鐵路貨車用高硬度車輪鋼及車輪制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鐵路貨車用高硬度車輪鋼，其化學成分重量百分比為：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%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。本發(fā)明還公開了一種車輪的制備方法，包括熱處理工序，所述熱處理工序為：在830-850℃保溫2.0-2.5小時后空冷，然后在840-860℃保溫2.0-2.5小時，噴水冷卻輪輞至550℃以下，然后在500-520℃回火處理4.5-5.0小時。
【專利說明】鐵路貨車用高硬度車輪鋼及車輪制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金工業(yè)生產(chǎn)的【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種鐵路貨車用高硬度車輪鋼及車輪制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵路車輪在鋼軌上運行時，輪與軌之間發(fā)生相互作用，鐵路車輪承受垂直力、導(dǎo)向力、制動閘瓦壓力和殘余應(yīng)力等，這就要求車輪本身具備較好的綜合力學性能以提高其使用性能。強硬度指標是衡量車輪性能最基礎(chǔ)指標，其大小直接影響車輪抗接觸疲勞性、耐磨性，從而影響到車輪使用壽命，因此，提高車輪的強硬度指標可明顯提高車輪的使用壽命。
[0003]常規(guī)CL65車輪較傳統(tǒng)CL60車輪，由于硬度的增加表現(xiàn)較好的抗磨損性能，但隨著鐵路貨運噸位及速度的不斷提速，車輪的使用條件進一步惡化，常規(guī)CL65車輪在使用過程中也暴露出諸如剝離、磨耗加劇等問題，因此，通過提高車輪的強硬度指標來改善車輪的使用性能顯得尤為重要。
[0004]傳統(tǒng)的方法采用增加C元素含量提高車輪強硬度指標，但會對車輪塑性、韌性帶來損害，對車輪使用安全性不利。提高車輪強硬度指標的同時，必須確保其塑性、韌性指標，首先要從成分設(shè)計上加以改進，同時在后期熱處理過程中匹配相應(yīng)的工藝確保車輪獲得較好的強韌性匹配關(guān)系，以此來提高車 輪的耐磨性、抗接觸疲勞性、安全性等綜合使用性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種鐵路貨車用高硬度車輪鋼及車輪制備方法，目的是在不影響車輪輪輞塑性、輻板韌性的基礎(chǔ)上，以顯著提高車輪強度、硬度性能，獲得更良好的綜合性能，增強車輪的耐磨性能和抗接觸疲勞性能。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:鐵路貨車用高硬度車輪鋼，其化學成分重量百分比為:C0.63-0.69%, Sil.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%，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)元素。
[0007]下面具體說明本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容:
[0008]到目前為止，國內(nèi)外火車車輪用鋼均為鐵素體-珠光體組織的高碳鋼，這種組織在硬度水平相當時，具有最好的耐磨性，因此，本發(fā)明的車輪用鋼應(yīng)具有鐵素體-珠光體組織狀態(tài)。
[0009]目前，國內(nèi)常規(guī)CL65車輪C控制在0.57-0.67%左右，為適當提高硬度，本發(fā)明將C的范圍確定為0.63-0.69%之間。
[0010]從合金元素對性能的影響規(guī)律看，為獲得高的強度硬度性能采用微合金化。因此，本發(fā)明重點對車輪鋼中的S1、Mn、Cr、Mo、Als含量進行了設(shè)計。
[0011]提高Si含量使車輪受熱、冷卻時不易發(fā)生奧氏體相變、馬氏體轉(zhuǎn)變，有助于改善車輪材料抗熱損傷性能，但過高的Si會增加材料的熱敏感性和脆性。因此本發(fā)明將Si的范圍確定為1.00-1.20%之間。
[0012]Mn是本發(fā)明中重要的強化元素，能夠有效提高車輪強度硬度性能，從而提高車輪的耐磨性能，但過高Mn對車輪的綜合機械性能和加工性能有不良影響，故Mn含量控制在
0.90-1.10% 之間。
[0013]Cr是次要的固溶強化元素，能夠有效提高工件強硬度性能，從而提高工件的耐磨性能，但是從Cr元素對完全珠光體臨界冷卻速度的影響規(guī)律看，為使鐵素體-珠光體組織易于獲得，Cr含量應(yīng)該控制在0.30-0.40%。
[0014]Mo能有效提高工件強硬度性，同時在淬火時可以提高淬透性，細化珠光體片間距，故Mo含量控制在0.05-0.08%之間。
[0015]Als可以通過細化晶粒以使車輪獲得較好的塑性和韌性，故Als含量控制在
0.010-0.030% 之間。
[0016]P和S是雜質(zhì)元素，故其含量應(yīng)該控制在不超過0.015%。
[0017]為了實現(xiàn)與上述技術(shù)方案相同的發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了一種采用上述高硬度車輪鋼制備車輪的方法，包括電爐煉鋼工序、LF爐精煉工序、RH真空處理工序、圓坯連鑄工序、切錠軋制工序、熱處理工序、加工、成品檢測工序，所述熱處理工序為:在830-850°C保溫2.0-2.5小時后空冷，然后在840-860°C保溫2.0-2.5小時，噴水冷卻輪輞至550°C以下，然后在500-520°C回火處理4.5-5.0小時。
[0018]在上述的熱處理工序中，在830_850°C保溫2.0-2.5小時后進行空冷，初步細化輪輞晶粒，可使輪輞晶粒度由軋態(tài)的2.0級左右提升至6.0級左右。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明獲`得了以下有益效果:本發(fā)明制備的車輪在輪輞塑性、輻板韌性基本保持不變的前提下，強硬度顯著增加，有效提高了車輪的耐磨性能；同時，本發(fā)明制成的車輪能夠保持原有車輪的鐵素體-珠光體組織狀態(tài)，不增大車輪制備的難度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]本說明書包括以下附圖，所示內(nèi)容分別是:
[0021]圖1是實施例1的車輪輪輞金相組織；
[0022]圖2是實施例2的車輪輪輞金相組織；
[0023]圖3是實施例1和實施例2的車輪與常規(guī)CL65車輪洛氏硬度的對比圖；
[0024]圖4是實施例1和實施例2車輪與常規(guī)CL65車輪在經(jīng)100萬次循環(huán)后磨耗量的對比圖；
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖1-4及實施例1-2對本發(fā)明做詳細的說明。
[0026]實施例1-2中的車輪鋼的化學成分重量百分比如表1所示，實施例1-2均采用電爐冶煉經(jīng)LF+RH精煉真空脫氣后直接連鑄成(p380mm的圓坯，經(jīng)切錠、加熱軋制、熱處理、精加工后形成直徑為860mm的貨車車輪。
[0027]實施例1:
[0028]將化學成分如表1實施例1的鋼水經(jīng)過電爐煉鋼工序、LF爐精煉工序、RH真空處理工序、圓坯連鑄工序、切錠軋制工序、熱處理工序、加工、成品檢測工序而形成。所述的熱處理工序為:在835°C保溫2小時后空冷，然后加熱至845°C保溫2小時，噴水冷卻輪輞至510°C，然后在510°C回火處理5小時。
[0029]如圖1所示，本實施例制備的車輪輪輞金相組織為細珠光體+少量鐵素體。本實施例車輪機械性能如表2及圖3 (洛氏硬度)所示，輪輞塑性、輻板韌性較常規(guī)CL65車輪基本保持不變，強度和硬度較常規(guī)CL65車輪明顯提高。在MMS-2A型微機控制摩擦磨損試驗機上進行了磨耗性能對比試驗，在相同的試驗條件下(試驗過程中下試樣為本實施例制備的車輪試樣和常規(guī)CL65鋼車輪試樣,上試樣均為相同硬度的U71Mn鋼軌試樣,下試樣轉(zhuǎn)速400rpm，上試樣轉(zhuǎn)速360rpm，對應(yīng)轉(zhuǎn)動滑差率0.75%，接觸應(yīng)力2200MPa，循環(huán)次數(shù)100萬次)，本發(fā)明車輪的磨耗失重量比常規(guī)CL65鋼車輪明顯降低，如圖4所示。在麗S-2A型微機控制摩擦磨損試驗機上進行了滾動接觸疲勞對比試驗，在相同的試驗條件下(試驗過程中上試樣為常規(guī)CL65鋼車輪試樣,下試樣為本實施例制備的車輪試樣,下試樣轉(zhuǎn)速400rpm,上試樣轉(zhuǎn)速360rpm ;對應(yīng)轉(zhuǎn)動滑差率10.5%，接觸應(yīng)力llOOMPa)，經(jīng)過250萬次循環(huán)后，常規(guī)CL65鋼車輪試樣發(fā)生剝落現(xiàn)象，而本實施例制備的車輪試樣除壓痕外未發(fā)現(xiàn)明顯剝落現(xiàn)象，這表明本實施例抗?jié)L動接觸疲勞性能優(yōu)于常規(guī)CL65車輪。
[0030]實施例2:
[0031]將化學成分如表1實施例2的鋼水經(jīng)過電爐煉鋼工序、LF爐精煉工序、RH真空處理工序、圓坯連鑄工序、切錠軋制工序、熱處理工序、加工、成品檢測工序而形成。所述的熱處理工序為:在840°C保溫2小時后空冷，然后加熱至850°C保溫2.5小時，噴水冷卻輪輞至515°C，然后在515°C回火處理4.5小時。
[0032]如圖2所示，本實施例制備的車輪輪輞金相組織為細珠光體+少量鐵素體。本實施例車輪機械性能如表2及圖3 (洛氏硬度)所示，輪輞塑性、輻板韌性較常規(guī)CL65車輪基本保持不變，強度和硬度較常規(guī)CL65車輪明顯提高。在MMS-2A型微機控制摩擦磨損試驗機上進行了磨耗性能對比試驗，在相同的試驗條件下(試驗過程中下試樣為本實施例制備的車輪試樣和常規(guī)CL65鋼車輪試樣,上試樣均為相同硬度的U71Mn鋼軌試樣,下試樣轉(zhuǎn)速400rpm，上試樣轉(zhuǎn)速360rpm，對應(yīng)轉(zhuǎn)`動滑差率0.75%，接觸應(yīng)力2200MPa，循環(huán)次數(shù)100萬次)，本發(fā)明車輪的磨耗失重量比常規(guī)CL65鋼車輪明顯降低，如圖4所示。在麗S-2A型微機控制摩擦磨損試驗機上進行了滾動接觸疲勞對比試驗，在相同的試驗條件下(試驗過程中上試樣為常規(guī)CL65鋼車輪試樣,下試樣為本實施例制備的車輪試樣，下試樣轉(zhuǎn)速400rpm,上試樣轉(zhuǎn)速360rpm ;對應(yīng)轉(zhuǎn)動滑差率10.5%，接觸應(yīng)力llOOMPa)，經(jīng)過250萬次循環(huán)后，常規(guī)CL65鋼車輪試樣發(fā)生剝落現(xiàn)象，而本實施例制備的車輪試樣除壓痕外未發(fā)現(xiàn)明顯剝落現(xiàn)象，這表明本實施例抗?jié)L動接觸疲勞性能優(yōu)于常規(guī)CL65車輪。
[0033]表1實施例1-2及常規(guī)CL65車輪的化學成分(Wt%)
[0034]
【權(quán)利要求】
1.鐵路貨車用高硬度車輪鋼，其特征在于:其化學成分重量百分比為:C0.63-0.69%，Sil.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%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。
2.一種采用權(quán)利要求1所述的鐵路貨車用高硬度車輪鋼制備車輪的方法，包括熱處理工序，其特征在于，所述熱處理工序為:在830-850°C保溫2.0-2.5小時后空冷，然后在840-860°C保溫2.0-2.5小時，噴水冷卻輪輞至550°C以下，然后在500_520°C回火處理4.5-5.0 小時。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備車輪的方法，其特征在于，所述熱處理工序為:在835-840°C保溫2.0-2.5小時后空冷，然后在845_850°C保溫2.0-2.5小時，噴水冷卻輪輞至550°C以下，然后在510-515°C回 火處理4.5-5.0小時。
【文檔編號】C22C38/22GK103741034SQ201310736266
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】趙海, 江波, 陳剛, 王世付, 李翔, 鐘斌, 孫曼麗, 鄧榮杰 申請人:馬鋼(集團)控股有限公司, 馬鞍山鋼鐵股份有限公司