車軸鋼

車軸鋼是指套用於鐵路機車和車輛車軸。車軸鋼用於製造鐵路機車和車輛車軸的專業用鋼。車軸受力和車軸鋼的性能要求車軸是承受機車、車輛質量的關鍵部件，在運行中承受旋轉彎曲和衝擊等多項複雜應力，疲勞裂損是其主要破壞形式。因而要求車軸鋼具有足夠的強度和韌性，並且對可以成為車軸裂紋源的各種冶金缺陷的要求十分嚴格。

基本介紹

• 中文名：車軸鋼
• 外文名：axle shaft steel
• 套用領域：鐵路機車和車輛車軸
• 破壞形式：疲勞裂損
• 要求：強度和韌性
• 分類：碳素鋼和合金鋼車軸

簡介

車軸鋼用於製造鐵路機車和車輛車軸的專業用鋼。車軸受力和車軸鋼的性能要求車軸是承受機車、車輛質量的關鍵部件，在運行中承受旋轉彎曲和衝擊等多項複雜應力，疲勞裂損是其主要破壞形式。因而要求車軸鋼具有足夠的強度和韌性，並且對可以成為車軸裂紋源的各種冶金缺陷的要求十分嚴格。

分類

按用途可分為貨車軸用鋼和客車軸用鋼；按化學成分可分為碳素鋼和合金鋼車軸，其中貨車和普通客車以碳鋼為主，高速列車以合金鋼為主。按我國鋼種分類標準，目前世界上所採用的貨車車軸鋼的碳含量均在0.35%～0.57%之間變動，屬於中碳優質碳素鋼類，高速列車採用低碳合金鋼。近年來，隨著鐵路車輛高速化的發展，合金鋼空心車軸發展迅速。

車軸鋼冶煉工藝流程

車軸鋼冶煉採用的工藝流程為:電爐煉鋼→LF精煉→VOD/VD處理→澆注成錠。電爐容量為30t,出鋼時用鋁或複合脫氧劑進行脫氧; LF精煉通過添加足量的鋁、碳化矽或電石來實現脫氧,適當控制鋼液含氧量並測量其活度;LF精煉後對鋼水進行VOD/VD處理,在真空度達到0.5托時,停留15min以上,最後採用氬氣保護澆注成錠。

車軸鋼冶煉過程中影響氫含量的主要因素

車軸鋼中氫的含量往往和冶煉工藝的全過程都有密切聯繫。從入爐原料的準備、冶煉過程、澆注等這些都會影響鋼中氫的含量。在實際生產過程中,影響鋼液中氫含量主要是通過兩種方面即鋼液的氫吸入和鋼液脫氫能力。從冶煉過程的各個環節著手防止增氫,是控制鋼中氫含量的有效措施。

鋼中原始氫含量

鋼中原始氫含量和爐料中的氫含量緊密相關。廢鋼的銹層、爐氣中的氫含量及壓力、大氣濕度等等決定了鋼中原始氫的含量。在實際冶煉過程中原料入爐前往往進行一系列的預處理。廢鋼要進行清潔乾燥,去除其表面的油污/銹層/水等方能入爐。其它原料如合金等也應烘烤進行乾燥脫水處理等。爐氣中的氫不可避免地會進入鋼液中,這是鋼中溶解氫的來源之一。冶煉高溫也會促進氫在鋼中溶解。入爐生鐵塊作為電爐的主要原料,生鐵塊中的氫含量直接影響到鋼水中的氫含量。同時融化後生鐵塊的成分如C、Al、S、P、Mn等對氫的活度係數均有不同程度的影響。

鋼液的氧化情況對氫含量的影響

表明鋼中氫含量與鋼液氧化情況有關。鋼中含氧量高時,有利於鋼中氫的降低。反之,鋼液氧化程度低時,有利於氫在鋼液中的溶解。電爐出鋼時鋼液與空氣接觸會增加吸氫量。但因初煉鋼水有較高的氧含量又會阻礙吸氫。LF冶煉時造還原渣,並採用強脫氧劑Al、Mn、Si等脫氧,配合氬氣微氣泡攪拌,創造良好的動力學條件,促進脫氧產物和氣體上浮去除。但脫氧後鋼液中的氫含量會增加。

添加合金元素對氫的活度係數的影響

車軸鋼主要的合金化元素是Cr、Mo 等元素。LF冶煉時添加渣料、鐵合金等物質。添加的這些合金元素調整鋼液成分後會使鋼中的氫含量增加。尤其是Cr、Mn等元素能降低鋼中溶解氫的活度,不利於脫氫。

冶煉過程中爐渣的影響

實際冶煉過程中對鋼水冶煉質量的掌握往往都是通過對爐渣的控制來實現的。爐渣成分和渣量對整個冶煉過程能否順利進行起關鍵性作用。冶煉中電爐氧化渣全部留在爐中,LF操作時按一定比例重新造還原渣。由於精煉渣鹼度高,尤其是渣中石灰成分,造成水蒸汽溶解度也會隨之增加,勢必會增加鋼中氫含量。

爐渣的粘度與爐渣成分有關,也影響到爐渣的流動性。對流動性好的爐渣而言,其氫滲透力較好,容易把氫輸送到鋼液中。借鑑其它廠家的經驗,採取適當控制鹼度、減少渣量、降低Al2O3 含量等措施可以有效地降低鋼包精煉時及精煉後的氫含量。

VOD /VD脫氫處理

經LF冶煉後,車軸鋼中的氫含量仍超標,仍然需要進一步去氫。真空處理是鋼液脫除氣體的有效方法。通過降低氣相中氫的分壓可以較大程度地減少氫含量,實現深度脫氫。V其效果與處理時間、真空度等因素有關。

在我國的發展狀況

我國鐵路貨車車輛車軸的材質一直是採用碳素結構鋼。從五十年代的普通碳素結構鋼發展到八十年代的車軸專用優質碳素結構鋼。優質碳素結構鋼是碳素鋼中磷、硫及其他有害雜質含量較低、純潔度和化學成分均勻性交高，除含有鐵、碳、矽、錳和限量以內的磷、硫等雜質元素及殘餘元素外，不含其他作為合金元素有意加入的元素；在生產過程中既要保證化學成分，又要保證力學性能。碳素鋼的性能主要取決於含碳量，含碳量增加，鋼的強度、硬度升高，塑性、韌性和可焊性降低。鐵路車輛用車軸鋼的品種從LZ40車軸鋼發展到現在使用的LZ50車軸鋼。到2020 年國內鐵路投資達2 萬億元（人民幣），車軸產品需求在未來一段時間內將以8%穩定遞增，車軸坯需求預計今後將會是上升趨勢，特別是隨著國內車軸新產品的開發，將逐漸取代進口車軸。