CN104831158B - 一种车轮钢，其用途以及热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车轮钢，其用途以及热处理方法，含有化学成分重量百分比为：C0.68‑0.77％、Si≤1.00％、Mn≤1.20％、P≤0.025％、S≤0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。用于制造铁路货车车轮。热处理方法包括如下步骤：(1)车轮随炉升温至850～870℃；(2)保温；(3)轮辋喷水冷却；(4)在辐板中部温度降至730℃以下时，对辐板部位进行风冷；(5)空冷；(6)加热，回火，保温。采用本发明热处理后的高碳钢(0.68‑0.77％C)铁路货车车轮在使得强度与常规高碳钢车轮相当的基础上，辐板冲击性能显著提高，从而获得了良好的综合力学性能，从而提高车轮使用安全性能。

Description

一种车轮钢，其用途以及热处理方法

技术领域

本发明涉及铁道车辆用辗钢车轮制造领域，具体涉及一种轴重25t～30t，运行速度≤120km/h的铁道货车车辆用辗钢整体车轮的热处理方法。

背景技术

我国现行铁道货车车辆用车轮标准为1997年颁布的铁道行业标准TB/T2817-1997《铁道车辆用辗钢整体车轮技术条件》，主要适用于运行速度不低于120km/h的铁道货车车辆用车轮。该标准中常规CL60钢C含量要求为0.55-0.65％，几十年没有变化。近些年来，传统车轮钢运行于重载、提速条件下，先后暴露出大量的问题，包括磨损和辗边严重，车轮剥离、掉块加剧，车轮的寿命急剧缩短，造成经常性的非正常停车检修。以大秦线重载运输为例，C80、C76型重载货车装备的25t轴重CL60材质车轮服役效果很不理想，车轮磨耗超过1.5mm/10万公里，远大于23t轴重普通车型车轮。

即将颁布实施的新铁道行业标准，其中部分内容将替代TB/T2817-1997。新TB中新增了适用于25t-30t轴重的CL65(0.57-0.67％C)、CL70(0.68-0.77％C)两个材质，车轮的强度、硬度要求随着C含量的增加而提高，同时新TB即将对CL70辐板常温冲击提出明确要求，虽然具体冲击值要求仍为确定，但可确定应不低于10J。

对于C含量处于高碳钢范围内的CL70钢车轮，新铁道行业标准要求车轮轮辋经淬火和回火处理后，其显微组织应为细珠光体和少量铁素体，这种组织的显著特点是，强硬度的提高会导致冲击韧性的下降，从而降低车轮内部抗裂纹扩展能力，当车轮在服役过程中会受到复杂的轮轨相互作用力的作用时，会对使用安全性能产生不利影响。

马钢在研发高碳钢CL70车轮过程中，按照车轮常规轧制、热处理工艺试制的CL70车轮，存在辐板冲击韧性平均值低于10J、且较平均值10J的富余量不足的现象，无法在满足既定强度的基础上获得较好辐板冲击韧性，降低了高碳钢车轮的使用安全性能。

因此，如何在保证高碳钢(0.68-0.77％C)车轮强度水平不降低的前提下，有效提高车轮的冲击韧性指标，是目前急需解决的一个重要问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高碳钢(0.68-0.77％C)铁路货车车轮的热处理方法，其目的是在保证车轮强度的基础上，提高辐板冲击韧性，改善车轮使用安全性能。具体技术方案如下：

一种车轮钢，含有化学成分重量百分比为：C 0.68-0.77％、Si≤1.00％、Mn≤1.20％、P≤0.025％、S≤0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

进一步地，含有化学成分重量百分比为：C 0.70％、Si 0.85％、Mn 0.81％、P0.014％、S 0.011％。

进一步地，含有化学成分重量百分比为：C 0.74％、Si 0.93％、Mn 0.82％、P0.015％、S 0.010％。

上述的车轮钢的用途，用于制造铁路货车车轮。

上述的车轮钢的热处理方法，包括如下步骤：

(1)车轮随炉升温至850～870℃；

(2)保温；

(3)轮辋喷水冷却；

(4)在辐板中部温度降至730℃以下时，对辐板部位进行风冷；

(5)空冷；

(6)加热，回火，保温。

进一步地，步骤(1)中所述车轮首先经过常规工艺轧制。

进一步地，步骤(2)中保温2.5-3.0h。

进一步地，步骤(3)中使轮辋内部金属以2℃/s～5℃/s的冷却速度加速冷却到550℃以下。

进一步地，步骤(4)中使辐板内部金属以3℃/s～6℃/s的冷却速度加速冷却至550℃以下。

步骤(6)中加热至490±10℃回火，保温时间处理不小于4小时。

车轮常规热处理制度一般为：轧后车轮热处理加热，加热后进行轮辋淬火，此时辐板为空冷状态，然后进行整体车轮回火。与目前现有技术相比，本发明提供了一种改善高碳钢(0.68-0.77％C)铁路货车车轮辐板冲击韧性的热处理方法，在对按照常规工艺轧制、热处理加热后的车轮工件进行轮辋淬火时，对辐板增加风冷，以加快辐板处冷却速度，促进先共析铁素体析出量的增加和珠光体片层细化，从而在改善车轮辐板冲击韧性的同时，不降低其强度，使之达到较好的强韧性匹配。采用本发明热处理后的高碳钢(0.68-0.77％C)铁路货车车轮在使得强度与常规高碳钢车轮相当的基础上，辐板冲击性能显著提高，从而获得了良好的综合力学性能，从而提高车轮使用安全性能。

附图说明

图1为常规高碳钢车轮辐板显微组织(片状珠光体+少量铁素体)

图2为本发明车轮辐板显微组织(细片状珠光体+少量铁素体)

具体实施方式

下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。

一种针对高碳钢铁路货车车轮的热处理方法，高碳钢铁路货车车轮的化学成分重量百分比为：C 0.68-0.77％、Si≤1.00％、Mn≤1.20％、P≤0.025％、S≤0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。具体操作方法为：将按照常规工艺轧制后的车轮，随炉升温至850～870℃保温2.5-3.0小时后，轮辋喷水冷却(使轮辋内部金属以2℃/s～5℃/s的冷却速度加速冷却到550℃以下)，在辐板中部温度降至730℃以下时，对辐板部位进行风冷(使辐板内部金属以3℃/s～6℃/s的冷却速度加速冷却至550℃以下)，然后空冷，最后再加热至490±10℃回火，保温时间处理不小于4小时。使辐板组织细片状珠光体+少量铁素体，本发明使得辐板处片状珠光体片层间距减小，即铁素体和渗碳体片变薄，使塑性变形能力增大，从而提高辐板的塑韧性。

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φ380mm的圆坯，经切锭、加热轧制、热处理后形成直径为840mm的车轮。

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：随炉升温至856℃保温2.75小时后，轮辋喷水冷却(使轮辋内部金属以2℃/s～5℃/s的冷却速度加速冷却到550℃以下)，在辐板中部温度降至729℃时，对辐板部位进行风冷(使辐板内部金属以3℃/s～6℃/s的冷却速度加速冷却至550℃以下)，然后空冷，最后再加热至496℃回火，保温时间4小时25分钟。

如图1、2所示，本实施例制备的车轮辐板显微组织为细片状珠光体+少量铁素体，而常规工艺生产的高碳钢车轮辐板显微组织为片状珠光体+少量铁素体，即实施例珠光体片层间距显著减小，使得细片状珠光体较片状珠光体具有较好的塑韧性。

本实施例车轮辐板拉伸及冲击性能如表2所示，由表2可以看出实施例1和对比例车轮辐板的拉伸性能基本相当，但实施例1的辐板冲击平均值高于对比例7J，冲击韧性明显优于对比例，且单值稳定，波动较小。

由此可见，实施例1车轮辐板在保持与对比例相当强度的前提下，具有较高的冲击韧性水平，发明取得了预期效果。

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：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：随炉升温至867℃保温2.5小时后，轮辋喷水冷却(使轮辋内部金属以2℃/s～5℃/s的冷却速度加速冷却到550℃以下)，在辐板中部温度降至721℃时，对辐板部位进行风冷(使辐板内部金属以3℃/s～6℃/s的冷却速度加速冷却至550℃以下)，然后空冷，最后再加热至485℃回火，保温时间4小时40分钟。

本实施例车轮辐板拉伸及冲击性能如表2所示，由表2可以看出实施例1和对比例车轮辐板的拉伸性能基本相当，但实施例1的辐板冲击平均值高于对比例4J，冲击韧性明显优于对比例，且单值稳定，波动较小。

由此可见，实施例2车轮辐板在保持与对比例相当强度的前提下，具有较高的辐板冲击韧性，发明取得了预期效果。

表1实施例1－2及常规高碳钢制造的铁路货车车轮合金成分(重量百分比％)

	C	Si	Mn	P	S
						实施例1	0.70	0.85	0.81	0.014	0.011
实施例2	0.74	0.93	0.82	0.015	0.010
						常规高碳钢车轮	0.72	0.84	0.80	0.015	0.010

表2实施例1－2和常规高碳钢制造的车轮辐板拉伸及冲击性能

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种车轮钢的热处理方法，其特征在于，所述车轮钢含有化学成分重量百分比为：C0.74％、Si 0.93％、Mn 0.82％、P 0.015％、S 0.010％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，热处理包括如下步骤：

(1)车轮随炉升温至850～870℃，所述车轮首先经过常规工艺轧制；

(2)保温2.5-3.0h；

(3)轮辋喷水冷却，使轮辋内部金属以2℃/s～5℃/s的冷却速度加速冷却到550℃以下；

(4)在辐板中部温度降至730℃以下时，对辐板部位进行风冷，使辐板内部金属以3℃/s～6℃/s的冷却速度加速冷却至550℃以下；

(5)空冷；

(6)加热，回火，保温，加热至490±10℃回火，保温时间不小于4小时。