40-0.50重量％，优选为0.40-0.48重量％，能够保证钢的塑性和韧性。
[0021]根据本发明，本申请的发明人经过大量科学实验发现，Si为固溶强化作用最明显的元素，同时也是对韧性损失最大的元素，车轴钢强度水平要求不是太高，从综合性能考虑，不采用硅作为主要强化元素，因此硅含量控制在一般较低的水平，可以控制在
0.17-0.37重量％为宜，优选为0.20-0.30重量％。
[0022]根据本发明，本申请的发明人经过大量科学实验发现，Mn主要起固溶强化作用，但与硅不同的是，Mn含量在0.8重量％以内，其对韧性并无损害，但随着Mn含量的进一步增加，钢的韧性逐渐降低，因此，铁路货车车轴用钢的锰含量可以控制在0.50-0.80重量％，优选为0.65-0.80重量％为宜。
[0023]根据本发明，本申请的发明人经过大量科学实验发现，Cr主要固溶于铁素体，起固溶强化作用，但铬的固溶强化作用较弱，对钢的强度提高不明显，其主要作用是增大奥氏体过冷能力，从而细化组织，得到强化效果。此外，铬对耐蚀性能也有很好的作用，含量较低的铬对韧性和脆性转变温度也有良好的影响。因此，从耐蚀性和改善韧性考虑，铁路货车车轴用钢的铬含量可以控制在0.40-0.65重量％，优选为0.50-0.60重量％为宜。
[0024]根据本发明，本申请的发明人经过大量科学实验发现，Mo对钢的强化作用与锰相当，比铬显著，其主要作用是增加奥氏体过冷能力，有细化组织、提高强度的效果。但钼对韧性的影响很不利，随着钼含量的增加，韧性显著下降。因此，铁路货车车轴用钢的钼含量可以控制在0.07-0.15重量％，优选为0.10-0.15重量％为宜。
[0025]根据本发明，本申请的发明人经过大量科学实验发现，Ni和铬的作用相近，但其最大的好处是有利于改善钢的韧性并可降低脆性转变温度，因此，铁路货车车轴用钢的镍含量可以控制在0.15-0.30重量％，优选为0.20-0.25重量％为宜。
[0026]根据本发明，本申请的发明人经过大量科学实验发现，V为强碳化物形成元素之一，添加微量钒即可产生显著的沉淀强化作用，同时由于其特有的细化晶粒作用，可以使钢保持细晶粒组织，从而弥补了由于沉淀强化带来的塑性和韧性的损失，可以保证钢具有良好的综合力学性能，因此添加适量的钒来提高强度以保证由于降碳带来的强度损失是必要的。因此，铁路货车车轴用钢的钒含量可以控制在0.06-0.15重量％，优选为0.08-0.12重量％为宜。
[0027]根据本发明，该铁路货车车轴用钢中还含有其它不可避免的杂质元素，例如，O、N以及少量的铜等等。
[0028]根据本发明，该铁路货车车轴用钢的抗拉强度可以达720_760MPa，屈服强度可以达410-450MPa，断后伸长率可以达20-22 %，断面收缩率可以达40-50%，纵向冲击功可以达50-60J，横向冲击功可以达40-50J，以及钢的晶粒度可以达7-9级。
[0029]本发明的铁路货车车轴用钢的化学成分及性能完全满足《大轴重铁路货车用LZ45CrV车轴钢坯试制技术条件》规定的技术指标要求。
[0030]本发明还提供了一种铁路货车车轴用钢的制造方法，其中，该方法包括以下步骤:
[0031](I)转炉冶炼:将半钢或脱硫铁水进行冶炼，且在吹炼过程中加入活性石灰以实现脱磷脱硫以及出钢中化学成分的调控；
[0032](2)精炼炉精炼:加入铝丸和/或高碱度精炼渣以实现对钢水中化学成分的调控；
[0033](3)循环