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在“一带一路”政策的指引下,作为中国制造的名片,中国标准动车组肩负着带动出口的品牌责任,其关键部件车轴的国产化及对高寒地区等全球环境的适应性是最重要的考虑因素。在高速运转状态下,动车组车轴承受着交变动载荷且受力情况复杂,为保证铁路运输的安全,高速车轴用钢必须具有足够高的强度、低温冲击韧性功以及较低的韧脆转变温度。本文采用V、Nb微合金化和热处理工艺优化来调控高速车轴钢的奥氏体晶粒和显微组织,进而获得优异的综合力学性能;系统研究了0.05V钢、0.17V钢和0.18V-0.04Nb钢在不同调质处理工艺参数下的、奥氏体晶粒和显微组织特性及其力学性能,讨论了强韧化机理,取得如下主要研究结果:研究了0.05V钢经900℃淬火后在600℃-675℃回火1h或4h后的微观组织演变及力学性能。随着回火温度的升高及回火时间的延长,0.05V钢中部分马氏体板条发生溶解,并伴有大量的合金碳化物析出,强度随之降低,而冲击韧性则明显提高。对比研究了淬火(奥氏体化)温度对0.05V钢、0.17V钢和0.18V-0.04Nb钢奥氏体晶粒尺寸的影响,并对比分析了差异。研究发现(1)随温度升高,奥氏体晶粒粗化,但0.05V钢、0.17V钢和0.18V-0.04Nb钢的奥氏体晶粒细化及粗化倾向依次降低,主要受基体中未溶解的VC和(Nb,V)C颗粒尺寸以及体积分数的影响。(2)0.05V钢中的V在850℃及以上高温淬火时完全固溶,获得的晶粒最粗大。0.17V钢和0.18V-0.04Nb钢的VC和(Nb,V)C颗粒在850℃时未完全固溶,起钉扎奥氏体晶界的作用,与0.05V钢相比,晶粒细化且粗化倾向降低。因富Nb的(Nb,V)C颗粒的析出温度更高,0.18V-0.04Nb钢获得最细小的奥氏体晶粒,850℃一次淬火时奥氏体晶粒尺寸达到10μm,二次淬火时达到8μm。(3)三种试验钢经850℃两次淬火后,原奥氏体晶粒得到进一步的细化,且0.17V钢细化程度最好。对比研究了三种试验钢在不同淬火工艺下及675℃回火4h后的组织性能,发现(1)三种试验钢的马氏体板条块的宽度也随奥氏体晶粒尺寸的减小而细化,大角度界面密度随之提高。(2)与900℃淬火相比,850℃淬火时的0.05V钢在强度提高的同时韧性也得到了改善,而0.17V钢和0.18V-0.04Nb钢的韧性得到了提高,但强度降低。原因是0.17V钢和0.18V-0.04Nb钢850℃淬火时导致最终组织中的纳米析出相整体粗化,沉淀强化效果减弱。综合来看,淬火温度为850℃时,在675℃回火4h后三种试验钢都获得了良好的综合力学性能。(3)与一次淬火相比,经850℃两次淬火后三种试验钢的强度均下降,但韧性均得到了提高。(4)在850℃一次淬火及两次淬火时,由于提高了V含量和复合添加了微量Nb,0.17V钢和0.18V-0.04Nb钢微观组织得到细化,且沉淀强化作用提高,使其强韧性以及低温韧性均优于0.05V钢。