CN103643123A

CN103643123A - 铁路机车用车轮钢及车轮制备方法

Info

Publication number: CN103643123A
Application number: CN201310731278.1A
Authority: CN
Inventors: 孙曼丽; 陈刚; 江波; 赵海; 钟斌; 王世付; 程德利; 李翔
Original assignee: Magang Group Holding Co Ltd; Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Magang Group Holding Co Ltd; Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: CN103643123B

Abstract

本发明公开了一种铁路机车用车轮钢，其化学成分重量百分比为：C 0.46～0.55%，Si 0.20～0.37%，Mn 0.70～0.85%，Cr 0.24～0.32%，Als 0.020～0.040%，P≤0.008%，S≤0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；本发明还公开了一种铁路货车用高碳低合金车轮钢制备车轮的方法，包括热处理工序，所述热处理工序为：在860～880℃保温3～3.5小时，出炉空冷至室温，然后在840～860℃保温4小时，喷水冷却轮辋400秒，然后在480～500℃保温5小时后，出炉空冷。

Description

铁路机车用车轮钢及车轮制备方法

技术领域

本发明属于铁路辗钢整体车轮的制造领域，尤其涉及最高运行速度小于等于120km/h，单轴牵引功率不低于1200kW，25吨轴重及以下国内大功率铁路机车用车轮钢及车轮制备方法。

背景技术

铁路作为国家重要的基础设施、国民经济的大动脉和大众化的交通工具，在建设创新型国家和实现经济社会又好又快发展中肩负着重大责任和艰巨任务。根据我国中长期铁路规划和铁路技术装备现代化的速度，到2012年，投入运营的大功率机车已达到7900多台。根据测算，2009-2012年，大功率机车车轮年均需求量约为28000片。

按照“引进先进技术，联合设计生产，打造中国品牌”总体要求，我国近来年逐步引进了世界上最先进的轴功率1200KW和1600KW大功率机车制造技术，通过技术创新，我国机辆装备技术水平实现了重大跨越。经过消化吸收再创新，国内企业基本掌握了大功率机车的核心技术和主要配套技术。目前国产大功率机车已批量下线并投入运用，促进了我国民族工业发展，形成了以重点企业为核心、配套企业为骨干、辐射上百家相关企业的国内机辆装备设计制造体系。但就大功率机车走行部而言，尤其是车轮这类关键零部件尚未实现国产化。

我国大功率机车发展的主要障碍之一在于关键零部件材料国产化进程滞后，过分依靠国外引进技术和产品，特别是对轴功率1200KW和1600KW大功率机车系列关键零部件用材料缺乏技术储备。

我国大功率机车用车轮主要采用进口产品，车轮供应商为德国（BVV）、捷克（Bonatrans）及西班牙（CAF），其中HXN5机车车轮为美国GE公司按照AAR标准向马钢订货并监造。通过对各路局路段大功率机车运用情况进行跟踪调研，目前国外大功率机车车轮存在的主要问题为踏面剥离、踏面磨耗异常和轮缘磨耗异常。

随着我国铁路运输压力日益增大，对大功率机车轮的需求量日益增多，为确保我国现代化铁路的健康、可持续发展，大功率机车轮国产化至关重要。

发明内容

本发明提供一种铁路机车用车轮钢及车轮制备方法，目的是增强车轮的耐磨性能，使得车轮不仅力学性能与国外进口车轮相当，且应用于大功率机车时实际运行情况良好，踏面使用状况不低于进口机车轮。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：铁路机车用车轮钢，其化学成分重量百分比为：C0.46～0.55%，Si0.20～0.37%，Mn0.70～0.85%，Cr0.24～0.32%，Als0.020～0.040%，P≤0.008%，S≤0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

本发明还提供铁路货车用高碳低合金车轮钢制备车轮的方法，包括冶炼工序、切锭轧制工序、热处理工序，所述热处理工序为：在860～880℃保温3～3.5小时，出炉空冷至室温，然后在840～860℃保温4小时，喷水冷却轮辋400秒，然后在480～500℃保温5小时后，出炉空冷。

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-珠光体组织的中、高碳碳素钢，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。

针对目前国外大功率机车车轮存在踏面剥离、踏面磨耗异常和轮缘磨耗异常的问题，保证发明车轮的耐磨性是首要考虑问题。由于C对强、硬度贡献最大，随着碳含量的提高，将会明显提高车轮的强度硬度指标，改善车轮的耐磨性能，但其含量过高将降低车轮的韧性和塑性，因此本发明将C的范围确定为0.46-0.55%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和高的塑性性能，应实施复合微合金化。因此，本发明重点对车轮钢中的Si、Mn、Cr、Als含量进行了设计。

Si元素能使车轮受热、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0.20～0.37%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0.70～0.85%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0.24～0.32％。

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0.020～0.040%之间。

P和S是杂质元素，故其含量应该控制在不超过0.008%。

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车轮钢制备车轮的方法，包括电炉炼钢工序、LF炉精炼工序、VD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，所述的热处理工序为：在860～880℃保温3～3.5小时，出炉空冷至室温，然后在840～860℃保温4小时，喷水冷却轮辋400秒，然后在480～500℃保温5小时后，出炉空冷。

上述的热处理步骤中，在860～880℃保温3～3.5小时，出炉空冷至室温，室温约20℃±5℃，增加此步骤，可使轮辋晶粒度由轧态的2.0级左右提升至6.0级左右。

上述的热处理步骤中，限定了喷水冷却时间为400秒，这样确保轮辋具有足够硬度的同时，减小踏面异常组织深度。

与现有技术相比，本发明获得了以下有益效果：本发明制备的车轮不仅力学性能与国外进口车轮相当，且应用于大功率机车时实际运行情况良好，踏面使用状况不低于进口机车轮。

具体实施方式

下面结合实施例1、2对本发明做详细的说明。

实施例1、2中的车轮钢化学成分质量百分比如表1所示，实施例1、2均采用120吨氧顶底复吹转炉冶炼经LF+VD精炼真空脱气后直接连铸成φ380mm的圆坯，经切锭、加热轧制、热处理后形成外径为1250mm的大尺寸整体辗钢车轮。

实施例1：

将化学成分如表1实施例1的钢水经过转炉炼钢工序、LF炉精炼工序、VD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、成品检测工序而形成。对比例为国外进口机车轮，实施例1按照本发明提出的热处理方案进行，所述的热处理工序为：随炉升温至880℃，在880℃保温3.5小时后出炉空冷至室温20℃左右，再将车轮随炉升温至860℃，保温4小时后，出炉斜喷嘴喷水冷却400秒，然后在480℃保温5小时后，出炉空冷。

轮辋力学性能见表2，由表2可以看出实施例1和进口机车轮的力学性能水平相当。实际使用时，实施例1车轮和进口车轮踏面使用状况比较，实施例1车轮踏面状态良好，与进口车轮相当。表3为实施例1运行10万公里时踏面最大平均磨耗量，由表可知，发明车轮耐磨性略优于进口车轮。

实施例2：

将化学成分如表1实施例2的钢水经过转炉炼钢工序、LF炉精炼工序、VD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、成品检测工序而形成。对比例为国外进口机车轮，实施例2按照本发明提出的热处理方案进行，所述的热处理工序为：随炉升温至870℃，在870℃保温3小时后出炉空冷至室温20℃左右，再将车轮随炉升温至855℃，保温4小时后，出炉斜喷嘴喷水冷却400秒，然后在500℃保温5小时后，出炉空冷。

轮辋力学性能见表2，由表2可以看出实施例2和进口机车轮的力学性能水平相当，表3为实施例2运行10万公里时踏面最大平均磨耗量，由表可知，发明车轮耐磨性略优于进口车轮。

表1实施例1－2和对比例车轮合金成分（质量百分比%）

	C	Si	Mn	P	S	Cr	Als
								实施例1	0.53	0.26	0.73	0.006	0.002	0.24	0.037
实施例2	0.55	0.27	0.74	0.007	<0.002	0.24	0.021
								进口机车轮	0.55	0.28	0.72	0.010	0.010	0.17	0.087

表2实施例1－2和对比例车轮轮辋力学性能

表3实施例1－2和对比例车轮踏面最大磨耗量

	实施例1	实施例2	进口机车轮
				踏面最大磨耗（mm/万Km）	0.27	0.26	0.33

Claims

1.铁路机车用车轮钢，其特征在于，其化学成分重量百分比为：C0.46～0.55%，Si0.20～0.37%，Mn0.70～0.85%，Cr0.24～0.32%，Als0.020～0.040%，P≤0.008%，S≤0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

2.根据权利要求1所述的铁路机车用车轮钢，其特征在于，其化学成分重量百分比为：C0.53～0.55%，Si0.26～0.27%，Mn0.73～0.74%，Cr0.24～0.32%，Als0.021～0.037%，P≤0.008%，S≤0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

3.根据权利要求1或2所述的铁路机车用车轮钢，其特征在于，其化学成分重量百分比为：C0.53%，Si0.26%，Mn0.73%，Cr0.24%，Als0.037%，P0.006%，S0.002%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

4.一种采用权利要求1所述的铁路机车用车轮钢制备车轮的方法，包括热处理工序，其特征在于，所述热处理工序为：在860～880℃保温3～3.5小时，出炉空冷至室温，然后在840～860℃保温4小时，喷水冷却轮辋400秒，然后在480～500℃保温5小时。