针对我国铁路机车车辆重载后车轴的使用性能要求,本文提出了微合金化钢重载铁路货车车轴的技术路线和性能指标,并在国内首次系统性的开展了微合金化重载铁路货车车轴的实验室研究、工业性试制、实物性能以及疲劳强度研究。通过实验室试验研究,确定了微合金化车轴钢的化学成分,测定了CCT曲线,并进行了热处理工艺试验,同时对试验钢的力学性能、金相组织进行了测定,并在TEM下对车轴钢精细结构和析出相分布进行了观察,采用3DAP分析了各元素成分的原子空间分布及偏聚情况,采用物理化学相分析方法研究了钢中析出相结构和粒度分布,进而探讨了微合金化元素在钢中起到的主要强韧化效果以及强韧化机理。结合实验室试验研究,对工业性试制微合金化车轴钢及车轴的生产工艺、实物性能进行了试验和分析。研究结果表明,试制的LZ45Cr V车轴金相组织细小均匀,晶粒度能够达到9级以上,抗拉强度Rm≥670 MPa,屈服强度Rel≥375 MPa,断后伸长率A≥20%,断面收缩率Z≥37%,常温冲击性能横向AKU2≥40 J,纵向AKU2≥50 J,韧脆转变温度约为-50℃,抗腐蚀性能较碳素车轴钢也有所改善,各项性能指标均达到了重载铁路货车车轴的使用要求。试验研究了LZ45Cr V车轴的小试样疲劳极限和全尺寸疲劳极限,对采用LZ45Cr V材质设计的重载铁路货车用车轴疲劳强度进行了计算和评定。结果表明,LZ45Cr V车轴光滑小试样疲劳极限为336.6 MPa,缺口小试样为231.7 MPa,从而计算得到缺口敏感系数q为1.42;LZ45Cr V车轴全尺寸疲劳极限轴身部位为226.3 MPa,轮座部位为120.8 MPa,进而根据TB/T 2705-2010确定了实心轴用LZ45Cr V钢结构设计时所需的许用应力,证明了采用微合金化LZ45Cr V材质设计制造的RF2型车轴,相比现有碳素钢材质车轴疲劳可靠性得到了明显提升。本文所研究的微合金化钢重载铁路货车车轴达到了设计目标,填补了我国微合金化钢车轴研究的空白,为提高我国铁路货车车轴的承载能力和使用寿命提供了新材料、新思路。