【摘 要】
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随着我国高铁第六次大提速,高速列车对车轴的强度、韧性及高周疲劳性能的要求呈几何级增加,研究良好强韧性匹配的高铁车轴材料是当下高铁发展的迫切需求。目前国内车轴钢通常采用正火+淬火+回火处理的热处理工艺来获得性能良好的回火索氏体组织,本文基于现有时速350km/h的车轴材料,合理设计成分,对其传统热处理工艺进行研究与优化,并通过控轧控冷技术结合回火工艺,分别探讨两种不同轧制、热处理工艺下的组织演变、力
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随着我国高铁第六次大提速,高速列车对车轴的强度、韧性及高周疲劳性能的要求呈几何级增加,研究良好强韧性匹配的高铁车轴材料是当下高铁发展的迫切需求。目前国内车轴钢通常采用正火+淬火+回火处理的热处理工艺来获得性能良好的回火索氏体组织,本文基于现有时速350km/h的车轴材料,合理设计成分,对其传统热处理工艺进行研究与优化,并通过控轧控冷技术结合回火工艺,分别探讨两种不同轧制、热处理工艺下的组织演变、力学性能规律和强韧性机理,并测定两组最佳工艺下应力-疲劳寿命（S-N）曲线,比较其高周疲劳性能。本文主要工作及结论如下:（1）通过热力学软件Thermo-calc计算实验钢高温连续冷却下各相析出行为和相变点,同时借助JMatPro软件模拟实验钢连续冷却行为。利用全自动相变仪研究实验钢的连续冷却相变行为,确定实验钢的相变点AC1=652℃、AC3=751℃,绘制静态CCT曲线,发现冷速为0.1～1℃/s,组织表现为粒状贝氏体和少量板条贝氏体;当冷速达到2℃/s,组织中开始出现马氏体;当冷速达到5℃/s时,组织全部转变为马氏体。（2）利用热模拟试验机探究不同变形条件对实验钢动态再结晶的影响规律,计算得到实验钢动态再结晶激活能Q=381.79KJ/mol,并建立流变应力方程。实验结果表明:在较大变形量下,变形温度在1050～1150℃内,组织能够发生完全动态再结晶;未再结晶区开轧温度可以选择低于950℃。（3）对车轴钢传统热处理工艺正火+淬火+回火进行研究,开发车轴钢新型热处理工艺,用固溶处理代替正火处理,极大的消除了组织偏析,使组织均匀化,使屈服强度提高了 93MPa,抗拉强度提高了 85MPa,延伸率提高了 2.5%。同时通过力学性能对比,确定最佳回火温度为650℃,回火时间为2h,此时,材料屈服强度为872MPa,抗拉强度为950MPa,延伸率为18.2%,冲击功为174J,满足马钢时速为350km/h车轴钢的性能要求。在最佳回火工艺下高周疲劳实验中发现,外加应力低于550MPa时,材料不发生断裂而获得无限寿命。（4）利用控轧控冷技术结合回火工艺,获得综合性能良好的回火索氏体组织。未再结晶区轧制时,产生大量位错和变形带,起到细化晶粒和位错强化的作用,使组织具有很高的强度。控轧控冷后最佳回火温度为650℃,回火时间为2h,在此工艺下,材料屈服强度为1007MPa,抗拉强度为1052MPa,延伸率为14.5%,冲击功为152J,极大的提高了车轴钢的屈服强度和抗拉强度。在最佳回火工艺下,测定组织高周疲劳性能,发现外加应力低于600MPa,组织不发生疲劳断裂。并从应力-疲劳寿命（S-N）曲线对比中发现,控轧控冷+回火比传统热轧+热处理工艺具有更高的高周疲劳性能。
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