[发明专利]铁道车辆车轮

说明书

本发明公开了一种铁道车辆车轮，其采用如下方法制备的车轮轮坯用钢制备而成，具有无碳化物的马氏体‑贝氏体复相组织，所述车轮轮坯用钢以重量百分比计含有：C:0.1～0.25％，Si:0.7～1.2％，Mn:1.5～2.2％，Cr:0.5～1％，Ni:0.3～0.8％，Mo:0.2～0.4％，余量为Fe及不可避免的杂质。钢坯是通过在电炉中进行精炼，真空脱气后铸坯，然后再进行电渣重熔后得到。该轮坯用钢在获得高强度的同时保持高韧性。本发明还提供了该轮坯的制造方法以及用该轮坯制成的铁道车辆车轮。

技术领域

本发明涉及一种铁道车辆车轮轮坯用钢及其车轮和制造方法，具体涉及采用特定化学组分的铁道车辆车轮轮坯用钢，同时具有高强度和高韧性，以及该轮坯的制造方法以及利用该轮坯得到的铁道车辆车轮。

背景技术

目前，作为高速轮轨铁路发展的核心技术之一，火车车轮用钢的研究重点是如何保证在运行条件下车轮使用安全和使用寿命。

研究结果表明，火车运行过程中，火车的动力学条件发生显著变化，车轮的使用条件也发生显著变化。车轮在火车运行中起承载、传递动力以及制动等作用。随着火车运行速度的提高，车轮与钢轨之间的磨损加剧，并且在火车的制动过程中，产生大量的摩擦热，加剧了车轮和钢轨因疲劳、剥离等引发的失效问题，给火车的安全运行带来极大的隐患，甚至发生安全事故，同时增加了铁路检修成本。1998年德国高速列车出轨，造成100多人死亡的惨重事故，其起因就是车轮的疲劳断裂。因此各国为适应火车高速运行的需求，纷纷研制和生产新的火车车轮和钢轨用材料。

从欧洲各国早些时候高速车轮用钢普遍采用UIC812-3标准的R7钢，主要以Si、Mn为强化元素，其各种元素的百分比含量极限应低于或等于下表中规定的数值。

R7钢的化学成分如下表1所示：

表1R7钢的化学成分

车轮轮辋的机械性能要求抗拉强度Rm为820MPa～940MPa，定倍数为A5的断裂伸长率≥14％，冲击韧性Aku(+20℃)≥15J，断面硬度为241HB～277HB。R7钢属中碳系铁素体-珠光体钢。国外研究者曾测定了R7车轮钢机械性能，其轮辋的抗拉强度范围为860MPa～940MPa，断面硬度极限值超过260HB，断裂韧性室温的Kq≈75Mpa·ml/2，-60℃～-20℃的Kq稳定在60Mpa·m1/2以上。后来由于车轮在运行中不断出现剥离等种种问题，特别是1998年德国高速车轮断裂导致高速列车出轨多人死亡以后，欧洲各国加大了对新型火车用车轮钢的研究，重点研究在保证材料的强度和硬度降低不大的前提下，提高车轮钢的韧性。研究者们提出了降碳微合金化车轮、低碳贝氏体车轮等新的合金设计思路，同时改进车轮钢的冶金工艺和技术，使材料的洁净度有所提高，这些对改善车轮的抗损伤性能有利。

我国国内研究部门对法国改进后的R7车轮钢实物车轮进行了检验分析，其轮辋的抗拉强度在860MPa～900MPa之间，轮辋断面硬度在标准的下限245HB～255HB，但是材料的断裂韧性超过85Mpam1/2，说明改进后的R7车轮钢硬度和强度略有下降，但材料的韧性有所提高。大量相关研究材料表明，在提高材料强度和韧性的研究中，同时提高两者几乎是不可能，要获得韧性，必将丧失部分强度；而提高强度则韧性会受影响。

现有技术中火车车轮用钢多为碳钢，或碳钢基础上添加少量合金元素，其金相组织多为铁素体钢、珠光体的混合组织。

中国专利CN102534396 A公开了一种高速列车车轮钢，通过添加0.015-0.110％的Nb以及特殊的热处理工艺来改善中高碳钢的断裂韧性，但是抗拉强度和屈服强度仍较低。美国专利US 7559999和US7591909也公开了添加Nb以提高耐滚动疲劳性以及耐剥落性的铁道车轮用钢。

日本特开昭50-104717号公报公开了添加有V的“高韧性铁路车轮用钢”。中国专利CN 1800427A也提供了含有V的铁道车轮用贝氏体钢，但是强度和韧性仍然不理想。