《一种含钒钛动车组车轴用钢及其热处理工艺》按重量百分比含有C：0.24～0.30，Si：0.20～0.40，Mn：0.70～1.00，Cr：0.90～1.20，Ni：0.70～1.30，Mo：0.20～0.30，Cu：0.10～0.60，Zr：0.01～0.04，V：0.04～0.08，Ti：0.015～0.030，Ca：0.001～0.005，P≤0.010，S≤0.008，T[O]≤0.0015，Als：0.015～0.045，余为Fe和其它不可避免的杂质；钢的组织为回火索氏体 少量下贝氏体，其中，车轴近表面回火索氏体含量为100％，车轴1/2半径处回火索氏体含量在80～90％；上述含钒钛动车组车轴用钢的热处理工艺，包括如下步骤：（1）正火：将含钒钛高速动车组车轴用钢加热至温度870～900℃，在该温度段加热保温时间按1.2～1.7分钟/毫米计算，空冷；（2）淬火：将含钒钛高速动车组车轴用钢加热至温度850～880℃，在该温度段加热保温时间按1.5～2.0分钟/毫米计算，随后冷却；（3）回火：将含钒钛高速动车组车轴用钢加热至温度620～680℃，在该温度段加热保温时间按2～2.5分钟/毫米计算，随后空冷至室温。在另一个优选实施例中，可以采用如下方案：（1）适当降低传统碳素车轴钢中的C元素含量，改善钢的韧性和塑性；（2）向钢中添加Ni、Cu元素改善钢的淬透性和耐蚀性，并加入微量的Zr、V、Ti元素以细化晶粒，从而提高钢的韧性特别是低温韧性，并改善钢的强度和韧性配合，提高钢的抗疲劳性能；（3）加入适量的Ca元素，对钢中的夹杂物进行变性处理，同时严格控制钢中杂质元素T[O]、P、S等的含量，以进一步提高钢的抗疲劳性能。该发明的关键之处在于将成分优化调整与冶金质量控制有机地结合起来，在获得高强度的同时，获得优异的抗疲劳破坏性能和较低的成本。该发明钢的具体化学成分（重量％）如下：C：0.24～0.30，Si：0.20～0.40，Mn：0.70～1.00，Cr：0.90～1.20，Ni：0.70～1.30，Mo：0.20～0.30，Cu：0.10～0.60，Zr：0.01～0.04，V：0.04～0.08，Ti：0.015～0.030，Ca：0.001～0.005，P≤0.010，S≤0.008，T[O]≤0.0015，Als：0.015～0.045，余为Fe和其它不可避免的杂质。

上述各元素的作用及配比依据如下：C:C元素是车轴钢获得高的强度、硬度所必需的。传统车轴钢中的C含量较高，如2016年6月以前的铁路货车车轴用钢LZ50中的碳含量为0.50％左右。高的C含量虽然对钢的强度、硬度等有利，但对钢的塑性和韧性极为不利，且使屈强比降低、脱碳敏感性增大，恶化钢的抗疲劳性能和加工性能。因此适当降低钢中的C含量，将其控制在0.30％以下。然而，淬火和高温回火后为了获得所需的高强度和所必须的疲劳性能，C含量须在0.24％以上，因而C含量宜控制为0.24～0.30％。Si：Si是钢中主要的脱氧元素，具有很强的固溶强化作用，但Si含量过高将使钢的塑性和韧性下降，C的活性增加，促进钢在轧制和热处理过程中的脱碳和石墨化倾向，并且使冶炼困难和易形成夹杂物，恶化钢的抗疲劳性能。因此控制Si含量为0.20～0.40％。Mn:Mn是脱氧和脱硫的有效元素，还可以提高钢的淬透性和强度，含量小于0.70％时，难以起到上述作用。但淬火钢回火时，Mn和P有强烈的晶界共偏聚倾向，促进回火脆性，恶化钢的韧性，因而控制Mn含量在1.00％以下。Cr：Cr能够有效地提高钢的淬透性和回火抗力，以获得所需的高强度；同时Cr还可降低C的活度，可降低加热、轧制和热处理过程中的钢材表面脱碳倾向，有利用获得高的抗疲劳性能。但含量过高会恶化钢的韧性，因而控制Cr含量为0.90～1.20％。Ni：Ni可提高钢的淬透性、耐蚀性和保证钢在低温下的韧性。考虑到经济性，控制Ni含量为0.80～1.30％。Mo：Mo在钢中的作用主要为提高淬透性、提高回火抗力及防止回火脆性。此外，Mo元素与Cr元素的合理配合可使淬透性和回火抗力得到明显提高。Mo含量过低则上述作用有限，Mo含量过高，则上述作用饱和，且提高钢的成本。因此，控制Mo含量为0.20～0.30％。Cu:Cu在固溶强化、提高淬透性方面与Ni相似。同时，在钢中加入铜还可提高钢的抗腐蚀疲劳性能，因为细小的Cu沉淀阻滞了疲劳的初期阶段脉状结构的形成，并且铜析出物具有良好的塑性，可阻碍疲劳裂纹的扩展；另外，Cu还有一定的提高钢耐蚀性作用；从而提高钢的腐蚀疲劳强度。但Cu含量过高，钢在加热轧制或锻造过程中容易引起热脆。综合考虑，范围可控制在0.10～0.60％。Zr：加入少量锆有脱气、净化和细化晶粒作用，有利于提高钢的低温冲击性能和强度、疲劳性能指标。综合考虑，范围可控制在0.010～0.040％。V：V是强碳化物形成元素，与C结合所形成的细小弥散碳化物可阻止加热时晶粒长大，起细晶强化和沉淀强化的作用，从而可同时提高钢的强度、韧性和抗疲劳性能。V含量低于0.03％，上述作用不明显；V含量高于0.10％，上述作用饱和，且提高钢的成本。因而控制V含量为0.04～0.08％。Ti：在钢中加入微合金元素Ti能起到固溶、偏聚和沉淀作用，当它们与碳、氮、硫等交互作用能产生细晶强化、析出物弥散强化以及夹杂物改性等，使钢的强度和韧性加强，并可提高钢的回火稳定性。综合考虑，Ti的范围可控制在0.015％～0.030％。Ca:Ca具有脱氧脱硫和对非金属夹杂物变性处理的作用，从而改善钢的韧性和抗疲劳性能。Ca含量小于0.001％起不到上述作用，但含量超过0.005％，则加入相当困难，且夹杂物量增多。因而控制Ca含量为0.001～0.005％。P：P能在钢液凝固时形成微观偏析，随后在奥氏体化温度加热时偏聚在晶界，使钢的脆性显著增大，所以控制P的含量在0.012％以下。S：钢中不可避免的不纯物，形成MnS夹杂和在晶界偏聚会恶化钢的韧性和抗疲劳性能，因而控制其含量在0.008％以下。

T[O]：氧在钢中形成各种氧化物夹杂。在应力的作用下，在这些氧化物夹杂处容易产生应力集中，导致微裂纹的萌生，从而恶化钢的力学性能特别是韧性和抗疲劳性能。因此，在冶金生产中须采取措施尽可能降低其含量。考虑到经济性，控制其含量在0.0015％以下。该发明含钒钛高速动车组车轴用钢生产工艺流程为：电弧炉或转炉冶炼→LF炉精炼→RH或VD真空脱气→连铸→铸坯加热炉加热→车轴坯轧制→车轴坯锻造→毛坯车轴粗车→车轴齐端面加工→正火 调质热处理→车轴外圆精车加工→车轴内孔镗削加工→外圆磨削→探伤。该发明关键的热处理工艺步骤如下：（1）正火：将最大直径为200毫米左右、长度达2200毫米左右的含钒钛高速动车组车轴用钢加热（加热速度为50～100℃/小时）至温度870～900℃，在该温度段加热保温时间按1.2～1.7分钟/毫米计算，空冷。经正火后不仅细化了晶粒,而且改善了组织的不均匀性,为随后的最终热处理做好组织准备。（2）淬火：将最大直径为200毫米左右、长度达2200毫米左右的含钒钛高速动车组车轴用钢加热（加热速度为50～100℃/小时）至温度850～880℃，在该温度段加热保温时间按1.5～2.0分钟/毫米计算，随后在淬火槽中，通过喷嘴对车轴进行水下喷水快速水冷（冷却速度控制在1.5～2.5℃/秒）至室温。（3）回火：将最大直径为200毫米左右、长度达2200毫米左右的含钒钛高速动车组车轴用钢加热（加热速度为50～100℃/小时）至温度620～680℃，在该温度段加热保温时间按2～2.5分钟/毫米计算，随后空冷至室温。经过回火，可获得均匀细密回火索氏体 少量下贝氏体的金相组织，从而可获得良好的韧塑性及合适的强度指标。在另一个优选实施例中，可以采用如下方案：该发明含钒钛高速动车组车轴用钢生产工艺流程为：电弧炉或转炉冶炼→LF炉精炼→RH或VD真空脱气→连铸→铸坯加热炉加热→车轴坯轧制→车轴坯锻造→毛坯车轴粗车→车轴齐端面加工→正火 调质（淬火 高温回火）热处理→车轴外圆精车加工→车轴内孔镗削加工→外圆磨削→探伤。该发明含钒钛高速动车组车轴用钢的熔炼化学成分、主要热处理工艺参数与性能的实施例如下：热处理工艺步骤及参数为：（1）正火：以80℃/小时加热至温度870℃，加热保温时间300分钟，空冷。（2）淬火：以80℃/小时加热至温度860℃，加热保温时间270分钟，快速水冷（冷却速度控制在1.5～2.5℃/秒）。（3）回火：以80℃/小时加热至温度650℃，加热保温时间420分钟，空冷。最大直径为Φ200毫米、长度达2200毫米高速动车组车轴的熔炼化学成分质量百分比（wt％）见表1，高速动车组车轴经过以上热处理后的性能指标见表2。

采用该发明的化学成分、工艺流程和热处理工艺工艺参数生产的含钒钛高速动车组车轴用钢，测定钢材的纵向力学性能可达到：R_m：750兆帕～900兆帕，R_eL或R_p0.2≥600兆帕，A≥18％，Z≥40％，-40℃纵向冲击吸收功千伏₂≥150焦；断裂韧性K_Q值≥120兆帕·米^1/2；光滑试样的旋转弯曲疲劳极限R_fL≥375兆帕，缺口试样的旋转弯曲疲劳极限R_fE≥310兆帕，缺口敏感性R_fL/R_fE≤1.15；过盈量为0.04毫米试样的微动疲劳极限≥215兆帕；盐雾腐蚀14循环周次试样的腐蚀疲劳极限为≥275兆帕；钢材的奥氏体晶粒度大于等于8.0级；高速动车组车轴“正火 调质（淬火 高温回火）”热处理后钢的组织为回火索氏体 少量下贝氏体，其中，车轴近表面回火索氏体含量为100％，车轴1/2半径处回火索氏体含量在80～90％。