铁道用车轴的制作方法
【专利摘要】提供具有优异的疲劳极限和疲劳缺口系数的铁道用车轴。本实施方式的铁道用车轴具有如下化学组成：以质量％计含有C：0.20～0.35％、Si：0.20～0.65％、Mn：0.40～1.20％、P：0.020％以下、S：0.020％以下、Cu：0～0.30％、Ni：0～0.30％、Cr：0～0.30％、Mo：0～0.08％、Al：0～0.100％、N：0.0200％以下、V：0～0.060％、以及Ti：0～0.020％、余量由Fe和杂质组成，且满足式(1)和式(2)。0.58≤C+Si/8+Mn/5+Cu/10+Cr/4+V≤0.67(1)Si+0.9Cr≥0.50(2)其中，式(1)和式(2)中的各元素符号代入对应的元素的含量(质量％)。
【专利说明】
铁道用车轴
技术领域
[0001] 本发明设及铁道用车轴。
【背景技术】
[0002] 铁道用车轴支撑着车辆的重量。进而，铁道用车轴在车辆每次通过（曲线通过）曲 线状的轨道时，承受着由车轮与轨道的接触而产生的水平方向的力。即，车轮每转一次，铁 道用车轴会反复承受旋转弯曲的应力。而且，曲线通过时，其弯曲应力的振幅变大。
[0003] 对于运种铁道用车轴，要求有高的疲劳极限。特别是，车轴需要在其结构上设计与 车轮、齿轮、轴承的配合部。已知:配合部受到由微动疲劳导致的损伤。另外，非配合部中不 仅有由通常的疲劳导致的损伤，还有由飞石、腐蚀而产生伤痕、凹坑、W及由此导致疲劳极 限降低的担屯、。
[0004] 日本特开平6-33219号公报（专利文献1)、日本特开平10-8204号公报（专利文献 2)、日本特开平10-8202号公报(专利文献3)、日本特开平11-279696号公报(专利文献4)、日 本特开2001-206002号公报(专利文献5)、日本特开2000-73140号公报(专利文献6)中提出 了疲劳极限优异的铁道用车轴。
[0005] 专利文献1公开了如下内容。该文献的铁道用车轴进行了离子氮化处理。其结果， 车轴中，与车轮的配合部具有：由10~20WI1的F64N(丫）相形成的表面化合物层;和其正下方 的最高硬度WHv计为280W上的扩散层。由此，专利文献1中记载了能够获得疲劳极限高的 车轴。
[0006] 专利文献2和专利文献3公开了如下内容。运些文献中公开的铁道用车轴W质量％ 计含有：C:0.3 ~0.48%、Si:0.05~l%、Mn:0.5~2%、Cr:0.5~1.5%、Mo:0.15~0.3%、 Ni:0~2.4%。该车轴中，在配合车轮的表面部，维氏硬度为400W上的有效硬化层深度在1 ~4.5mm的范围内，其内部存在马氏体或贝氏体的区域。专利文献2和3中记载了上述铁道用 车轴具有高的疲劳极限。
[0007] 专利文献4公开了如下内容。该文献中公开的铁道用车轴W质量％计含有:C:0.3 ~0.48%、Si:0.05~l%、Mn:0.5~2%、Cr:0.5~1.5%、Mo:0.15~0.3%、?及Ni:0~ 2.4%。该车轴的配合部具有维氏硬度为400W上的硬化层，其内部具有回火马氏体或贝氏 体的区域。该车轴中，硬化层的深度为5.OmmW上，且为配合部直径的10% W下。专利文献4 中记载了上述铁道用车轴具有高微动疲劳极限。
[000引专利文献5公开了如下内容。该文献中公开的铁道用车轴W质量％计含有:C:0.30 ~0.48%、Si :0.05~1.0%、Mn :0.5~2.0%、0:0.5~1.5 %、Mo :0.15~0.30 %、Ni:0~ 2.4%。上述车轴的0.2%耐力为700~1200MPa。进而，上述车轴的配合部与圆角部两者的表 层部具有通过按压加工或喷丸硬化处理而形成的硬化层。专利文献5中记载了上述铁道用 车轴具有高微动疲劳极限。
[0009]专利文献6公开了如下内容。该文献中公开了铁道用车轴W质量％计含有:C:0.3 ~0.48%、51:0.05~1%、]?11:0.5~2%、吐：0~1.5%、]\1〇:0~0.3%、化：0~2.4%。该车轴 的配合端部与其周边区域具有维氏硬度为400W上的硬化层。硬化层的厚度化)相对于配合 部直径(D)之比化/D)为0.005~0.05。硬化层的上侧部分具有0.02~2%的B。专利文献6中 记载了上述铁道用车轴具有优异的疲劳极限。
[0010] 现有技术文献
[0011] 专利文献
[0012] 专利文献1:日本特开平6-33219号公报
[0013] 专利文献2:日本特开平10-8204号公报
[0014] 专利文献3:日本特开平10-8202号公报
[0015] 专利文献4:日本特开平11-279696号公报
[0016] 专利文献5:日本特开2001-206002号公报
[0017] 专利文献6:日本特开2000-73140号公报
[0018] 对于专利文献1~6中公开的铁道用车轴，实施离子氮化或高频泽火而形成硬化 层。该硬化层使与车轮的配合部中的微动疲劳极限提高。因此，能够使配合部的直径接近于 与非配合部的直径相近的尺寸。
[0019] 此外，铁道用车轴中，也有不实施高频泽火而实施正火的情况。实施正火而制造的 铁道用车轴不具有硬化层。因此，使配合部的微动疲劳极限提高的效果较少。然而，通过使 配合部的直径大于非配合部的直径，可W避免由微动导致的损伤。然而，即使是运种铁道用 车轴，在非配合部中也要求有高的疲劳极限。
[0020] 为了提高车轴的非配合部的疲劳极限，优选可W抑制裂纹的产生，且也可W抑制 裂纹的扩展。将通过使用了平滑试验片的旋转弯曲疲劳试验得到的疲劳极限定义为"平滑 疲劳极限"Op。进而，将通过使用了缺口试验片的旋转弯曲试验得到的疲劳极限定义为"缺 口疲劳极限"On。平滑疲劳极限Op和缺口疲劳极限On越高车轴的非配合部的疲劳极限越高。
[0021] 进而，将由W下式定义的系数定义为疲劳缺口系数。
[0022] 疲劳缺口系数=平滑疲劳极限Op/缺口疲劳极限曰n
[0023] 疲劳缺口系数越低，由缺口导致的疲劳极限降低越小。疲劳缺口系数越低，是指相 对于飞石、擦伤、腐蚀凹坑等实际的车轴的使用中所假设的意外现象，其安全性越高。因此， 欧州的设计标准EN13103 :2001 (Railway Applications Wheelsets and bogies-Non- powered axles-Design Method，20~23页）中，W疲劳缺口系数为基础确定所需安全率。因 此，铁道用车轴中，要求有高的疲劳极限和低疲劳缺口系数。上述专利文献1~6中，针对疲 劳极限进行了研究。然而，针对安全性的指標即疲劳缺口系数未进行研究。
【发明内容】
[0024] 本发明的目的在于，提供具有优异的疲劳极限和疲劳缺口系数的铁道用车轴。
[0025] 本实施方式的铁道用车轴具有如下化学组成：W质量％计含有:C: 0.20~0.35 %、 81:0.20~0.65%、]?11:0.40~1.20%、口:0.020%从下、5:0.020%从下、化：0~0.30%、化：0 ~0.30%、化：0 ~0.30%、Mo:0~0.08%、Al:0~0.100%、N:0.0200%?下、V:0~0.060%、 W及Ti:0~0.020%，余量由化和杂质组成，满足式（1)和式(2)。
[0026] 0.58《C+Si/8+Mn/5+Cu/10+Cr/4+V《0.67 (1)
[0027] Si+0.9Cr>0.50 (2)
[0028] 其中，式(1)和式(2)中的各元素符号代入对应的元素的含量(质量％)。
[0029] 本实施方式的铁道用车轴具有优异的疲劳极限和疲劳缺口系数。
【附图说明】
[0030] 图1为实施例中使用的平滑试验片的侧视图。
[0031] 图2为实施例中使用的缺口试验片的环状缺口部分的截面图。
【具体实施方式】
[0032] 本发明人等针对铁道用车轴的疲劳极限和疲劳缺口系数进行了调查和研究。其结 果，本发明人等得到如下见解。
[0033] (A)疲劳极限（平滑疲劳极限Op和缺口疲劳极限On) W及疲劳缺口系数受到拉伸强 度的影响。拉伸强度受到钢中的C、Si、MnXu、化、V含量的影响。
[0034] 定义为Fl=C+Si/8+Mn/5+Cu/10+Cr/4+V。如果F1低于0.58,则铁道用车轴的拉伸 强度低于590MPa。此时，无法得到高的疲劳极限（平滑疲劳极限Op和缺口疲劳极限On)。另一 方面，如果F1超过0.67，则拉伸强度TS超过650MPa。此时，疲劳缺日系数会变得过高。F1为 0.58~0.67时，拉伸强度成为590~650M化。因此，能够获得优异的疲劳极限和疲劳缺口系 数。
[0035] (B)C含量越低，平滑疲劳极限Op越高。作为其理由，可W认为如下内容。C含量越 高，在钢的显微组织中，铁素体所占的体积率下称为铁素体比率)变低。如果铁素体比率 变低，则钢整体的硬度(平均硬度)与铁素体的硬度之差变大。此时，对于铁素体，按照平均 硬度来说容易产生裂纹。另一方面，如果C含量变低，则铁素体率变高。此时，钢整体的平均 硬度与铁素体硬度之差变小。因此，对于铁素体，按照平均硬度来说不易产生裂纹。如上，若 C含量低，则平滑疲劳极限Op变高。
[0036] 如果C含量为0.35% W下，则铁素体比率充分变高，如果拉伸强度为590MPa W上， 则平滑疲劳极限Op变成化OMPa W上。
[0037] (C)如上所述，疲劳缺口系数越低，由缺口导致的疲劳极限降低越小。因此，相对于 铁道用车轴的意外现象的安全性变高。然而，缺口疲劳极限由缺口底部产生的裂纹是否扩 展所决定。因此，若铁素体比率变得过高，则在相对于珠光体相硬度较低的铁素体中裂纹容 易扩展。因此，如果提高铁素体比率，平滑疲劳极限虽然变高，但是缺口疲劳极限变低。其结 果，作为两者之比的疲劳缺口系数有变高的可能性。因此，本实施方式中，含有满足式(2)的 Cr 和 Si。
[003引 Si+0.9Cr>0.50 (2)
[0039] 其中，式(2)中的各元素符号代入对应的元素的含量(质量％)。
[0040] Cr和Si通过固溶强化使铁素体的强度提高。因此，铁素体内，能够抑制裂纹扩展。 其结果，即使铁素体比率变高，也可W避免缺口疲劳极限的降低，且将疲劳缺口系数抑制得 较低。具体而言，可W使疲劳缺口系数为1.47 W下。
[0041] 基于W上见解所完成的本实施方式的铁道用车轴具有如下化学成分：W质量％计 含有：C:0.20~0.35%、51:0.20~0.65%、]?11:0.40~1.20%、口：0.020%^下、5:0.020%^ 下、Cu:0~0.30%、Ni:0~0.30%、Cr:0~0.30%、Mo:0~0.08%、Al:0~0.100%、N: 0.0200% W下、V:0~0.060%、W及Ti:0~0.020%，余量由Fe和杂质组成，且满足式a)和 式(2)。
[0042] 0.58《C+Si/8+Mn/5+Cu/10+Cr/4+V《0.67 (1)
[0043] Si+0.9Cr>0.50 (2)
[0044] 其中，式(1)和式(2)中的各元素符号代入对应的元素的含量(质量％)。
[0045] 优选的是，上述化学组成含有Ti:0.003~0.015%，进一步优选的是，含有Ti: 0.003 ~0.007%。
[0046] Ti为任意元素。Ti与钢中的N结合而生成微细的TiN，从而使铁素体析出强化。因 此，能够得到优异的疲劳缺口系数。需要说明的是，微细的TiN不易变成裂纹的产生位点。因 此，由于TiN不易降低平滑疲劳极限。但是，若TiN大量存在，则成为裂纹扩展的路径。因此， 若Ti含量过多，则缺口疲劳极限降低，疲劳缺口系数变大。
[0047] W下，针对本实施方式的铁道用车轴进行详细说明。
[004引[化学组成]
[0049]本实施方式的铁道用车轴的化学组成含有如下元素。
[0化0] C:0.20 ~0.35%
[0051] 碳(C)使钢的强度提高。如果C含量过低，则无法获得该效果。另一方面，如果C含量 过高，则铁素体比率降低。若铁素体比率降低，则平滑疲劳极限Op降低。因此，C含量为0.20 ~0.35% dC含量的优选下限为0.25 %、进一步优选为0.30% dC含量的优选上限为0.34%、 进一步优选为0.33 %。
[0052] Si:0.20 ~0.65%
[0053] 娃(Si)使钢脱氧。Si进一步使铁素体固溶强化。其结果，疲劳缺口系数降低。如果 Si含量过低，则无法获得该效果。另一方面，如果Si含量过高，则初性降低。因此，Si含量为 0.20~0.65 % dSI含量的优选下限为0.25 %、进一步优选为0.30 %、进一步优选为0.35 %。 Si含量的优选上限为0.60%、进一步优选为0.55%、进一步优选为0.50%、进一步优选为 0.48%。
[0054] Mn:0.40~1.20 %
[0055] 儘(Mn)使钢的强度提高。Mn含量过低，则无法获得该效果。另一方面，Mn含量过高， 钢的初性降低。因此，Mn含量为0.40~1.20%。胞含量的优选下限为0.50%、进一步优选为 0.60%、进一步优选为0.70%。胞含量的优选上限为1.15%、进一步优选为1.10%、进一步 优选为1.05 %。
[0056] P:〇.〇20%W 下
[0057] 憐(P)为杂质。P在晶界偏析，使钢的疲劳极限降低。因此，P含量为0.020% W下。P 含量的优选上限为0.018%、进一步优选为0.015% dP含量优选尽可能低。
[0化引 8:0.020%? 下
[0059] 硫（S)为杂质。S与Mn结合而生成硫化物，使钢的疲劳极限降低。因此，S含量为 0.020 % W下。S含量的优选上限为0.015 %、进一步优选为0.010 %。S含量优选尽可能低。
[0060] Cu:0~0.30%
[0061] 铜(Cu)为任意元素，也可W不含有。含有的情况下，Cu使钢的强度提高。如果Cu含 量过低，则无法获得该效果。另一方面，如果Cu含量过高，则热加工性降低。因此，Cu含量为0 ~0.30 % dCu含量的优选下限为0.01 %、进一步优选为0.02 % dCu含量的优选上限为 0.20%、进一步优选为0.10%、进一步优选为0.05%。
[0062] 化:〇~0.30%
[0063] 儀(Ni)为任意元素，也可W不含有。含有的情况下，Ni使钢的强度提高。如果M含 量过低，则无法获得该效果。另一方面，如果M含量过高，则上述效果饱和。因此，Ni含量为0 ~0.30% dNI含量的优选下限为0.01 %、进一步优选为0.02%、进一步优选为0.04% dNI含 量的优选上限低于0.20%、进一步优选为0.15%、进一步优选为0.10%。
[0064] Cr:0~0.30%
[0065] 铭(Cr)为任意元素，也可W不含有。含有的情况下，Cr使铁素体固溶强化。其结果， 疲劳缺口系数降低。如果化含量过低，则无法获得该效果。另一方面，如果Cr含量过高，则钢 的初性降低。因此，Cr含量为0~0.30% Xr含量的优选下限高于0.10%、进一步优选为 0.15 %、进一步优选为0.20 %。吐含量的优选上限低于0.30 %、进一步优选为0.29 %、进一 步优选为0.28 %。
[0066] Mo:0~0.08 %
[0067] 钢(Mo)为任意元素，也可W不含有。含有的情况下，Mo使钢的强度提高。如果Mo含 量过低，则无法获得该效果。另一方面，如果Mo含量过高，则珠光体中的层状渗碳体的形态 发生素乱，疲劳极限降低。因此，Mo含量为0~0.08%。齡含量的优选下限为0.005%、进一步 优选为0.01 % dMo含量的优选上限低于0.08%、进一步优选为0.06%、进一步优选为 0.04%。
[006引 A1:0 ~0.100%
[0069] 侣(A1)为任意元素，也可W不含有。含有的情况下，A1使钢脱氧。A1进而与N结合而 形成A1N，从而使晶粒微细化。其结果，钢的初性提高。如果A1含量过低，则无法获得该效果。 另一方面，如果A1含量过高，则生成粗大的氧化物系夹杂物，钢的疲劳极限降低。因此，A1含 量为0~0.100% dAI含量的优选下限为0.0050%、进一步优选为0.010%、进一步优选为 0.015% dAI含量的优选上限为0.080%、进一步优选为0.060%、进一步优选为0.050%。本 说明书中，A1含量为酸溶Al(sol.Al)的含量。
[0070] N:0.0200%w 下
[0071] 氮(N)是不可避免地含有的。N与A1等结合而形成微细的氮化物，使晶粒微细化。然 而，如果N含量过高，则形成粗大的氮化物，使钢的疲劳极限降低。因此，N含量为0.0200%? 下。N含量的优选上限为0.0150%、进一步优选为0.0100%、进一步优选为0.0070%。
[0072] V:0 ~0.060%
[0073] 饥(V)为任意元素，也可W不含有。含有的情况下，V与N、C结合而形成V(C、N)，使晶 粒微细化，从而提高钢的强度。如果V含量过低，则无法获得该效果。另一方面，如果V含量过 高，则钢的初性降低。因此，V含量为0~0.060% dV含量的优选上限为0.030%、进一步优选 为0.020%、进一步优选为0.010% dV含量的优选下限为0.005%。
[0074] 本实施方式的铁道用车轴的化学组成的余量为Fe和杂质。其中，杂质是指工业上 制造钢材料时作为原料的矿石、废料，或从制造环境等混入的物质，在不会对本实施方式的 铁道用车轴造成不良影响的范围内是容许的。
[0075] 本实施方式的铁道用车轴可W含有Ti代替化的一部分。
[0076] Ti:0 ~0.020%
[0077] 铁(Ti)为任意元素，也可W不含有。含有的情况下，Ti与N结合而形成微细的TiN， 使钢的强度提高。TiN进一步使晶粒微细化。其结果，Ti使平滑疲劳极限和缺口疲劳极限提 高。然而，如果Ti含量过高，则TiN析出物成为裂纹的路径，使裂纹扩展变得容易。因此，疲劳 缺口系数变高。因此，Ti含量为0~0.020% dTI含量的优选下限为0.002%、进一步优选为 0.003% dTI含量的优选上限为0.015%、进一步优选为0.010%、进一步优选为0.007%。如 果Ti含量为0.007%?下，则疲劳缺口系数显著降低。
[0078] [关于式（1)]
[0079] 本实施方式的铁道用车轴的化学组成还满足式(1)。
[0080] 0.58《C+Si/8+Mn/5+Cu/10+Cr/4+V《0.67 (1)
[0081] 式(1)中的元素符号代入对应的元素的含量(质量％)。
[0082] 定义为Fl = C+Si/8+Mn/5+Cu/10+Cr/4+V。如果F1过低，则铁道用车轴的拉伸强度 TS低于590MPa。此时，疲劳极限变低。具体而言，平滑疲劳极限Op和缺口疲劳极限On变低、平 滑疲劳极限Op低于化OMpa和/或缺口疲劳极限On低于170MPa。
[0083] 另一方面，如果F1过高，则拉伸强度TS超过650MPa。如果拉伸强度TS变高，则平滑 疲劳极限Op和缺口疲劳极限On也变高。然而，伴随拉伸强度TS的上升，缺口疲劳极限On的上 升程度小于平滑疲劳极限Op的上升程度。因此，若拉伸强度TS超过650MPa，则疲劳缺口系数 变得过高。
[0084] 如果F1为0.58~0.67,则铁道用车轴的拉伸强度TS为590M化~650M化，成为适应 的范围。因此，疲劳极限和疲劳缺口系数也变成适当的值。
[0085] F1的优选下限高于0.58、进一步优选为0.60、进一步优选为0.61、进一步优选为 0.62 dFI的优选上限低于0.67、进一步优选为0.66、进一步优选为0.65。
[0086] [关于式（2)]
[0087] 本实施方式的铁道用车轴的化学组成还满足式(2)。
[008引 Si+0.9Cr>0.50 (2)
[0089] 式(2)中的各元素符号中代入对应的元素的含量(质量％)。
[0090] 如上所述，Si和Cr使钢中的铁素体的强度提高。因此，Si和Cr能抑制裂纹的扩展。 其结果，疲劳缺口系数变低。需要说明的是，Si和Cr不易对钢中的铁素体比率造成影响。
[0091] 定义为F2 = Si+0.9Cr。如果F2过低，则疲劳缺口系数变得过高，则裂纹容易扩展。 如果F2为0.50 W上，则疲劳缺口系数变成1.47 W下，能够抑制由缺口导致的疲劳极限降低。
[0092] F2的优选下限高于0.50，进一步优选为0.55、进一步优选为0.60。
[0093] [制造方法]
[0094] 对本实施方式的铁道用车轴的制造方法的一个例子进行说明。
[00%]制造具有上述化学组成的钢水。使用钢水制造钢锭。对钢锭实施热锻，制造具有车 轴形状的粗制品。针对制造的粗制品，实施正火。具体而言，在高于Aci相变点的热处理溫度 下保持粗制品，然后，自然冷却。正火后，可W在低于Aci点的热处理溫度下实施回火。
[0096] 实施上述热处理后，对粗制品实施机械加工，制造铁道用车轴。
[0097] 实施例
[0098] 制造各种化学组成的铁道用车轴，针对拉伸强度和疲劳极限进行调查。
[0099] [试验方法]
[0100] 制造具有表1所示的化学组成的钢水。
[0101] [表 1]
[0102]
[0103]表1中的"FI"栏中记载了对应的试验编号的化学组成的FI值。"F2"栏中记载了对 应的试验编号的化学组成的F2值。
[0104] 参照表1，试验编号7~15的钢水的化学组成在本实施方式的铁道用车轴的化学组 成的范围内。另一方面，试验编号1~6的钢水的化学组成是不适合的。
[0105] [铁道用车轴的制造]
[0106] 由试验编号1~15的钢水制造钢锭。将钢锭加热至1250°C后，进行热锻而制造具有 直径200mm的车轴形状的粗制品。对各粗制品实施正火。正火的热处理溫度为880°C。正火 后，对粗制品实施机械加工而制造铁道用车轴。从各试验编号的铁道用车轴采集如下试验 片。
[0107] [平滑试验片的制作]
[0108] 由各试验编号的铁道用车轴制作图1所示形状的平滑试验片。试验片的采集位置 为车轴表面附近，采集方向是W试验片长度方向与车轴长度方向一致的方式进行的。图1中 的数值是指尺寸(单位为mm)。平滑试验片的横截形状(与轴线垂直的截面)为圆。平滑试验 片的平行部的直径为10mm，夹持部的直径为15mm。其他尺寸如图1所示。
[0109] [缺口试验片的制作]
[0110] 由各试验编号的铁道用车轴制作缺口试验片。试验片的采集位置W及采集方向与 前述平滑试验片相同。而且，缺口试验片的整体形状与图1的平滑试验片相同。缺口试验片 中，进而，在平行部的中央部形成图2所示的深度0.1mm、缺口底部曲率半径0.04mm的环状缺 口。图2中的数值表示缺口的各尺寸(单位为mm)。
[0111] [旋转弯曲疲劳极限试验]
[0112] 对各试验编号的平滑试验片和缺口试验片实施小野式旋转弯曲疲劳试验。小野式 旋转弯曲疲劳试验中的试验数为各试验编号分别取6个平滑、缺口试验片。试验时的转速设 为3600rpm，在常溫（25°C)、大气中实施试验。对于直至重复次数为1.0X107次为止也不断 裂的情况，从而中止试验，判定为未断裂。疲劳极限的判定基于IS01 2107: 2003(E) (Metallic materials-Fatigue testing-Statistical planning and analysis of data, 19页）中记载的改进阶梯法(modified staircase method)进行。本方法中的应力的 台阶为lOMPa，若断裂则降低相应的台阶程度的应力，若未断裂，则提高相应的台阶程度的 应力而得到的结果，对该结果进行统计处理，从而求出与50%破坏概率相对应的疲劳极限。 作为如此得到的疲劳极限，定义平滑疲劳极限Op、缺口疲劳极限〇n(单位为MPa)。需要说明的 是，缺口疲劳极限On是通过公称应力而评价的，该公称应力是将弯曲力矩除W缺口底部的 横截面(直径9.8mm的圆形)的截面系数而求出的。
[0113] [拉伸试验]
[0114] 由各试验编号的铁道用车轴通过机械加工制作棒状的拉伸试验片。拉伸试验片是 从铁道用车轴的R/2位置(在车轴的横截面，将车轴的中屯、轴与外周面之间进行2等分的位 置)采集的。拉伸试验片的长度方向与车轴的长度方向平行。使用所采集的拉伸试验片，在 常溫(25°C)、大气中实施拉伸试验，求出拉伸强度TS(MPa)。
[0115] [试验结果]
[0116] 将试验结果示于表2。
[0117] [表 2]
[011 引
[0119] 巧2甲的-TS 'e甲记栽J
脊巧猶綱巧的巧伸强巧(MPa)栏中记载了平滑疲劳 极限(MPa)。V'栏中记载了缺口疲劳极限(MPa)。"〇p/〇n"栏中记载了疲劳缺口系数。
[0120] 参照表1和表2,试验编号7~15的铁道用车轴的化学组成是适合的，F1满足式（1)， F2满足式(2)。因此，拉伸强度为590~650MPa。进而，平滑疲劳极限Op为250MPaW上，缺口疲 劳极限On为170MPaW上。进而，疲劳缺口系数〇p/〇n为1.47W下。因此，试验编号7~15的铁道 用车轴具有优异的疲劳极限和疲劳缺口系数。
[0121 ] 进而，试验编号8~10的Ti含量为0.015 % W下。因此，与Ti含量超过0.015%的试 验编号7相比，疲劳缺口系数低。特别是，Ti含量为0.007% W下的试验编号9和10与Ti含量 超过0.007%的试验编号8相比，疲劳缺口系数低。另一方面，未添加 Ti的试验编号11与具有 大致相同的拉伸强度且含有0.006%的Ti的试验编号10相比，平滑.缺口的两疲劳极限均 稍低。
[0122] 另一方面，试验编号1的铁道用车轴额C含量过高。因此，平滑疲劳极限Op低。
[0123] 试验编号2的铁道用车轴的各元素的含量是适合的。然而，F2不满足式(2)。因此， 缺口疲劳极限On低，疲劳缺日系数〇p/〇n高。
[0124] 试验编号3的铁道用车轴的各元素的含量是适合的。然而，F1低于式（1)的下限。因 此，拉伸强度TS变得过低，且平滑疲劳极限Op低。
[0125] 试验编号4和5的铁道用车轴的各元素的含量是适合的。然而，F1超过式（1)的上 限。因此，拉伸强度TS变得过高。进而，疲劳缺口系数〇p/〇n变得过高。
[0126] 试验编号6的铁道用车轴的Ti含量过高。因此，疲劳缺口系数〇p/〇n变得过高。
[0127] W上，对本发明的实施方式进行了说明。然而，上述实施方式只不过是用于实施本 发明的示例。因此，本发明并不受上述实施方式的限制，也可W在不脱离其主旨的范围内适 宜变更上述实施方式来实施。
【主权项】
1. 一种铁道用车轴，其具有如下化学组成： 以质量％计含有： C:0.20 ~0.35%、 Si:0.20 ~0.65%、 Mn:0.40 ~1.20%、 Ρ:0·020% 以下、 S:0.020% 以下、 Cu:0 ~0.30%、 Ni:0 ~0.30%、 Cr:0 ~0.30%、 Mo:0 ~0.08%、 A1:0 ~0.100%、 Ν:0·0200% 以下、 V:0 ~0.060%、以及 Ti:0 ~0.020%、 余量由Fe和杂质组成， 且满足式(1)和式(2)， 0.58^C+Si/8+Mn/5+Cu/10+Cr/4+V^0.67 (1) Si+0.9Cr^0.50 (2) 其中，式(1)和式(2)中的各元素符号代入对应的元素的质量％含量。2. 根据权利要求1所述的铁道用车轴， 所述化学组成含有Ti : 0.003~0.015 %。
【文档编号】C21D8/00GK106062228SQ201580010223
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2015年2月25日
【发明人】牧野泰三, 竹下幸辉, 水井直光, 若洲豊
【申请人】新日铁住金株式会社