CN103741034A

CN103741034A - 铁路货车用高硬度车轮钢及车轮制备方法

Info

Publication number: CN103741034A
Application number: CN201310736266.8A
Authority: CN
Inventors: 赵海; 江波; 陈刚; 王世付; 李翔; 钟斌; 孙曼丽; 邓荣杰
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: 2014-04-23

Abstract

本发明公开了一种铁路货车用高硬度车轮钢，其化学成分重量百分比为：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%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。本发明还公开了一种车轮的制备方法，包括热处理工序，所述热处理工序为：在830-850℃保温2.0-2.5小时后空冷，然后在840-860℃保温2.0-2.5小时，喷水冷却轮辋至550℃以下，然后在500-520℃回火处理4.5-5.0小时。

Description

铁路货车用高硬度车轮钢及车轮制备方法

技术领域

本发明属于冶金工业生产的技术领域，涉及一种铁路货车用高硬度车轮钢及车轮制备方法。

背景技术

铁路车轮在钢轨上运行时，轮与轨之间发生相互作用，铁路车轮承受垂直力、导向力、制动闸瓦压力和残余应力等，这就要求车轮本身具备较好的综合力学性能以提高其使用性能。强硬度指标是衡量车轮性能最基础指标，其大小直接影响车轮抗接触疲劳性、耐磨性，从而影响到车轮使用寿命，因此，提高车轮的强硬度指标可明显提高车轮的使用寿命。

常规CL65车轮较传统CL60车轮，由于硬度的增加表现较好的抗磨损性能，但随着铁路货运吨位及速度的不断提速，车轮的使用条件进一步恶化，常规CL65车轮在使用过程中也暴露出诸如剥离、磨耗加剧等问题，因此，通过提高车轮的强硬度指标来改善车轮的使用性能显得尤为重要。

传统的方法采用增加C元素含量提高车轮强硬度指标，但会对车轮塑性、韧性带来损害，对车轮使用安全性不利。提高车轮强硬度指标的同时，必须确保其塑性、韧性指标，首先要从成分设计上加以改进，同时在后期热处理过程中匹配相应的工艺确保车轮获得较好的强韧性匹配关系，以此来提高车轮的耐磨性、抗接触疲劳性、安全性等综合使用性能。

发明内容

本发明提供一种铁路货车用高硬度车轮钢及车轮制备方法，目的是在不影响车轮轮辋塑性、辐板韧性的基础上，以显著提高车轮强度、硬度性能，获得更良好的综合性能，增强车轮的耐磨性能和抗接触疲劳性能。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：铁路货车用高硬度车轮钢，其化学成分重量百分比为：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%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

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-珠光体组织的高碳钢，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。

目前，国内常规CL65车轮C控制在0.57-0.67%左右，为适当提高硬度，本发明将C的范围确定为0.63-0.69%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采用微合金化。因此，本发明重点对车轮钢中的Si、Mn、Cr、Mo、Als含量进行了设计。

提高Si含量使车轮受热、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1.00-1.20%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0.90-1.10%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0.30-0.40％。

Mo能有效提高工件强硬度性，同时在淬火时可以提高淬透性，细化珠光体片间距，故Mo含量控制在0.05-0.08%之间。

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0.010-0.030%之间。

P和S是杂质元素，故其含量应该控制在不超过0.015%。

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高硬度车轮钢制备车轮的方法，包括电炉炼钢工序、LF炉精炼工序、RH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，所述热处理工序为：在830-850℃保温2.0-2.5小时后空冷，然后在840-860℃保温2.0-2.5小时，喷水冷却轮辋至550℃以下，然后在500-520℃回火处理4.5-5.0小时。

在上述的热处理工序中，在830-850℃保温2.0-2.5小时后进行空冷，初步细化轮辋晶粒，可使轮辋晶粒度由轧态的2.0级左右提升至6.0级左右。

与现有技术相比，本发明获得了以下有益效果：本发明制备的车轮在轮辋塑性、辐板韧性基本保持不变的前提下，强硬度显著增加，有效提高了车轮的耐磨性能；同时，本发明制成的车轮能够保持原有车轮的铁素体-珠光体组织状态，不增大车轮制备的难度。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是实施例1的车轮轮辋金相组织；

图2是实施例2的车轮轮辋金相组织；

图3是实施例1和实施例2的车轮与常规CL65车轮洛氏硬度的对比图；

图4是实施例1和实施例2车轮与常规CL65车轮在经100万次循环后磨耗量的对比图；

具体实施方式

下面结合附图1-4及实施例1-2对本发明做详细的说明。

实施例1-2中的车轮钢的化学成分重量百分比如表1所示，实施例1-2均采用电炉冶炼经LF+RH精炼真空脱气后直接连铸成

的圆坯，经切锭、加热轧制、热处理、精加工后形成直径为860mm的货车车轮。

实施例1：

将化学成分如表1实施例1的钢水经过电炉炼钢工序、LF炉精炼工序、RH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。所述的热处理工序为：在835℃保温2小时后空冷，然后加热至845℃保温2小时，喷水冷却轮辋至510℃，然后在510℃回火处理5小时。

如图1所示，本实施例制备的车轮轮辋金相组织为细珠光体＋少量铁素体。本实施例车轮机械性能如表2及图3（洛氏硬度）所示，轮辋塑性、辐板韧性较常规CL65车轮基本保持不变，强度和硬度较常规CL65车轮明显提高。在MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验机上进行了磨耗性能对比试验，在相同的试验条件下（试验过程中下试样为本实施例制备的车轮试样和常规CL65钢车轮试样，上试样均为相同硬度的U71Mn钢轨试样，下试样转速400rpm，上试样转速360rpm，对应转动滑差率0.75%，接触应力2200MPa，循环次数100万次），本发明车轮的磨耗失重量比常规CL65钢车轮明显降低，如图4所示。在MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验机上进行了滚动接触疲劳对比试验，在相同的试验条件下（试验过程中上试样为常规CL65钢车轮试样，下试样为本实施例制备的车轮试样，下试样转速400rpm，上试样转速360rpm；对应转动滑差率10.5%，接触应力1100MPa），经过250万次循环后，常规CL65钢车轮试样发生剥落现象，而本实施例制备的车轮试样除压痕外未发现明显剥落现象，这表明本实施例抗滚动接触疲劳性能优于常规CL65车轮。

实施例2：

将化学成分如表1实施例2的钢水经过电炉炼钢工序、LF炉精炼工序、RH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。所述的热处理工序为：在840℃保温2小时后空冷，然后加热至850℃保温2.5小时，喷水冷却轮辋至515℃，然后在515℃回火处理4.5小时。

如图2所示，本实施例制备的车轮轮辋金相组织为细珠光体＋少量铁素体。本实施例车轮机械性能如表2及图3（洛氏硬度）所示，轮辋塑性、辐板韧性较常规CL65车轮基本保持不变，强度和硬度较常规CL65车轮明显提高。在MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验机上进行了磨耗性能对比试验，在相同的试验条件下（试验过程中下试样为本实施例制备的车轮试样和常规CL65钢车轮试样，上试样均为相同硬度的U71Mn钢轨试样，下试样转速400rpm，上试样转速360rpm，对应转动滑差率0.75%，接触应力2200MPa，循环次数100万次），本发明车轮的磨耗失重量比常规CL65钢车轮明显降低，如图4所示。在MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验机上进行了滚动接触疲劳对比试验，在相同的试验条件下（试验过程中上试样为常规CL65钢车轮试样，下试样为本实施例制备的车轮试样，下试样转速400rpm，上试样转速360rpm；对应转动滑差率10.5%，接触应力1100MPa），经过250万次循环后，常规CL65钢车轮试样发生剥落现象，而本实施例制备的车轮试样除压痕外未发现明显剥落现象，这表明本实施例抗滚动接触疲劳性能优于常规CL65车轮。

表1实施例1-2及常规CL65车轮的化学成分（Wt%）

表2实施例1-2和常规CL65车轮机械性能

Claims

1.铁路货车用高硬度车轮钢，其特征在于：其化学成分重量百分比为：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%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

2.一种采用权利要求1所述的铁路货车用高硬度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830-850℃保温2.0-2.5小时后空冷，然后在840-860℃保温2.0-2.5小时，喷水冷却轮辋至550℃以下，然后在500-520℃回火处理4.5-5.0小时。

3.根据权利要求2所述的制备车轮的方法，其特征在于，所述热处理工序为：在835-840℃保温2.0-2.5小时后空冷，然后在845-850℃保温2.0-2.5小时，喷水冷却轮辋至550℃以下，然后在510-515℃回火处理4.5-5.0小时。