铁路货车车轴微合金钢的研究与开发

摘要

铁路作为传统的运输业,其能力和效率直接影响着国民经济的发展,在交通运输中占有主导地位。车轴是铁路货车的重要零部件之一,其质量与铁路运输安全密切相关。随着铁路货车提速重载的发展,2008年发生了“5.29”、“7.21”两起铁路货车冷切轴事故；现有的标准TB/T2945-1999中LZ50钢已经不能满足要求。为此,由中国铁道科学研究院金属及化学研究所提出了《铁路货车新材质车轴技术研究开发攻关规划(征求意见稿)》,目标是提高车轴强度及综合力学性能,同时其常态下疲劳性能、腐蚀疲劳性能均应优于现有LZ50钢车轴。
　　 论文研究的目的是通过研究获得的新材质车轴,其各项指标达到铁道部的基本要求,且有一定的富余量,满足大批量生产时控制的要求。
　　 论文首先介绍了国内外铁路货车车轴的现状、微合金化的发展优势、淮钢长流程生产线各个主要生产工艺以及车轴坯取样部位和热处理制度；其次参照各种文献确定加入的微合金元素的种类和针对铁道部对新材质车轴的基本要求,做了一系列的工业试验,确定加入微合金的数量；再次,试制成一炉合格的车轴用新材质钢坯；将其委托给车轴厂加工成RE2B型和RD2型车轴；通过分析新材质车轴,确认新材质车轴符合铁道部的要求。
　　 论文的主要结论:由于车轴的断面较大,且采用锻制方式生产,所以主要依靠V的沉淀强化而非传统的控轧控冷工艺对工件的强化；钒的氮化物和碳化物可以在低温奥氏体区能充分溶解,对控制奥氏体晶粒不起作用,钛的氮化物可以在高温下控制晶粒尺寸,因此,加入Ti控制钢的奥氏体晶粒度。由于采用转炉冶炼和RH真空脱气,导致钢中的N含量在40PPm-50PPm之间,在奥氏体中形成(Ti,V)N析出相使钢中有效钒量下降,而且在V-Ti钢中可能较早地出现了珠光体转变,这些因素都降低了V的析出强化效果；为了将钢的强度提高10％以上,并且保证其塑性不变,需要加入V0.030-0.10％和Ti0.020-0.060％；可以添加Cr0.20-0.30％,节约成本和增强钢的腐蚀疲劳性能。车轴检验结果表明:新研究开发的钢的化学成分(质量分数)为C0.50-0.57％、Si0.17-0.40％、Mn0.60.1.00％、Cr0.20-0.30％、Al0.02-0.06％、Ti0.020-0.060％、’V0.030-0.1 O％、S≤0.010％、P≤0.020％、Cu≤0.20％、[O]≤0.0015％、[N≤0.0060％；采用该钢制造的新型微合金钢车轴,强度高、塑性好,疲劳性能优于现有的LZ50钢车轴,其各项性能满足《铁路货车新材质车轴技术研究开发攻关规划(征求意见稿)》的基本要求。