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；有良好的耐磨性，以保证使用寿命；在足够的强度和一定的寿命前提下，减轻其重量，尽可能地减轻簧下重量和保持一定的柔性。
我国自建国初期开始，铁道车辆一直沿用LZ40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，无法适应目前列车高速度，大运量的发展要求。为了满足我国铁路快速发展的需要，1999年铁道部颁布了我国铁路车轴用钢标准(TB/T2945-1999)，从此我国铁道车辆用车轴开始全面采用LZ50钢车轴，逐步取代了过去的LZ40钢车轴。但近年来，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LZ50车轴无论在力学性能还是疲劳性能等方面已不能满足使用要求，同时现有LZ50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。
申请号为200810171563.1，发明名称为“一种车轴钢及其制备方法”的中国专利申请公开了一种车轴钢，该钢具有较高的强度，但是其耐盐雾腐蚀性能和冲击韧性难以满足铁路车轴用钢越高越高的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种耐盐雾腐蚀性能更好的微合金钢。
本发明微合金钢含有如下重量百分比的化学成分：0.30％～0.46％C，0.30％～0.50％Si，0.40％～0.90％Mn，0.07％～0.20％V，0.31％～1.00％Cr，余量为铁和不可避免的杂质。
其中，作为优选的技术方案，本发明微合金钢的化学成分按重量百分比还含有0.010％～0.060％的Al。
上述的不可避免的杂质包括P和S，其中，按重量百分比，[P]≤0.020％、[S]≤0.015％。
本发明还提供了生产微合金钢的方法，该方法包括钢坯的生产及钢坯轧制步骤，其中，钢坯可以按照常规方法生产而得，钢坯含有如下重量百分比的化学成分：0.30％～0.46％C，0.30％～0.50％Si，0.40％～0.90％Mn，0.07％～0.20％V，0.31％～1.00％Cr，余量为铁和不可避免的杂质；所述钢坯轧制步骤为：钢坯加热到1200～1250℃，然后在1200～1250℃温度下保温2.0～2.5h后开始轧制钢坯，钢坯的终轧温度为850～950℃，轧后空冷即得微合金钢。其余步骤与常规的车轴钢生产方法相同。其中，作为优选的技术方案，上述钢坯的化学成分按重量百分比还含有0.010％～0.060％的Al。
进一步的，为了使本发明方法生产的微合金钢的性能更好，上述钢坯锻成所需规格后还经过热处理，热处理方法为：850～870℃保温30～60min，然后空冷即得微合金钢。作为优选的技术方案，上述热处理方法为：860℃保温45min，然后空冷即得微合金钢。
相比现有的碳素车轴钢，本发明微合金钢具有更好的耐盐雾腐蚀性能和冲击韧性，能够满足高性能车轴钢特别是铁路货车车轴钢的需要，本发明为铁路货车车轴钢提供了一种新的选择，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
本发明微合金钢含有如下重量百分比的化学成分：0.30％～0.46％C，0.30％～0.50％Si，0.40％～0.90％Mn，0.07％～0.20％V，0.31％～1.00％Cr，余量为铁和不可避免的杂质。
其中，作为优选的技术方案，本发明微合金钢的化学成分按重量百分比还含有0.010％～0.060％的Al。
上述的不可避免的杂质包括P和S，其中，按重量百分比，[P]≤0.020％、[S]≤0.015％。
本发明微合金钢的屈服强度ReL可以达到400MPa以上，抗拉强度Rm可以达到700MPa以上，完全能够满足车轴钢对强度性能的要求。本发明微合金钢的的常温U型冲击能够达到65J以上，其韧性明显优于现有的车轴钢。且本发明微合金钢的耐盐雾腐蚀能力比LZ50车轴钢提高10％左右。
本发明微合金钢之所以具有上述的优良性能，主要在于添加了适量的合金元素，如：加入合金元素钒，利用钒的析出强化和细化晶粒的作用，可提高钢的强度，保证钢的塑韧性；添加Cr元素，能起到一定的固溶强化作用，同时对提高钢的耐腐蚀性能有利；添加Al，除了可以起到脱氧作用、细化钢的晶粒，还对改善钢的韧性有利。正是由于多种合金元素的共同作用，才使本发明微合金钢具有优良的综合性能。
本发明生产微合金钢的方法包括钢坯的生产及钢坯轧制步骤，其中，钢坯可以按照常规方法生产而得，钢坯含有如下重量百分比的化学成分：0.30％～0.46％C，0.30％～0.50％Si，0.40％～0.90％Mn，0.07％～0.20％V，0.31％～1.00％Cr，余量为铁和不可避免的杂质；所述钢坯轧制步骤为：钢坯加热到1200～1250℃，然后在1200～1250℃温度下保温2.0～2.5h后开始轧制钢坯，钢坯的终轧温度为850～950℃，轧后空冷即得微合金钢。其余步骤与常规的车轴钢生产方法相同。其中，作为优选的技术方案，上述钢坯的化学成分按重量百分比还含有0.010％～0.060％的Al。
进一步的，为了使本发明方法生产的微合金钢的性能更好，上述钢坯锻成所需规格后还经过热处理，热处理方法为：850～870℃保温30～60min，然后空冷即得微合金钢。作为优选的技术方案，上述热处理方法为：860℃保温45min，然后空冷即得微合金钢。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例本发明微合金钢的生产
1、生产钢坯
按表1的化学成分生产钢坯。钢坯是在实验室采用50kg真空感应炉冶炼的，然后浇注而成。
表1钢坯的化学成分(wt％，余量为铁)
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注：Als为酸溶铝的意思。
2、钢坯轧制
钢坯加热到1200～1250℃，然后在1200～1250℃温度下保温2.0～2.5h后开始轧制钢坯，钢坯的终轧温度为850～950℃，轧后空冷；所述钢坯锻成所需规格后于860℃保温45min后空冷，即得微合金钢(φ30mm的圆棒)。
试验例微合金钢性能测定
分别测定上述实施例生产的本发明微合金钢的屈服强度、抗拉强度、延伸率、面缩率、常温U型冲击功，结果见表2、3。
表2本发明微合金钢拉伸性能检测结果
编号
屈服强度ReL/MPa
抗拉强度Rm/MPa
延伸率A/％
面缩率Z/％
A1
443
720
27.0
59.5
A2
483
745
24.5
43.8
A3
490
750
25.5
60.5
表3本发明微合金钢常温U型冲击功试验结果
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采用盐雾腐蚀试验方法测试本发明微合金钢(所用本发明微合金钢的编号为A2)和LZ50车轴钢、30CrMo合金钢的耐盐雾腐蚀性能，结果如图1所示。
盐雾腐蚀试验方法为：采用GB/T10125-1997的中性盐雾试验标准方法，将样品置于FQY010型盐雾腐蚀试验箱中，用浓度为50g/L的NaCl溶液间歇式喷雾，形成盐雾环境，利用金属腐蚀产生的失重来测量样品在一定时间内的腐蚀率。在某一时间段内腐蚀率越高，说明耐盐雾腐蚀性能越差；反之，耐盐雾腐蚀性能越好。
从图1可以看出，在72～240h盐雾腐蚀时间范围内，本发明的微合金铁路货车车轴钢的盐雾腐蚀率介于30CrMo和LZ50车轴钢之间，优于LZ50车轴，低于30CrMo钢。与LZ50车轴钢相比，本发明的微合金铁路货车车轴钢耐盐雾腐蚀能力比LZ50车轴提高10％左右。30CrMo和LZ50车轴钢的化学成分如表4所示。
表430CrMo和LZ50车轴钢的化学成分
C
Si
Mn
Cr
Als
|
LZ50钢
0.47
0.30
0.83
0.238
V：0.032
0.033
30CrMo
0.31
0.34
0.62
0.960
Mo：0.200
0.355