铁道用车轴
阅读：389发布：2020-05-13
专利汇可以提供铁道用车轴专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供具有优异的疲劳极限和疲劳缺口系数的 铁 道用车轴。本实施方式的铁道用车轴具有如下化学组成：以 质量 ％计含有C：0.20～0.35％、Si：0.20～0.65％、Mn：0.40～1.20％、P：0.020％以下、S：0.020％以下、Cu：0～0.30％、Ni：0～0.30％、Cr：0～0.30％、Mo：0～0.08％、Al：0～0.100％、N：0.0200％以下、V：0～0.060％、以及Ti：0～0.020％、余量由Fe和杂质组成，且满足式(1)和式(2)。0.58≤C+Si/8+Mn/5+Cu/10+Cr/4+V≤0.67(1)Si+0.9Cr≥0.50(2)其中，式(1)和式(2)中的各元素符号代入对应的元素的含量(质量％)。，下面是铁道用车轴专利的具体信息内容。
1.一种铁道用车轴，其具有如下化学组成：
以质量％计含有：
C：0.20～0.35％、
Si：0.20～0.65％、
Mn：0.40～1.20％、
P：0.020％以下、
S：0.020％以下、
Cu：0～0.30％、
Ni：0～0.30％、
Cr：0～0.30％、
Mo：0～0.08％、
Al：0～0.100％、
N：0.0200％以下、
V：0～0.060％、以及
Ti：0～0.020％、
余量由Fe和杂质组成，
且满足式(1)和式(2)，
0.58≤C+Si/8+Mn/5+Cu/10+Cr/4+V≤0.67 (1)
Si+0.9Cr≥0.50 (2)
其中，式(1)和式(2)中的各元素符号代入对应的元素的质量％含量。
2.根据权利要求1所述的铁道用车轴，
所述化学组成含有Ti：0.003～0.015％。
铁道用车轴
技术领域
[0001] 本发明涉及铁道用车轴。
背景技术
[0002] 铁道用车轴支撑着车辆的重量。进而，铁道用车轴在车辆每次通过(曲线通过)曲线状的轨道时，承受着由车轮与轨道的接触而产生的水平方向的力。即，车轮每转一次，铁道用车轴会反复承受旋转弯曲的应力。而且，曲线通过时，其弯曲应力的振幅变大。
[0003] 对于这种铁道用车轴，要求有高的疲劳极限。特别是，车轴需要在其结构上设计与车轮、齿轮、轴承的配合部。已知：配合部受到由微动疲劳导致的损伤。另外，非配合部中不仅有由通常的疲劳导致的损伤，还有由飞石、腐蚀而产生伤痕、凹坑、以及由此导致疲劳极限降低的担心。
[0004] 日本特开平6-33219号公报(专利文献1)、日本特开平10-8204号公报(专利文献2)、日本特开平10-8202号公报(专利文献3)、日本特开平11-279696号公报(专利文献4)、日本特开2001-206002号公报(专利文献5)、日本特开2000-73140号公报(专利文献6)中提出了疲劳极限优异的铁道用车轴。
[0005] 专利文献1公开了如下内容。该文献的铁道用车轴进行了离子氮化处理。其结果，车轴中，与车轮的配合部具有：由10～20μm的Fe4N(γ)相形成的表面化合物层；和其正下方的最高硬度以Hv计为280以上的扩散层。由此，专利文献1中记载了能够获得疲劳极限高的车轴。
[0006] 专利文献2和专利文献3公开了如下内容。这些文献中公开的铁道用车轴以质量％计含有：C：0.3～0.48％、Si：0.05～1％、Mn：0.5～2％、Cr：0.5～1.5％、Mo：0.15～0.3％、Ni：0～2.4％。该车轴中，在配合车轮的表面部，维氏硬度为400以上的有效硬化层深度在1～4.5mm的范围内，其内部存在马氏体或贝氏体的区域。专利文献2和3中记载了上述铁道用车轴具有高的疲劳极限。
[0007] 专利文献4公开了如下内容。该文献中公开的铁道用车轴以质量％计含有：C：0.3～0.48％、Si：0.05～1％、Mn：0.5～2％、Cr：0.5～1.5％、Mo：0.15～0.3％、以及Ni：0～2.4％。该车轴的配合部具有维氏硬度为400以上的硬化层，其内部具有回火马氏体或贝氏体的区域。该车轴中，硬化层的深度为5.0mm以上，且为配合部直径的10％以下。专利文献4中记载了上述铁道用车轴具有高微动疲劳极限。
[0008] 专利文献5公开了如下内容。该文献中公开的铁道用车轴以质量％计含有：C：0.30～0.48％、Si：0.05～1.0％、Mn：0.5～2.0％、Cr：0.5～1.5％、Mo：0.15～0.30％、Ni：0～2.4％。上述车轴的0.2％耐力为700～1200MPa。进而，上述车轴的配合部与圆角部两者的表层部具有通过按压加工或喷丸硬化处理而形成的硬化层。专利文献5中记载了上述铁道用车轴具有高微动疲劳极限。
[0009] 专利文献6公开了如下内容。该文献中公开了铁道用车轴以质量％计含有：C：0.3～0.48％、Si：0.05～1％、Mn：0.5～2％、Cr：0～1.5％、Mo：0～0.3％、Ni：0～2.4％。该车轴的配合端部与其周边区域具有维氏硬度为400以上的硬化层。硬化层的厚度(K)相对于配合部直径(D)之比(K/D)为0.005～0.05。硬化层的上侧部分具有0.02～2％的B。专利文献6中记载了上述铁道用车轴具有优异的疲劳极限。
[0010] 现有技术文献
[0011] 专利文献
[0012] 专利文献1：日本特开平6-33219号公报
[0013] 专利文献2：日本特开平10-8204号公报
[0014] 专利文献3：日本特开平10-8202号公报
[0015] 专利文献4：日本特开平11-279696号公报
[0016] 专利文献5：日本特开2001-206002号公报
[0017] 专利文献6：日本特开2000-73140号公报
[0018] 对于专利文献1～6中公开的铁道用车轴，实施离子氮化或高频淬火而形成硬化层。该硬化层使与车轮的配合部中的微动疲劳极限提高。因此，能够使配合部的直径接近于与非配合部的直径相近的尺寸。
[0019] 此外，铁道用车轴中，也有不实施高频淬火而实施正火的情况。实施正火而制造的铁道用车轴不具有硬化层。因此，使配合部的微动疲劳极限提高的效果较少。然而，通过使配合部的直径大于非配合部的直径，可以避免由微动导致的损伤。然而，即使是这种铁道用车轴，在非配合部中也要求有高的疲劳极限。
[0020] 为了提高车轴的非配合部的疲劳极限，优选可以抑制裂纹的产生，且也可以抑制裂纹的扩展。将通过使用了平滑试验片的旋转弯曲疲劳试验得到的疲劳极限定义为“平滑疲劳极限”σp。进而，将通过使用了缺口试验片的旋转弯曲试验得到的疲劳极限定义为“缺口疲劳极限”σn。平滑疲劳极限σp和缺口疲劳极限σn越高车轴的非配合部的疲劳极限越高。
[0021] 进而，将由以下式定义的系数定义为疲劳缺口系数。
[0022] 疲劳缺口系数＝平滑疲劳极限σp/缺口疲劳极限σn
[0023] 疲劳缺口系数越低，由缺口导致的疲劳极限降低越小。疲劳缺口系数越低，是指相对于飞石、擦伤、腐蚀凹坑等实际的车轴的使用中所假设的意外现象，其安全性越高。因此，欧州的设计标准EN13103：2001(Railway Applications Wheelsets and bogies-Non-powered axles–Design Method，20～23页)中，以疲劳缺口系数为基础确定所需安全率。因此，铁道用车轴中，要求有高的疲劳极限和低疲劳缺口系数。上述专利文献1～6中，针对疲劳极限进行了研究。然而，针对安全性的指標即疲劳缺口系数未进行研究。
发明内容
[0024] 本发明的目的在于，提供具有优异的疲劳极限和疲劳缺口系数的铁道用车轴。
[0025] 本实施方式的铁道用车轴具有如下化学组成：以质量％计含有：C：0.20～0.35％、Si：0.20～0.65％、Mn：0.40～1.20％、P：0.020％以下、S：0.020％以下、Cu：0～0.30％、Ni：0～0.30％、Cr：0～0.30％、Mo：0～0.08％、Al：0～0.100％、N：0.0200％以下、V：0～0.060％、以及Ti：0～0.020％，余量由Fe和杂质组成，满足式(1)和式(2)。
[0026] 0.58≤C+Si/8+Mn/5+Cu/10+Cr/4+V≤0.67 (1)
[0027] Si+0.9Cr≥0.50 (2)
[0028] 其中，式(1)和式(2)中的各元素符号代入对应的元素的含量(质量％)。
[0030] 图1为实施例中使用的平滑试验片的侧视图。
[0031] 图2为实施例中使用的缺口试验片的环状缺口部分的截面图。
具体实施方式
[0032] 本发明人等针对铁道用车轴的疲劳极限和疲劳缺口系数进行了调查和研究。其结果，本发明人等得到如下见解。
[0034] 定义为F1＝C+Si/8+Mn/5+Cu/10+Cr/4+V。如果F1低于0.58，则铁道用车轴的拉伸强度低于590MPa。此时，无法得到高的疲劳极限(平滑疲劳极限σp和缺口疲劳极限σn)。另一方面，如果F1超过0.67，则拉伸强度TS超过650MPa。此时，疲劳缺口系数会变得过高。F1为0.58～0.67时，拉伸强度成为590～650MPa。因此，能够获得优异的疲劳极限和疲劳缺口系数。
[0035] (B)C含量越低，平滑疲劳极限σp越高。作为其理由，可以认为如下内容。C含量越高，在钢的显微组织中，铁素体所占的体积率(以下称为铁素体比率)变低。如果铁素体比率变低，则钢整体的硬度(平均硬度)与铁素体的硬度之差变大。此时，对于铁素体，按照平均硬度来说容易产生裂纹。另一方面，如果C含量变低，则铁素体率变高。此时，钢整体的平均硬度与铁素体硬度之差变小。因此，对于铁素体，按照平均硬度来说不易产生裂纹。如上，若C含量低，则平滑疲劳极限σp变高。
[0036] 如果C含量为0.35％以下，则铁素体比率充分变高，如果拉伸强度为590MPa以上，则平滑疲劳极限σp变成250MPa以上。
[0037] (C)如上所述，疲劳缺口系数越低，由缺口导致的疲劳极限降低越小。因此，相对于铁道用车轴的意外现象的安全性变高。然而，缺口疲劳极限由缺口底部产生的裂纹是否扩展所决定。因此，若铁素体比率变得过高，则在相对于珠光体相硬度较低的铁素体中裂纹容易扩展。因此，如果提高铁素体比率，平滑疲劳极限虽然变高，但是缺口疲劳极限变低。其结果，作为两者之比的疲劳缺口系数有变高的可能性。因此，本实施方式中，含有满足式(2)的Cr和Si。
[0038] Si+0.9Cr≥0.50 (2)
[0039] 其中，式(2)中的各元素符号代入对应的元素的含量(质量％)。
[0040] Cr和Si通过固溶强化使铁素体的强度提高。因此，铁素体内，能够抑制裂纹扩展。其结果，即使铁素体比率变高，也可以避免缺口疲劳极限的降低，且将疲劳缺口系数抑制得较低。具体而言，可以使疲劳缺口系数为1.47以下。
[0041] 基于以上见解所完成的本实施方式的铁道用车轴具有如下化学成分：以质量％计含有：C：0.20～0.35％、Si：0.20～0.65％、Mn：0.40～1.20％、P：0.020％以下、S：0.020％以下、Cu：0～0.30％、Ni：0～0.30％、Cr：0～0.30％、Mo：0～0.08％、Al：0～0.100％、N：0.0200％以下、V：0～0.060％、以及Ti：0～0.020％，余量由Fe和杂质组成，且满足式(1)和式(2)。
[0042] 0.58≤C+Si/8+Mn/5+Cu/10+Cr/4+V≤0.67 (1)
[0043] Si+0.9Cr≥0.50 (2)
[0044] 其中，式(1)和式(2)中的各元素符号代入对应的元素的含量(质量％)。
[0045] 优选的是，上述化学组成含有Ti：0.003～0.015％，进一步优选的是，含有Ti：0.003～0.007％。
[0046] Ti为任意元素。Ti与钢中的N结合而生成微细的TiN，从而使铁素体析出强化。因此，能够得到优异的疲劳缺口系数。需要说明的是，微细的TiN不易变成裂纹的产生位点。因此，由于TiN不易降低平滑疲劳极限。但是，若TiN大量存在，则成为裂纹扩展的路径。因此，若Ti含量过多，则缺口疲劳极限降低，疲劳缺口系数变大。
[0047] 以下，针对本实施方式的铁道用车轴进行详细说明。
[0048] [化学组成]
[0049] 本实施方式的铁道用车轴的化学组成含有如下元素。
[0050] C：0.20～0.35％
[0051] 碳(C)使钢的强度提高。如果C含量过低，则无法获得该效果。另一方面，如果C含量过高，则铁素体比率降低。若铁素体比率降低，则平滑疲劳极限σp降低。因此，C含量为0.20～0.35％。C含量的优选下限为0.25％、进一步优选为0.30％。C含量的优选上限为0.34％、进一步优选为0.33％。
[0052] Si：0.20～0.65％
[0053] 硅(Si)使钢脱氧。Si进一步使铁素体固溶强化。其结果，疲劳缺口系数降低。如果Si含量过低，则无法获得该效果。另一方面，如果Si含量过高，则韧性降低。因此，Si含量为0.20～0.65％。Si含量的优选下限为0.25％、进一步优选为0.30％、进一步优选为0.35％。
Si含量的优选上限为0.60％、进一步优选为0.55％、进一步优选为0.50％、进一步优选为
0.48％。
Si含量的优选上限为0.60％、进一步优选为0.55％、进一步优选为0.50％、进一步优选为
0.48％。
[0054] Mn：0.40～1.20％
[0055] 锰(Mn)使钢的强度提高。Mn含量过低，则无法获得该效果。另一方面，Mn含量过高，钢的韧性降低。因此，Mn含量为0.40～1.20％。Mn含量的优选下限为0.50％、进一步优选为0.60％、进一步优选为0.70％。Mn含量的优选上限为1.15％、进一步优选为1.10％、进一步优选为1.05％。
[0056] P：0.020％以下
[0057] 磷(P)为杂质。P在晶界偏析，使钢的疲劳极限降低。因此，P含量为0.020％以下。P含量的优选上限为0.018％、进一步优选为0.015％。P含量优选尽可能低。
[0058] S：0.020％以下
[0059] 硫(S)为杂质。S与Mn结合而生成硫化物，使钢的疲劳极限降低。因此，S含量为0.020％以下。S含量的优选上限为0.015％、进一步优选为0.010％。S含量优选尽可能低。
[0060] Cu：0～0.30％
[0061] 铜(Cu)为任意元素，也可以不含有。含有的情况下，Cu使钢的强度提高。如果Cu含量过低，则无法获得该效果。另一方面，如果Cu含量过高，则热加工性降低。因此，Cu含量为0～0.30％。Cu含量的优选下限为0.01％、进一步优选为0.02％。Cu含量的优选上限为0.20％、进一步优选为0.10％、进一步优选为0.05％。
[0062] Ni：0～0.30％
[0063] 镍(Ni)为任意元素，也可以不含有。含有的情况下，Ni使钢的强度提高。如果Ni含量过低，则无法获得该效果。另一方面，如果Ni含量过高，则上述效果饱和。因此，Ni含量为0～0.30％。Ni含量的优选下限为0.01％、进一步优选为0.02％、进一步优选为0.04％。Ni含量的优选上限低于0.20％、进一步优选为0.15％、进一步优选为0.10％。
[0064] Cr：0～0.30％
[0065] 铬(Cr)为任意元素，也可以不含有。含有的情况下，Cr使铁素体固溶强化。其结果，疲劳缺口系数降低。如果Cr含量过低，则无法获得该效果。另一方面，如果Cr含量过高，则钢的韧性降低。因此，Cr含量为0～0.30％。Cr含量的优选下限高于0.10％、进一步优选为0.15％、进一步优选为0.20％。Cr含量的优选上限低于0.30％、进一步优选为0.29％、进一步优选为0.28％。
[0066] Mo：0～0.08％
[0067] 钼(Mo)为任意元素，也可以不含有。含有的情况下，Mo使钢的强度提高。如果Mo含量过低，则无法获得该效果。另一方面，如果Mo含量过高，则珠光体中的层状渗碳体的形态发生紊乱，疲劳极限降低。因此，Mo含量为0～0.08％。Mo含量的优选下限为0.005％、进一步优选为0.01％。Mo含量的优选上限低于0.08％、进一步优选为0.06％、进一步优选为0.04％。
[0068] Al：0～0.100％
[0069] 铝(Al)为任意元素，也可以不含有。含有的情况下，Al使钢脱氧。Al进而与N结合而形成AlN，从而使晶粒微细化。其结果，钢的韧性提高。如果Al含量过低，则无法获得该效果。另一方面，如果Al含量过高，则生成粗大的氧化物系夹杂物，钢的疲劳极限降低。因此，Al含量为0～0.100％。Al含量的优选下限为0.0050％、进一步优选为0.010％、进一步优选为
0.015％。Al含量的优选上限为0.080％、进一步优选为0.060％、进一步优选为0.050％。本说明书中，Al含量为酸溶Al(sol.Al)的含量。
0.015％。Al含量的优选上限为0.080％、进一步优选为0.060％、进一步优选为0.050％。本说明书中，Al含量为酸溶Al(sol.Al)的含量。
[0070] N：0.0200％以下
[0071] 氮(N)是不可避免地含有的。N与Al等结合而形成微细的氮化物，使晶粒微细化。然而，如果N含量过高，则形成粗大的氮化物，使钢的疲劳极限降低。因此，N含量为0.0200％以下。N含量的优选上限为0.0150％、进一步优选为0.0100％、进一步优选为0.0070％。
[0072] V：0～0.060％
[0073] 钒(V)为任意元素，也可以不含有。含有的情况下，V与N、C结合而形成V(C、N)，使晶粒微细化，从而提高钢的强度。如果V含量过低，则无法获得该效果。另一方面，如果V含量过高，则钢的韧性降低。因此，V含量为0～0.060％。V含量的优选上限为0.030％、进一步优选为0.020％、进一步优选为0.010％。V含量的优选下限为0.005％。
[0074] 本实施方式的铁道用车轴的化学组成的余量为Fe和杂质。其中，杂质是指工业上制造钢材料时作为原料的矿石、废料，或从制造环境等混入的物质，在不会对本实施方式的铁道用车轴造成不良影响的范围内是容许的。
[0075] 本实施方式的铁道用车轴可以含有Ti代替Fe的一部分。
[0076] Ti：0～0.020％
[0077] 钛(Ti)为任意元素，也可以不含有。含有的情况下，Ti与N结合而形成微细的TiN，使钢的强度提高。TiN进一步使晶粒微细化。其结果，Ti使平滑疲劳极限和缺口疲劳极限提高。然而，如果Ti含量过高，则TiN析出物成为裂纹的路径，使裂纹扩展变得容易。因此，疲劳缺口系数变高。因此，Ti含量为0～0.020％。Ti含量的优选下限为0.002％、进一步优选为0.003％。Ti含量的优选上限为0.015％、进一步优选为0.010％、进一步优选为0.007％。如果Ti含量为0.007％以下，则疲劳缺口系数显著降低。
[0078] [关于式(1)]
[0079] 本实施方式的铁道用车轴的化学组成还满足式(1)。
[0080] 0.58≤C+Si/8+Mn/5+Cu/10+Cr/4+V≤0.67 (1)
[0081] 式(1)中的元素符号代入对应的元素的含量(质量％)。
[0082] 定义为F1＝C+Si/8+Mn/5+Cu/10+Cr/4+V。如果F1过低，则铁道用车轴的拉伸强度TS低于590MPa。此时，疲劳极限变低。具体而言，平滑疲劳极限σp和缺口疲劳极限σn变低、平滑疲劳极限σp低于250Mpa和/或缺口疲劳极限σn低于170MPa。
[0083] 另一方面，如果F1过高，则拉伸强度TS超过650MPa。如果拉伸强度TS变高，则平滑疲劳极限σp和缺口疲劳极限σn也变高。然而，伴随拉伸强度TS的上升，缺口疲劳极限σn的上升程度小于平滑疲劳极限σp的上升程度。因此，若拉伸强度TS超过650MPa，则疲劳缺口系数变得过高。
[0084] 如果F1为0.58～0.67，则铁道用车轴的拉伸强度TS为590MPa～650MPa，成为适应的范围。因此，疲劳极限和疲劳缺口系数也变成适当的值。
[0085] F1的优选下限高于0.58、进一步优选为0.60、进一步优选为0.61、进一步优选为0.62。F1的优选上限低于0.67、进一步优选为0.66、进一步优选为0.65。
[0086] [关于式(2)]
[0087] 本实施方式的铁道用车轴的化学组成还满足式(2)。
[0088] Si+0.9Cr≥0.50 (2)
[0089] 式(2)中的各元素符号中代入对应的元素的含量(质量％)。
[0090] 如上所述，Si和Cr使钢中的铁素体的强度提高。因此，Si和Cr能抑制裂纹的扩展。其结果，疲劳缺口系数变低。需要说明的是，Si和Cr不易对钢中的铁素体比率造成影响。
[0091] 定义为F2＝Si+0.9Cr。如果F2过低，则疲劳缺口系数变得过高，则裂纹容易扩展。如果F2为0.50以上，则疲劳缺口系数变成1.47以下，能够抑制由缺口导致的疲劳极限降低。
[0092] F2的优选下限高于0.50，进一步优选为0.55、进一步优选为0.60。
[0093] [制造方法]
[0094] 对本实施方式的铁道用车轴的制造方法的一个例子进行说明。
[0095] 制造具有上述化学组成的钢水。使用钢水制造钢锭。对钢锭实施热锻，制造具有车轴形状的粗制品。针对制造的粗制品，实施正火。具体而言，在高于Ac1相变点的热处理温度下保持粗制品，然后，自然冷却。正火后，可以在低于Ac1点的热处理温度下实施回火。
[0096] 实施上述热处理后，对粗制品实施机械加工，制造铁道用车轴。
[0097] 实施例
[0098] 制造各种化学组成的铁道用车轴，针对拉伸强度和疲劳极限进行调查。
[0099] [试验方法]
[0100] 制造具有表1所示的化学组成的钢水。
[0101] [表1]
[0102]
[0103] 表1中的“F1”栏中记载了对应的试验编号的化学组成的F1值。“F2”栏中记载了对应的试验编号的化学组成的F2值。
[0104] 参照表1，试验编号7～15的钢水的化学组成在本实施方式的铁道用车轴的化学组成的范围内。另一方面，试验编号1～6的钢水的化学组成是不适合的。
[0105] [铁道用车轴的制造]
[0106] 由试验编号1～15的钢水制造钢锭。将钢锭加热至1250℃后，进行热锻而制造具有直径200mm的车轴形状的粗制品。对各粗制品实施正火。正火的热处理温度为880℃。正火后，对粗制品实施机械加工而制造铁道用车轴。从各试验编号的铁道用车轴采集如下试验片。
[0107] [平滑试验片的制作]
[0108] 由各试验编号的铁道用车轴制作图1所示形状的平滑试验片。试验片的采集位置为车轴表面附近，采集方向是以试验片长度方向与车轴长度方向一致的方式进行的。图1中的数值是指尺寸(单位为mm)。平滑试验片的横截形状(与轴线垂直的截面)为圆。平滑试验片的平行部的直径为10mm，夹持部的直径为15mm。其他尺寸如图1所示。
[0109] [缺口试验片的制作]
[0110] 由各试验编号的铁道用车轴制作缺口试验片。试验片的采集位置以及采集方向与前述平滑试验片相同。而且，缺口试验片的整体形状与图1的平滑试验片相同。缺口试验片中，进而，在平行部的中央部形成图2所示的深度0.1mm、缺口底部曲率半径0.04mm的环状缺口。图2中的数值表示缺口的各尺寸(单位为mm)。
[0111] [旋转弯曲疲劳极限试验]
[0112] 对各试验编号的平滑试验片和缺口试验片实施小野式旋转弯曲疲劳试验。小野式旋转弯曲疲劳试验中的试验数为各试验编号分别取6个平滑、缺口试验片。试验时的转速设为3600rpm，在常温(25℃)、大气中实施试验。对于直至重复次数为1.0×107次为止也不断裂的情况，从而中止试验，判定为未断裂。疲劳极限的判定基于ISO12107：2003(E)(Metallic materials-Fatigue testing-Statistical planning and analysis of data，19页)中记载的改进阶梯法(modified staircase method)进行。本方法中的应力的台阶为10MPa，若断裂则降低相应的台阶程度的应力，若未断裂，则提高相应的台阶程度的应力而得到的结果，对该结果进行统计处理，从而求出与50％破坏概率相对应的疲劳极限。作为如此得到的疲劳极限，定义平滑疲劳极限σp、缺口疲劳极限σn(单位为MPa)。需要说明的是，缺口疲劳极限σn是通过公称应力而评价的，该公称应力是将弯曲力矩除以缺口底部的横截面(直径9.8mm的圆形)的截面系数而求出的。
[0113] [拉伸试验]
[0114] 由各试验编号的铁道用车轴通过机械加工制作棒状的拉伸试验片。拉伸试验片是从铁道用车轴的R/2位置(在车轴的横截面，将车轴的中心轴与外周面之间进行2等分的位置)采集的。拉伸试验片的长度方向与车轴的长度方向平行。使用所采集的拉伸试验片，在常温(25℃)、大气中实施拉伸试验，求出拉伸强度TS(MPa)。
[0115] [试验结果]
[0116] 将试验结果示于表2。
[0117] [表2]
[0118]
[0119] 表2中的“TS”栏中记载了各试验编号的拉伸强度(MPa)。“σp”栏中记载了平滑疲劳极限(MPa)。“σn”栏中记载了缺口疲劳极限(MPa)。“σp/σn”栏中记载了疲劳缺口系数。
[0120] 参照表1和表2，试验编号7～15的铁道用车轴的化学组成是适合的，F1满足式(1)，F2满足式(2)。因此，拉伸强度为590～650MPa。进而，平滑疲劳极限σp为250MPa以上，缺口疲劳极限σn为170MPa以上。进而，疲劳缺口系数σp/σn为1.47以下。因此，试验编号7～15的铁道用车轴具有优异的疲劳极限和疲劳缺口系数。
[0121] 进而，试验编号8～10的Ti含量为0.015％以下。因此，与Ti含量超过0.015％的试验编号7相比，疲劳缺口系数低。特别是，Ti含量为0.007％以下的试验编号9和10与Ti含量超过0.007％的试验编号8相比，疲劳缺口系数低。另一方面，未添加Ti的试验编号11与具有大致相同的拉伸强度且含有0.006％的Ti的试验编号10相比，平滑·缺口的两疲劳极限均稍低。
[0122] 另一方面，试验编号1的铁道用车轴额C含量过高。因此，平滑疲劳极限σp低。
[0123] 试验编号2的铁道用车轴的各元素的含量是适合的。然而，F2不满足式(2)。因此，缺口疲劳极限σn低，疲劳缺口系数σp/σn高。
[0124] 试验编号3的铁道用车轴的各元素的含量是适合的。然而，F1低于式(1)的下限。因此，拉伸强度TS变得过低，且平滑疲劳极限σp低。
[0125] 试验编号4和5的铁道用车轴的各元素的含量是适合的。然而，F1超过式(1)的上限。因此，拉伸强度TS变得过高。进而，疲劳缺口系数σp/σn变得过高。
[0126] 试验编号6的铁道用车轴的Ti含量过高。因此，疲劳缺口系数σp/σn变得过高。
[0127] 以上，对本发明的实施方式进行了说明。然而，上述实施方式只不过是用于实施本发明的示例。因此，本发明并不受上述实施方式的限制，也可以在不脱离其主旨的范围内适宜变更上述实施方式来实施。
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