CN104862599A - 一种铁路货车车轴用钢及其制造方法 - Google Patents

一种铁路货车车轴用钢及其制造方法 Download PDF

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刘建华
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李扬州
王彦忠
王代文
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Abstract

本发明公开了一种铁路货车车轴用钢及其制造方法，该方法包括以下步骤：(1)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；(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；(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；(4)连铸：采用全程保护浇铸；(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。本发明的铁路货车车轴用钢，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。

Description

一种铁路货车车轴用钢及其制造方法
技术领域
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
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。
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。
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。
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究和开发。
发明内容
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。
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、Si、Mn、V、Al、Cr、Ni、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重量％，Al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％。
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：
(1)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；
(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；
(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；
(4)连铸：采用全程保护浇铸；
(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。
本发明还提供了由该方法制备的铁路货车车轴用钢。
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。
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
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。
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、Si、Mn、V、Al、Cr、Ni、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％，Al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％。
根据本发明，Al表示钢中的全铝，也可用Alt表示；还有一种Als，表示钢中的酸溶铝。
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。
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％。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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：
(1)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；
(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；
(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；
(4)连铸：采用全程保护浇铸；
(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。
根据本发明，在步骤(1)中，采用半钢或脱硫铁水冶炼，且入炉铁水S的含量可以≤0.010重量％，优选为0.005-0.008重量％。
根据本发明，在步骤(1)中，可以在吹炼过程中加入活性石灰进行脱磷和脱硫处理，所述活性石灰与所述半钢或所述脱硫铁水的用量的重量比可以为1：30-40，优选为1：32-36。
根据本发明，在步骤(1)中，可以采用增碳法冶炼，出钢温度可以为≥1670℃，优选为1670-1690℃，冶炼终点控制：C可以为0.08-0.10重量％，P可以为0.006-0.01重量％，S可以为0.006-0.01重量％；以及出钢成分控制如下：
在出钢中，以出钢的总重量为基准，C的含量可以为0.36-0.42重量％、Si的含量可以为0.15-0.25重量％、Mn的含量可以为0.45-0.65重量％、V的含量可以为0.08-0.14重量％、Al的含量可以为0.05-0.07重量％、Cr的含量可以为0.4-0.6重量％、Ni的含量可以为0.15-0.25重量％、Mo的含量可以为0.08-0.12重量％。
根据本发明，在步骤(1)中，出钢过程可以采用无烟煤增碳，可以加Fe-Al脱氧剂预脱氧，同时加高碳铬铁、钼铁、钒铁、硅铁、锰硅合金进行合金化。出完钢后，可以向钢包内喂铝线，喂线全过程必须吹氩，喂线速度可以为7m/s-10m/s。
根据本发明，在步骤(2)中，钢水进站后可以先加热化渣，再加入铝丸、高碱度精炼渣进行精炼；以及所述高碱度精炼渣可以含有CaO、SiO2和Al2O3中的一种或多种，且CaO的含量可以为45-60重量％，SiO2的含量小于15重量％，优选为5-15重量％，Al2O3的含量可以为20-30重量％。
根据本发明，在步骤(2)中，出钢钢水温度控制范围可以为1575-1585℃。
根据本发明，在步骤(2)中，出钢成分控制如下：
在出钢中，以出钢的总重量为基准，C的含量可以为0.36-0.42重量％，Si的含量可以为0.15-0.25重量％，Mn的含量可以为0.45-0.65重量％，V的含量可以为0.08-0.14重量％，Al的含量可以为0.04-0.055重量％，Cr的含量可以为0.4-0.6重量％，Ni的含量可以为0.15-0.25重量％，Mo的含量可以为0.08-0.12重量％，Fe的含量为97.515-98.29重量％。
根据本发明，在步骤(3)中，真空处理后期根据真空处理前钢水成分对钢水成分进行微调，合金加完后的均匀化时间可以为≥5min，优选为5-7min。
根据本发明，在步骤(3)中，所述真空脱气的条件可以包括：真空室氩气流量可以为1200NL/min-1400NL/min，真空度可以≤3mbar，优选为1-3mbar，处理时间可以为15-18min。
根据本发明，在步骤(3)中，出钢钢水温度可以为1535-1550℃，以及出钢成分控制如下：
在出钢中，以出钢的总重量为基准，C的含量可以为0.42-0.46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，优选为0.55-0.75重量％，P的含量可以为小于等于0.02重量％，优选为0.015-0.02重量％，S的含量可以为小于等于0.015重量％，优选为0.010-0.015重量％，V的含量可以为0.06-0.15重量％，Al的含量可以为0.04-0.045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％，Fe的含量为大于等于97.04重量％，优选为97.09-98.115重量％。
根据本发明，在步骤(4)中，铸坯规格可以为360mm×450mm。
根据本发明，在步骤(4)中，可以采用全程保护浇铸，在本发明中，所述全程保护浇铸指的是长水口采用密封圈加吹氩保护，结晶器采用中低碳钢保护渣。
根据本发明，在步骤(4)中，浇注温度可以为1510-1525℃，拉速可以为0.5m/min-0.55m/min。
根据本发明，在步骤(5)中，可以采用连续式加热炉对连铸坯进行加热，然后在950型钢轧机上轧制成所需规格的车轴钢坯。
根据本发明，在步骤(5)中，加热的温度可以为1250-1280℃，加热的总时间可以为3.5-4.5小时。
根据本发明，在步骤(5)中，可以采用11道孔型轧制，最大道次压下量不小于75mm，优选为75-80mm为宜。
本发明还提供了一种由上述方法制备的铁路货车车轴用钢。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中，本发明制备的铁路货车车轴用钢的化学成分根据国家相关标准和测试方法测得。
本发明制备的铁路货车车轴用钢的晶粒度采用购自德国蔡氏公司型号为ZEISS MeF3大型金相显微镜测得。
本发明制备的铁路货车车轴用钢的抗拉强度采用购自中国上海新三思公司型号为SHT5605-P微机控制电液伺服万能试验机测得；屈服强度采用购自中国上海新三思公司型号为SHT5605-P微机控制电液伺服万能试验机测得；断后伸长率采用购自中国上海新三思公司型号为SHT5605-P微机控制电液伺服万能试验机测得；断面收缩率采用购自中国上海新三思公司型号为SHT5605-P微机控制电液伺服万能试验机测得；纵向冲击功采用购自中国深圳新三思公司型号为ZBC2302全自动冲击试验机测得；横向冲击功采用购自中国深圳新三思公司型号为ZBC2302全自动冲击试验机测得。
实施例1
(1)转炉冶炼：在120吨顶底复吹转炉上进行冶炼，吹炼过程中加3t活性石灰进行脱磷和脱硫处理，出钢温度为1690℃；冶炼终点控制：C的含量为0.08重量％，P的含量为0.006重量％，S的含量为0.005重量％；出钢过程采用无烟煤增碳，加Fe-Al脱氧剂预脱氧，同时采用高碳铬铁、钼铁、钒铁、硅铁、锰硅合金进行合金化；出完钢后，向钢包内喂铝线进行深度脱氧；以及出钢成分控制如下：
在出钢中，以出钢的总重量为基准，C的含量为0.36重量％、Si的含量为0.15重量％、Mn的含量为0.45重量％、V的含量为0.08重量％、Al的含量为0.05重量％、Cr的含量为0.40重量％、Ni的含量为0.15重量％、Mo的含量为0.08重量％。
(2)LF精炼：在130吨LF精炼炉中对钢水进行精炼，精炼过程加铝丸和高碱度精炼渣(CaO含量为45重量％，SiO2含量为15重量％，Al2O3含量为20重量％)脱硫和去除夹杂物；出钢钢水温度为1575℃；以及出钢成分控制如下：
在出钢中，以出钢的总重量为基准，C的含量为0.36重量％、Si的含量为0.15重量％、Mn的含量为0.45重量％、V的含量为0.08重量％、Al为的含量为0.04重量％、Cr的含量为0.40重量％、Ni的含量为0.15重量％、Mo的含量为0.08重量％，Fe的含量为98.29重量％。
(3)RH真空处理：采用130吨RH真空处理炉对钢水进行真空脱气，以进一步降低H、O、N含量，同时对钢水成分进行微调，出钢钢水温度为1535℃，以及出钢成分控制如下：
在出钢中，以出钢的总重量为基准，C的含量为0.42重量％，Si的含量为0.17重量％，Mn的含量为0.55重量％，P的含量为0.02重量％，S的含量为0.015重量％，V的含量为0.06重量％，Al的含量为0.04重量％，Cr的含量为0.4重量％，Ni的含量为0.15重量％，Mo的含量为0.07重量％，Fe的含量为98.105重量％；
(4)大方坯连铸：采用四机四流方坯连铸机，在浇注温度为1510℃下浇注成360mm×450mm断面的连铸方坯；
(5)轧制：采用步进式加热炉对连铸方坯进行加热，采用950型钢轧机进行轧制，最终轧制成260mm×260mm断面的车轴坯。
结果所得铁路货车车轴用钢的化学成分为：
在出钢中，以出钢的总重量为基准，C的含量为0.45重量％，Si的含量为0.26重量％，Mn的含量为0.71重量％，Cr的含量为0.49重量％，Ni的含量为0.17重量％，Mo的含量为0.08重量％，V的含量为0.08重量％，Al的含量0.027重量％，P的含量为0.013重量％，S的含量为0.006重量％，Cu的含量为0.04重量％，N的含量为0.0059重量％，O的含量为0.0014重量％，Fe的含量为97.6667重量％。
将260mm×260mm车轴坯经一次正火和一次回火后测得的力学性能如下：
抗拉强度Rm＝773MPa，屈服强度Rel＝445MPa，延伸率A＝20.0％，断面缩率Z＝47％，室温冲击功KU2，纵向＝51J，横向＝47J；以及钢的晶粒度为9.0级。
实施例2
(1)转炉冶炼：在120吨顶底复吹转炉上进行冶炼，吹炼过程中加4t活性石灰进行脱磷和脱硫处理，出钢温度为1670℃；冶炼终点控制：C的含量为0.1重量％，P的含量为0.01重量％，S的含量为0.01重量％；出钢过程采用无烟煤增碳，加Fe-Al脱氧剂预脱氧，同时采用高碳铬铁、钼铁、钒铁、硅铁、锰硅合金进行合金化；出完钢后，向钢包内喂铝线进行深度脱氧；以及出钢成分控制如下：
在出钢中，以出钢的总重量为基准，C的含量为0.42重量％、Si的含量为0.25重量％、Mn的含量为0.65重量％、V的含量为0.14重量％、Al的含量为0.07重量％、Cr的含量为0.6重量％、Ni的含量为0.25重量％、Mo的含量为0.12重量％。
(2)LF精炼：在130吨LF精炼炉中对钢水进行精炼，精炼过程加铝丸和高碱度精炼渣(CaO含量为45重量％，SiO2含量为15重量％，Al2O3含量为20重量％)脱硫和去除夹杂物；出钢钢水温度为1585℃；以及出钢成分控制如下：
在出钢中，以出钢的总重量为基准，C为0.42重量％、Si为0.25重量％、Mn为0.65重量％、V为0.14重量％、Al为0.045重量％、Cr为0.6重量％、Ni为0.25重量％、Mo为0.12重量％，Fe的含量为97.525重量％。
(3)RH真空处理：采用130吨RH真空处理炉对钢水进行真空脱气，以进一步降低H、O、N含量，同时对钢水成分进行微调，出钢钢水温度为1550℃，以及出钢成分控制如下：
在出钢中，以出钢的总重量为基准，C的含量为0.48重量％，Si的含量为0.37重量％，Mn的含量为0.85重量％，P的含量为0.02重量％，S的含量为0.015重量％，V的含量为0.15重量％，Al的含量为0.045重量％，Cr的含量为0.65重量％，Ni的含量为0.3重量％，Mo的含量为0.15重量％，Fe的含量为96.97重量％；
(4)大方坯连铸：采用四机四流方坯连铸机，在浇注温度为1520℃下浇注成360mm×450mm断面的连铸方坯；
(5)轧制：采用步进式加热炉对连铸方坯进行加热，采用950型钢轧机进行轧制，最终轧制成260mm×260mm断面的车轴坯。
结果所得铁路货车车轴用钢的化学成分为：
在出钢中，以出钢的总重量为基准，C的含量为0.42重量％，Si的含量为0.25重量％，Mn的含量为0.67重量％，Cr的含量为0.55重量％，Ni的含量为0.19重量％，Mo的含量为0.09重量％，V的含量为0.08重量％，Al的含量为0.022重量％，P的含量为0.008重量％，S的含量为0.007重量％的，Cu的含量为0.04重量％，N的含量为0.0061重量％，O的含量为0.0012重量％，Fe的含量为97.6657重量％。
将260mm×260mm车轴坯经一次正火和一次回火后测得的力学性能如下：
抗拉强度Rm＝760MPa，屈服强度Rel＝435MPa，延伸率A＝21.0％，断面缩率Z＝48％，室温冲击功KU2，纵向＝57J，横向＝42J；以及钢的晶粒度为8.5级。
实施例3
(1)转炉冶炼：在120吨顶底复吹转炉上进行冶炼，吹炼过程中加3.5t活性石灰进行脱磷和脱硫处理，出钢温度为1680℃；冶炼终点控制：C的含量为0.09重量％，P的含量为0.008重量％，S的含量为0.007重量％；出钢过程采用无烟煤增碳，加Fe-Al脱氧剂预脱氧，同时采用高碳铬铁、钼铁、钒铁、硅铁、锰硅合金进行合金化；出完钢后，向钢包内喂铝线进行深度脱氧；以及出钢成分控制如下：
在出钢中，以出钢的总重量为基准，P的含量为0重量％、S的含量为0.009重量％、C的含量为0.4重量％、Si的含量为0.2重量％、Mn的含量为0.5重量％、V的含量为0.1重量％、Al的含量为0.06重量％、Cr的含量为0.5重量％、Ni的含量为0.2重量％、Mo的含量为0.09重量％。
(2)LF精炼：在130吨LF精炼炉中对钢水进行精炼，精炼过程加铝丸和高碱度精炼渣(CaO含量为45重量％，SiO2含量为15重量％，Al2O3含量为20重量％)脱硫和去除夹杂物；出钢钢水温度为1580℃；以及出钢成分控制如下：
在出钢中，以出钢的总重量为基准，C的含量为0.38重量％、Si的含量为0.2重量％、Mn的含量为0.5重量％、V的含量为0.09重量％、Al的含量为0.045重量％、Cr的含量为0.5重量％、Ni的含量为0.2重量％、Mo的含量为0.09重量％，Fe的含量为97.995重量％。
(3)RH真空处理：采用130吨RH真空处理炉对钢水进行真空脱气，以进一步降低H、O、N含量，同时对钢水成分进行微调，出钢钢水温度为1540℃，以及出钢成分控制如下：
在出钢中，以出钢的总重量为基准，C的含量为0.45重量％，Si的含量为0.3重量％，Mn的含量为0.6重量％，P的含量为0.02重量％，S的含量为0.015重量％，V的含量为0.08重量％，Al的含量为0.042重量％，Cr的含量为0.55重量％，Ni的含量为0.2重量％，Mo的含量为0.09重量％，Fe的含量为97.653重量％；
(4)大方坯连铸：采用四机四流方坯连铸机，在浇注温度为1510℃下浇注成360mm×450mm断面的连铸方坯；
(5)轧制：采用步进式加热炉对连铸方坯进行加热，采用950型钢轧机进行轧制，最终轧制成260mm×260mm断面的车轴坯。
结果所得铁路货车车轴用钢的化学成分为：
在出钢中，以出钢的总重量为基准，C的含量为0.44重量％，Si的含量为0.25重量％，Mn的含量为0.69重量％，Cr的含量为0.53重量％，Ni的含量为0.05重量％，Mo的含量为0.04重量％，V的含量为0.08重量％，Al的含量为0.028重量％，P的含量为0.012重量％，S的含量为0.005重量％，Cu的含量为0.03重量％，N的含量为0.0065重量％，O的含量为0.0015重量％的，Fe的含量为97.837重量％。
将260mm×260mm车轴坯经一次正火和一次回火后测得的力学性能如下：
抗拉强度Rm＝730MPa，屈服强度Rel＝430MPa，延伸率A＝20.5％，断面缩率Z＝45％，室温冲击功KU2，纵向＝57J，横向＝47J；以及钢的晶粒度为7.0级。
对比例1
按照与实施例1相同的方法制备铁路货车车轴用钢，所不同的是：
(1)转炉冶炼铁路货车车轴钢在步骤(1)转炉冶炼过程中，吹炼过程中加3.5t活性石灰进行脱磷和脱硫处理，出钢温度为1690℃；冶炼终点控制：C的含量为0.08重量％，P的含量为0.10重量％，S的含量为0.08重量％；
结果导致出钢的化学成分如下：
在出钢中，以出钢的总重量为基准，C的含量为0.45重量％、Si的含量为0.3重量％、Mn的含量为0.40重量％、V的含量为0重量％、Al的含量为0.15重量％、Cr的含量为0重量％、Ni的含量为0重量％、Mo的含量为0重量％。
(2)LF精炼：在130吨LF精炼炉中对钢水进行精炼，精炼过程加铝丸和高碱度精炼渣(CaO的含量为45重量％，SiO2的含量为15重量％，Al2O3的含量为20重量％)脱硫和去除夹杂物；出钢钢水温度为1590℃；以及出钢成分控制如下：
在出钢中，以出钢的总重量为基准，C的含量为0.46重量％、Si的含量为0.25重量％、Mn的含量为0.75重量％、V的含量为0重量％、Al为的含量为0.030重量％、Cr的含量为0.15重量％、Ni的含量为0重量％、Mo的含量为0重量％，Fe的含量为98.09重量％。
(3)RH真空处理：采用130吨RH真空处理炉对钢水进行真空脱气，以进一步降低H、O、N含量，同时对钢水成分进行微调，出钢钢水温度为1545℃，以及出钢成分控制如下：
在出钢中，以出钢的总重量为基准，C的含量为0.50重量％，Si的含量为0.28重量％，Mn的含量为0.71重量％，P的含量为0.013重量％，S的含量为0.09重量％，V的含量为0重量％，Al的含量为0.040重量％，Cr的含量为0.20重量％，Ni的含量为0重量％，Mo的含量为0重量％，Fe的含量为98.17重量％；
同样经(4)大方坯连铸步骤和(5)轧制步骤。
结果所得铁路货车车轴用钢的成分控制如下：
在出钢中，以出钢的总重量为基准，C的含量为0.49重量％，Si的含量为0.26重量％，Mn的含量为0.71重量％，Cr的含量为0.20重量％，Ni的含量为0重量％，Mo的含量为0重量％，V的含量为0重量％，Al的含量为0.023重量％，P的含量为0.013重量％，S的含量为0.010重量％，Cu的含量为0.03重量％，N的含量为0.0029重量％，O的含量为0.0010重量％，Fe的含量为98.26重量％。
将260mm×260mm车轴坯经一次正火和一次回火后测得的力学性能如下：
抗拉强度Rm＝675MPa，屈服强度Rel＝360MPa，延伸率A＝24.5％，断面缩率Z＝47％，室温冲击功KU2，纵向＝43J，横向＝37J；以及钢的晶粒度为7.0级。
根据实施例1-3以及对比例1可以看出：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、RH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，抗拉强度、屈服强度、延伸率A、断面缩率、纵向室温冲击功、横向室温冲击功都显著提高；以及钢的晶粒度为7-9级，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。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (12)

1.一种铁路货车车轴用钢，其特征在于，所述铁路货车车轴用钢含有Fe、C、Si、Mn、V、Al、Cr、Ni、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重量％，Al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％，Fe的含量为97-98.23重量％。
2.根据权利要求1所述的铁路货车车轴用钢，其中，以该铁路货车车轴用钢的总重量为基准，C的含量为0.4-0.48重量％，Si的含量为0.2-0.3重量％，Mn的含量为0.65-0.8重量％，P的含量为0.01-0.02重量％，S的含量为0.01-0.015重量％，V的含量为0.08-0.12重量％，Al的含量为0.02-0.045重量％，Cr的含量为0.5-0.6重量％，Ni的含量为0.2-0.25重量％，Mo的含量为0.1-0.15重量％，Fe的含量为97.22-97.83重量％。
3.权利要求1或2所述的铁路货车车轴用钢的制造方法，该方法包括以下步骤：
(1)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；
(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；
(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；
(4)连铸：采用全程保护浇铸；
(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。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述活性石灰与所述半钢或所述脱硫铁水的用量的重量比为1：30-40。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，在步骤(1)中，出钢的温度为≥1670℃，优选为1670-1690℃，出钢成分控制如下：
在出钢中，以出钢的总重量为基准，C的含量为0.36-0.42重量％，Si的含量为0.15-0.25重量％，Mn的含量为0.45-0.65重量％，V的含量为0.08-0.14重量％，Al的含量为0.05-0.07重量％，Cr的含量为0.4-0.6重量％，Ni的含量为0.15-0.25重量％，Mo的含量为0.08-0.12重量％。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，在步骤(2)中，钢水的温度为1575-1585℃，以及所述高碱度精炼渣含有CaO、SiO2和Al2O3中的一种或多种。
7.根据权利要求3或6所述的方法，其中，在步骤(2)中，出钢成分控制如下：
在出钢中，以出钢的总重量为基准，C的含量为0.36-0.42重量％，Si的含量为0.15-0.25重量％，Mn的含量为0.45-0.65重量％，V的含量为0.08-0.14重量％，Al的含量为0.04-0.055重量％，Cr的含量为0.4-0.6重量％，Ni的含量为0.15-0.25重量％，Mo的含量为0.08-0.12重量％，Fe的含量为97.515-98.29重量％。
8.根据权利要求3所述的方法，其中，在步骤(3)中，钢水的温度为1535-1550℃，出钢成分控制如下：
在出钢中，以出钢的总重量为基准，C的含量为0.42-0.46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重量％，Al的含量为0.04-0.045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％，Fe的含量为大于等于97.04重量％。
9.根据权利要求3或8所述的方法，其中，在步骤(3)中，所述真空脱气的条件包括：真空室的氩气流量为1200NL/min-1400NL/min，真空度≤3mbar，处理时间为15-18min。
10.根据权利要求3所述的方法，其中，在步骤(4)中，浇铸的温度为1510-1525℃，拉速为0.5m/min-0.55m/min。
11.根据权利要求3所述的方法，其中，在步骤(5)中，加热的温度为1250-1280℃，加热的总时间为3.5-4.5小时。
12.权利要求3-11中任意一项所述的方法制备的铁路货车车轴用钢。
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