CN100374606C - 一种轻型高速列车车轮用中碳低合金钢 - Google Patents

Abstract

一种轻型高速列车车轮用中碳低合金钢，按重量百分比包括以下合金元素，0.40-0.50%C0.20-0.70%Si0.50-0.80%Mn0.20-0.30%Cr0.015-0.035%AlsS≤0.02%P≤0.02%，其余为Fe及杂质元素。本发明降低钢中碳含量，提高Si含量，同时加入微量Al及Cr。与背景技术相比，车轮的强度、韧性匹配良好，可获得良好的综合性能，具有良好的耐磨性能和抗裂纹扩展能力、抗热机械损伤能力，合金元素少而价廉，加入量容易控制。

Description

一种轻型高速列车车轮用中碳低合金钢

技术领域

本发明属于铁路列车车轮用低合金钢，尤其涉及运营速度≥200km、轴重14.5吨、非踏面制动的内燃机车或电动机车牵引的铁路高速列车车轮用低合金钢。

背景技术

车轮是列车重要的运动构件。车轮在列车运行过程中始终与钢轨接触，起着承载、传递动力以及制动等作用。车轮的磨损、疲劳及机械损伤，直接影响车轮的使用寿命和行车安全。研究结果表明，列车运行速度超过120km/h后，列车的动力学条件和使用条件发生显著变化。随着运行速度加快，车轮与钢轨之间的磨损加剧，在列车运行特别是在制动过程中，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，给列车的安全运行带来极大的隐患，增大了铁路检修成本，甚至发生安全事故。为了适应列车高速运行的需求，各国纷纷研究开发新的车轮用钢，并取得了一定的成果，尤其是日本和欧洲的法国、德国，但它们采用的技术路线不同。日本采用高碳碳素钢，其合金元素及百分比含量为：0.60-0.75％C 0.15-0.35％Si0.50-0.90％Mn S≤0.50％P≤0.045％Cu≤0.30％。其性能为：常温轮辋抗拉强度在970～1077N/mm²，常温轮辋断裂韧性＜50N/mm^2m。这种车轮强度高，但韧性较差，存在的问题是抗热损伤能力差，发生车轮踏面剥离概率高，增加维修成本。而欧洲则采用中碳非合金化钢，其合金元素及百分比含量：C≤0.52％Si≤0.40％Mn≤0.80％S≤0.020％P≤0.020％Cr≤0.30％Cu≤0.30％Mo≤0.08％Ni≤0.30％V≤0.06％其性能为：常温轮辋抗拉强度在820～940N/mm²，常温轮辋断裂韧性≈75N/mm^2m。这种车轮钢强度、韧性匹配较差，在轮辋抗拉强度达880～940N/mm²时，常温冲击功小于2J，-20℃低温冲击功小于10J，断裂韧性约等于75N/mm^2m，抗热损伤能力差，发生车轮踏面剥离概率高，而断裂韧性大于75N/mm^2m以上时轮辋抗拉强度小于880N/mm²，车轮较软，磨耗快，使用寿命短，运行成本高。

我国目前采用的CL60钢0.55-0.65％C，0.17-0.37％Si，0.50-0.80％Mn，P≤0.035％，S≤0.040％，当运行速度达120-140km/h后，车轮踏面剥离大量涌现，直接影响列车运行安全。

发明内容

为了克服背景技术存在的不足，本发明的目的是提供一种轻型高速列车车轮用中碳低合金钢，用这种钢制造的轻型高速列车车轮可以获得较好的综合性能，既具有良好的强度，又具有良好的韧性，以适应高速列车的需求。

一种轻型高速列车车轮用中碳低合金钢，按重量百分比包括以下合金元素：

0.40-0.50％C    0.20-0.70％Si    0.50-0.80％Mn    0.20-0.30％Cr0.015-0.035％Als S≤0.02％P≤0.02％其余为Fe及杂质元素。

上述组份及含量的确定，是在开展含碳量对车轮综合性能影响的研究基础上得出的。在碳含量0.70-0.40％范围内，对不同成份材料的力学性能、抗滑动摩擦性能、抗滚动摩擦性能、抗热疲劳及抗接触疲劳进行了大量的研究。结果表明，随着碳含量的降低，材料的耐滑动摩擦性能、耐滚动摩擦性能以及耐接触疲劳性能有所降低，但是材料的耐疲劳性能显著提高。综合所有研究结果表明，碳含量在0.50％左右的材料可以获得较好的综合性能。本发明在降碳的基础上，适当提高Si的含量，同时加入少量的Cr、Al。降低C含量，有利于提高车轮的韧性，并提高Ms点；提高Si含量，能提高A_c1、A_c3临界点，并有一定的固熔强化作用，对过冷奥氏体的转变特性影响不大，且价廉；Cr能提高A_c1、A_c3的临界点，同时可使钢具有适度淬透性，可补偿由于降低C含量而带来的强度损失，并通过细化珠光体组织而具有强、韧化效果；Al在钢中形成A1N析出物钉扎晶界，使奥氏体晶体细化。

轻型高速列车车轮是经过下述工序加工而成，按指定上述组分及含量，由转炉冶炼——LF炉精炼——VD真空处理——连铸成圆坯，然后切坯——锻压——车轮轧机轧制——热处理——机加工——成品检验。

与背景技术相比，本发明制成的车轮在轮辋抗拉强度达880～940N/mm²时，常温冲击功大于25J，-20℃低温冲击功大于10J，断裂韧性超过80N/mm^2m，而欧洲的高速车轮在强度达880～940N/mm²时，常温冲击功小于20J，-20℃低温冲击功小于10J，断裂韧性等于75N/mm^2m，因此本发明可使车轮强度、韧性匹配良好，获得良好的综合性能，具有良好的耐磨性能、抗裂纹扩展能力；由于A_c1、M_s点较高，还具有良好的抗热损伤、抗机械疲劳损伤能力；合元素少而价廉，加入量容易控制，有利于降低生产成本，确保行车安全。

附图说明(略)

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1

采用通用的冶炼设备如转炉、LF炉及VD设备，按表1编号1的组分及含量，采用通常的炼钢工艺进行冶炼，连铸成圆坯；然后圆坯模切成块、加热、锻压，由车轮轧机轧制；再经热处理、机加工、成品检验等工序制造成车轮。表2中编号1列出了其测试结果。

实施例2

分别按表1编号2的组分及含量重复实施例1的方法，生产车轮，表2中编号2列出了其测试结果。

表1

编号	C	Si	Mn	S	P	Cr	Als
								1	0.48	0.34	0.71	0.013	0.012	0.28	0.022
2	0.50	0.37	0.65	0.011	0.015	0.23	0.030
								3	0.42	0.70	0.78	0.008	0.012	0.30	0.016

实施例3

分别按表1编号3的组分及含量重复实施例1的方法生产车轮，表2中编号3列出其测试结果。

表2

编号	抗拉强度(N/mm<sup>2</sup>)		延伸率A4(min)％		常温冲击Aku(min)J	低温冲击Aku(min)J(-20℃)	布氏硬度HB		轮辋断裂韧性平均(N/mm<sup>2m</sup>)
										轮辋	辐板缩减量1)(min)	轮辋	辐板	轮辋2)	轮辋3)	轮辋表面硬度	踏面下35mm处轮辋断面硬度(min)
	1	905	155	17	20	26	10.95	260										250	85
2									930	120	17	21	25	12	262	257	82
	3	885	130	20	28	32	15	250										246	105

Claims (4)

1.一种轻型高速列车车轮用中碳低合金钢，按重量百分比包括以下合金元素：

0.40-0.50％C 0.20-0.70％Si 0.50-0.80％Mn 0.20-0.30％Cr

0.015-0.035％Als S≤0.02％P≤0.02％其余为Fe及杂质元素。

2.根据权利要求1所述的一种轻型高速列车车轮用中碳低合金钢，按重量百分比包括以下合金元素：

0.48％C 0.34％Si 0.71％Mn 0.013％S 0.012％P 0.28％Cr 0.022％Als其余为Fe及杂质元素。

3.根据权利要求1所述的一种轻型高速列车车轮用中碳低合金钢，按重量百分比包括以下合金元素：

0.50％C 0.37％Si 0.65％Mn 0.011％S 0.015％P 0.23％Cr 0.030％Als其余为Fe及杂质元素。

4.根据权利要求1所述的一种轻型高速列车车轮用中碳低合金钢，按重量百分比包括以下合金元素：

0.42％C 0.70％Si 0.78％Mn 0.008％S 0.012％P 0.30％Cr 0.016％Als其余为Fe及杂质元素。