[发明专利]铁路货车用高硬度车轮钢及车轮制备方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金工业生产的技术领域，涉及一种铁路货车用高硬度车轮钢及车轮制备方法。

背景技术

铁路车轮在钢轨上运行时，轮与轨之间发生相互作用，铁路车轮承受垂直力、导向力、制动闸瓦压力和残余应力等，这就要求车轮本身具备较好的综合力学性能以提高其使用性能。强硬度指标是衡量车轮性能最基础指标，其大小直接影响车轮抗接触疲劳性、耐磨性，从而影响到车轮使用寿命，因此，提高车轮的强硬度指标可明显提高车轮的使用寿命。

常规CL65车轮较传统CL60车轮，由于硬度的增加表现较好的抗磨损性能，但随着铁路货运吨位及速度的不断提速，车轮的使用条件进一步恶化，常规CL65车轮在使用过程中也暴露出诸如剥离、磨耗加剧等问题，因此，通过提高车轮的强硬度指标来改善车轮的使用性能显得尤为重要。

传统的方法采用增加C元素含量提高车轮强硬度指标，但会对车轮塑性、韧性带来损害，对车轮使用安全性不利。提高车轮强硬度指标的同时，必须确保其塑性、韧性指标，首先要从成分设计上加以改进，同时在后期热处理过程中匹配相应的工艺确保车轮获得较好的强韧性匹配关系，以此来提高车轮的耐磨性、抗接触疲劳性、安全性等综合使用性能。

发明内容

本发明提供一种铁路货车用高硬度车轮钢及车轮制备方法，目的是在不影响车轮轮辋塑性、辐板韧性的基础上，以显著提高车轮强度、硬度性能，获得更良好的综合性能，增强车轮的耐磨性能和抗接触疲劳性能。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：铁路货车用高硬度车轮钢，其化学成分重量百分比为：C0.63-0.69%，Si1.00-1.20%，Mn0.90-1.10%，Mo0.05-0.08%，Cr0.30-0.40%，Als0.010-0.030%，P≤0.015%，S≤0.015%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

下面具体说明本发明技术方案的内容：

到目前为止，国内外火车车轮用钢均为铁素体-珠光体组织的高碳钢，这种组织在硬度水平相当时，具有最好的耐磨性，因此，本发明的车轮用钢应具有铁素体-珠光体组织状态。

目前，国内常规CL65车轮C控制在0.57-0.67%左右，为适当提高硬度，本发明将C的范围确定为0.63-0.69%之间。

从合金元素对性能的影响规律看，为获得高的强度硬度性能采用微合金化。因此，本发明重点对车轮钢中的Si、Mn、Cr、Mo、Als含量进行了设计。

提高Si含量使车轮受热、冷却时不易发生奥氏体相变、马氏体转变，有助于改善车轮材料抗热损伤性能，但过高的Si会增加材料的热敏感性和脆性。因此本发明将Si的范围确定为1.00-1.20%之间。

Mn是本发明中重要的强化元素，能够有效提高车轮强度硬度性能，从而提高车轮的耐磨性能，但过高Mn对车轮的综合机械性能和加工性能有不良影响，故Mn含量控制在0.90-1.10%之间。

Cr是次要的固溶强化元素，能够有效提高工件强硬度性能，从而提高工件的耐磨性能，但是从Cr元素对完全珠光体临界冷却速度的影响规律看，为使铁素体-珠光体组织易于获得，Cr含量应该控制在0.30-0.40％。

Mo能有效提高工件强硬度性，同时在淬火时可以提高淬透性，细化珠光体片间距，故Mo含量控制在0.05-0.08%之间。

Als可以通过细化晶粒以使车轮获得较好的塑性和韧性，故Als含量控制在0.010-0.030%之间。

P和S是杂质元素，故其含量应该控制在不超过0.015%。

为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了一种采用上述高硬度车轮钢制备车轮的方法，包括电炉炼钢工序、LF炉精炼工序、RH真空处理工序、圆坯连铸工序、切锭轧制工序、热处理工序、加工、成品检测工序，所述热处理工序为：在830-850℃保温2.0-2.5小时后空冷，然后在840-860℃保温2.0-2.5小时，喷水冷却轮辋至550℃以下，然后在500-520℃回火处理4.5-5.0小时。

在上述的热处理工序中，在830-850℃保温2.0-2.5小时后进行空冷，初步细化轮辋晶粒，可使轮辋晶粒度由轧态的2.0级左右提升至6.0级左右。

与现有技术相比，本发明获得了以下有益效果：本发明制备的车轮在轮辋塑性、辐板韧性基本保持不变的前提下，强硬度显著增加，有效提高了车轮的耐磨性能；同时，本发明制成的车轮能够保持原有车轮的铁素体-珠光体组织状态，不增大车轮制备的难度。

附图说明