[发明专利]一种提高硬度均匀性和降低异常组织深度的城市轨道用中碳车轮钢

说明书

本发明提供了一种提高硬度均匀性和降低异常组织深度的城市轨道用中碳车轮钢及其热处理方法，车轮成分：0.555≤C＜0.595％、Mo 0.05‑0.08％、Si 0.20‑0.40％、Mn 0.60‑0.80％、P≤0.02％、S≤0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；C含量0.555≤C＜0.565％车轮，回火温度460‑480℃；C含量0.565≤C＜0.575％车轮，回火温度470‑490℃；C含量0.575≤C＜0.585％的车轮，回火温度480‑500℃；C含量0.585≤C＜0.595％车轮，回火温度490‑510℃。采用上述工艺缩小硬度差；添加Mo，降低异常组织深度。

技术领域

本发明属于城市轨道用车轮技术领域，尤其是涉及一种提高硬度均匀性和降低异常组织深度的城市轨道用中碳车轮钢及其热处理方法。

背景技术

车轮的硬度均匀性和异常组织存在与否是评价车轮质量控制能力和水平的重要指标，对车轮的服役性能有直接和重要的影响。

随着车轮市场竞争日益激烈，客户对车轮性能的要求越来越高，往往提出高出技术条件很多的要求，如城市轨道用车轮，在车轮发生失圆、偏磨、异常磨耗、剥离等质量异议时，硬度均匀性水平和异常组织存在与否往往成为客户质疑的重点。

从城市轨道用车轮研发看，基本采用中碳钢，通过提高车轮的硬度均匀性来提高车轮的耐磨性。异常组织对车轮早期使用性能(剥离、磨损)有不利影响，是很多标准和客户技术条件所不允许存在的。国内主机厂以及地铁运营商也都增加了车轮踏面组织控制的技术要求，可见，客户对车轮异常组织的重视程度越来越高，因此车轮加工时需将异常组织加工掉，热处理后车轮异常组织深度越小，加工量越少，成本越低，同类产品市场竞争力越高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高硬度均匀性和降低异常组织深度的城市轨道用中碳车轮钢，实现提高硬度均匀性水平和降低异常组织深度的目标。

本发明另目的在于提供一种高硬度均匀性和降低异常组织深度的城市轨道用中碳车轮钢的热处理方法。

本发明具体技术方案如下：

一种提高硬度均匀性和降低异常组织深度的城市轨道用中碳车轮钢，包括以下质量百分比成分：C 0.30-0.60％、Mo≤0.08％、Si≤0.40％、Mn≤0.80％、P≤0.02％、S≤0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

进一步的优选的：0.555≤C＜0.595％、Mo 0.05-0.08％、Si 0.20-0.40％、Mn0.60-0.80％、 P≤0.02％、S≤0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

本发明各成分及含量设计原理如下：

车轮钢C含量高的材料(如C含量达到0.65％以上)，由于具有很高的硬度，所以耐磨性较好，而且抗接触疲劳性能较好，但是材料的韧性会下降，而且抗剥离性能的首要考虑对象——冷热疲劳性能较差，所以抗剥离性能会很差。C含量低的材料(如C含量小于0.50％)，韧性很好，而且冷热疲劳性能很好，但是耐磨性能、接触疲劳性能不好，作为列车车轮材料，会影响车轮的使用寿命。因此对于城市轨道用车轮钢，适当的C含量，可以在保证材料的硬度和耐磨性的前提下，提高材料的抗剥离性能，满足高性能列车对车轮材料的要求。在结合以往研究，C控制在0.30-0.60％，优选的，控制在0.56-0.59％左右的碳含量可以获得较好的硬度同时韧性留有一定余量。

车轮钢Si提高车轮钢强度，改善先共析铁素体和珠光体的硬度，并能提高车轮钢抗滑动(制动)剥离性能，但随Si含量提高，车轮钢塑性和冲击性能有所降低，淬透性和淬硬组织也随之增加，车轮可加工性能有所降低。因此本发明将Si含量控制在≤0.40％，优选的，控制在0.20-0.40％。