汽车车轮和列车转向架构架是车辆行走结构的关键部件,在行驶过程中承受复杂的交变载荷作用。随着汽车轻量化和铁路高速化需求的不断增加,商用车车轮质量与抗疲劳能力的矛盾日益突出,而列车转向架构架的质量问题也逐渐暴露出来,常常发生早期疲劳断裂,这表明上述抗疲劳结构所用材料已不能满足各自的使用要求。因此,迫切需要对商用车车轮和高速列车转向架构架的材料进行升级换代。　　本文针对商用车车轮和高速列车转向架构架服役条件对材料性能的要求以及低成本需求,提出在原有钢种的基础上,采用成分微调、尽量减少添加合金元素和优化控轧控冷工艺相结合的方法,研制商用车车轮和高速列车转向架构架用低成本高强度钢。通过热模拟实验、实验室轧制和工业试轧,寻求获得最佳组织和性能的工艺参数。并对与研制钢板应用密切相关的成形性、疲劳性能、耐候性能和焊接性能进行了系统研究,为研制高强钢的实际应用提供理论依据。论文的主要研究工作和结果如下:　　(1)以Q235碳素钢为基本成分,采用降碳提锰和添加极微量Nb(<0.015％)的高洁净成分路线。结合新一代钢铁材料一超级钢薄规格钢带工业生产实践、设备能力和性能要求,确定了轧制工艺,在本钢的热连轧机上成功轧制出厚度为6～12mm的400MPa级低成本商用车车轮钢。性能检验结果表明,该车轮钢具有良好的低温韧性、焊接性能、成形性能和疲劳性能。　　(2)利用ANSYS有限元软件,对车轮减重后的结构强度和刚度进行了分析,以快速、有效和低成本的方法验证研制的车轮钢实现车轮减重可行性。分析结果表明:当轮辐减薄2mm时,其安全强度储备为44%,存在进一步优化减薄的潜力。应变和位移满足车轮刚度要求。另外,在减薄的基础上还能够实现大通风孔设计理念。　　(3)根据高速列车对转向架构架钢的性能要求,确定在16Mn钢基础上,采用降碳提锰并添加微量Nb、Ti和少量Cu的高洁净度成分路线。通过热模拟实验,研究了实验钢的热变形行为、变形及冷却工艺参数对组织演变的影响。在此基础上,对实验钢进行了实验室轧制。结果表明,在精轧开轧温度为930～900℃,终轧温度为830～790℃,终冷温度为580～530℃及冷却速度为15℃／s时可获得屈服强度为540MPa,同时拥有良好塑性和低温韧性的焊接构架用8～12mm钢板。　　(4)利用实验室干湿交替加速腐蚀试验,对研制的构架钢、SPA-H耐候钢和Q345E低合金钢的耐候性能进行了测定。结果表明,研制的构架钢耐大气腐蚀性能明显优于Q345E低合金钢,并且与SPA-H耐候钢的耐候性能相当。这主要归因于研制的构架钢中含有少量Cu元素、组织细化和少珠光体组织。　　(5)通过冷裂纹敏感指数经验公式、斜Y坡口抗裂性试验、焊接热模拟试验及气体保护焊接试验,对研制的构架钢焊接性进行了全面且深入的研究。结果表明,研制的构架钢焊接冷裂纹倾向较小。当线能量控制在20kJ/cm以下时,研制的构架钢焊接接头具有与母材相当的强度和良好的低温韧性。　　(6)利用轴向拉伸疲劳试验及疲劳裂纹扩展速率试验,测定Q345E低合金钢、研制的构架钢及其焊接接头,-N曲线和疲劳裂纹扩展速率。结果表明,研制的构架钢在R=-1,循环基数为107时的疲劳极限为335MPa,而相同条件下Q345E低合金钢疲劳强度为260MPa。研制的构架钢焊接接头在R=-1和R=0条件下循环2×106的疲劳极限分别为295MPa和240MPa。在较高应力下疲劳裂纹萌生于试样表面,且呈现多个裂纹源;在较低应力下疲劳裂纹起源于近表面夹杂物。焊缝和热影响区的疲劳裂纹扩展速率均高于母材,热影响区的疲劳裂纹扩展速率介于焊缝和母材之间。　　在某车轮厂,对研制的车轮钢进行了生产试制,轮辐成型合格率达到99％以上,并且试制车轮的台架弯曲疲劳寿命远超过国标规定。目前,400MPa级低成本车轮钢在该车轮厂己获得大规模应用,并且产品已出口美国,经济效益显著。