CN110904311B - 一种抗失圆车轮钢、车轮及车轮的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗失圆车轮钢、车轮及车轮的制备方法，属于轨道交通车轮及其制备方法技术领域。本发明中包括以下重量百分比的组分：C：0.56％～0.60％、Si：0.25％～0.35％、Mn：0.70％～0.80％、Cr：0.20％～0.25％、Ni：0.10％～0.20％、P≤0.008％、S≤0.008％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。本发明的目的在于克服现有技术中轨道交通车轮易发生失圆问题的不足，提供了一种抗失圆车轮钢、车轮及车轮的制备方法，能够显著提高车轮的硬度及周向硬度均匀性，有利于降低车轮的失圆概率，延长车轮的镟修里程和使用寿命。

Description

一种抗失圆车轮钢、车轮及车轮的制备方法

技术领域

本发明涉及轨道交通车轮及其制备方法技术领域，更具体地说，涉及一种抗失圆车轮钢、车轮及车轮的制备方法。

背景技术

近年来，轨道交通车轮失圆已经成为高铁、普通客货车、城轨车辆在运行过程中突出、普遍性问题。轨道交通车轮失圆会造成车辆振动增大，噪音加剧，影响车辆运行品质，甚至会因为产生共振而造成车辆其他部件和轨道部件的损坏，直接对行车安全构成威胁。

上世纪90年代，德国ICE高速列车在运营过程中，发现车轮滚动圆出现了谐波磨耗(后来叫做多边形磨耗)，调查统计发现，整体车轮圆周主要以三边形磨耗为主(三阶多边形)，ICE高速列车车轮多边形磨耗的特征是阶数相对较低，一般在5阶以下。此外，在国外城市轨道交通运营中也发现车轮失圆问题，比如在斯德哥尔摩地铁中检测到初始OOR谱中明显存在三阶谐波。调查的结果没有达成统一的结论，主要原因有：1)车轮镟修机床采用三爪卡盘定位，镟修后留下的初始三边形，运行过程三边形加深发展；2)轮轴的固有频率振动；3)车轮踏面圆周材料不均匀。后来，由于日本JR-East公司运营的山新线并不存在类似问题，因其使用的车轮材料碳含量和硬度都要高于ICE列车使用的ER7车轮，因此德铁大批购进了日本车轮，运营结果表明，C64M车轮的平均寿命达到了250万公里，而同期ER7车轮的平均寿命为140万公里。目前已有接近一半的德铁ICE列车使用了日本车轮。瑞典高速列车X2动车车轮曾发生波磨，波长为30mm-80mm，调查分析认为这主要是由于列车制动时使用踏面铸铁清扫器引起的，且这种车轮波磨，也导致了波长为30mm-80mm的钢轨短波长波磨的形成和扩展。

德铁的车轮多边形磨耗或谐波磨耗引起铁路高度重视，各国铁路对车轮的圆度加大检查力度和车轮径跳控制措施，但是对问题产生的机理还处于模糊状态，对策研究甚少。我国从地铁到高铁、从低速到高速列车、从货车到客车，车轮谐波磨耗或多边形磨耗问题非常普遍。尤其高速列车，几乎运营在无砟轨道上，无砟轨道特点是平顺、稳定且刚度大，通常对轮轨发生的冲击，其缓冲性能低，轮轨作用频带宽，易激发车辆系统(含轮轨子系统)的高频振动。如CRH380B高速动车组车轮的18-20多边形磨耗，贵广线CRH2A统型动车组车轮的22-24阶多边形磨耗，CJ-1城际动车组考核试验中出现了非常突出的22-23多边形磨耗。

在我国地铁车辆运营中，同样普遍存在车轮失圆问题。2016年底至现在，广州、苏州、南宁等地铁公司相继反映地铁车轮在运用的过程中普遍存在8-9边形磨损的现象，且日益凸显，严重困扰了地铁车辆的运行。从德国大批量购进运用日本高碳钢高硬度车轮的使用情况来看，适当的提高车轮的硬度及硬度均匀性有利于降低车轮的失圆概率，延长车轮的镟修里程和使用寿命。车轮是列车的关键核心走行部件，其实物质量直接关系到列车的服役安全性，因此，极有必要从车轮产品性能出发缓解车轮失圆。

经检索，关于轨道交通车轮及其制备方法已有大量专利公开，如中国专利申请号：201910695972X，发明创造名称为：一种中碳车轮钢及其热处理方法及车轮的制备方法，该申请案公开了一种中碳车轮钢及其热处理方法及车轮的制备方法，中碳车轮钢包括以下重量百分比的化学成分：C0.48～0.52％、Si0.20～0.40％、Mn0.60～0.80％、P≤0.020％、S≤0.015％、Mo0.09-0.12％、Cr0.15～0.30％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，该方案的车轮相比传统ER7车轮钢，在轮辋韧性水平基本相当的前提下，能够显著提高车轮轮辋强度，从而有效提高了抗滚动接触疲劳性能，降低失圆发生的概率，提高车辆运行品质及安全性。该方案不失为对轨道交通车轮及其制备方法的良好探索，但仍有进一步提升的空间，行业内对于轨道交通车轮及其制备方法的研究也从未停止。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中轨道交通车轮易发生失圆问题的不足，提供了一种抗失圆车轮钢、车轮及车轮的制备方法，能够显著提高车轮的硬度及周向硬度均匀性，降低车轮的失圆概率，延长车轮的镟修里程和使用寿命。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种抗失圆车轮钢，包括以下重量百分比的组分：C：0.56％～0.60％、Si：0.25％～0.35％、Mn：0.70％～0.80％、Cr：0.20％～0.25％、Ni：0.10％～0.20％、P≤0.008％、S≤0.008％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

本发明提供的抗失圆车轮钢的成分控制如下：

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，改善车轮的性能，但其含量过高将降低车轮的韧性和塑性，因此C的含量控制在0.56％-0.60％之间。由化学成分与Ac1、Ac3点的关系看，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Si的含量控制在0.25％-0.35％之间。

Mn是本发明中重要的固溶强化元素，有很明显的固溶强化效果，在常温下Mn能在铁素体中形成固溶体，在临界退火区会向奥氏体中扩散，使得Mn和C同时在奥氏体中富集和均匀化，不仅提高了奥氏体在随后冷却过程中的稳定性，有利于珠光体的形成，还能够有效提高车轮强度硬度性能，但过高的Mn对车轮的综合机械性能和加工性能有不良影响，故Mn的含量控制在0.70％～0.80％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Cr元素能够扩大珠光体的转变区域，使得铁素体-珠光体组织易于获得，故Cr的含量应该控制在0.20％～0.25％。

Ni的主要作用是提高钢材的淬透性、韧性，增加珠光体含量，细化晶粒，同时对铁素体有较好的强化作用。Ni和Cr的相互配合使用对提高材料的淬透性作用极强，可以提高车轮轮辋内部组织的强硬性，使得车轮近踏面具有与轮辋内部相类似的组织。Ni的含量控制在0.10％～0.20％。

P和S是杂质元素，其含量应该控制不超过0.008％。

作为本发明更进一步的改进，车轮钢的金相组织为铁素体+珠光体。

一种抗失圆车轮，采用上述抗失圆车轮钢制备得到。

一种抗失圆车轮的制备方法，制备工艺流程如下：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→粗加工工序→热处理工序→机加工工序→成品检测工序。

作为本发明更进一步的改进，电炉炼钢工序是指将原料加入电炉中进行熔炼，当钢水温度到达1630℃以上，且钢水中C元素含量达到0.06％～0.30％，P元素含量≤0.006％后即可出钢，在出钢过程中全程开底吹氩强搅，氩气的流量≥25Nm3/h。

作为本发明更进一步的改进，粗加工工序是指以车轮名义圆心为圆心对车轮的外周进行周向车削加工处理，保障加工后车轮周向的加工余量为5mm-10mm。

作为本发明更进一步的改进，热处理工序包括车轮淬火和回火工艺。

作为本发明更进一步的改进，车轮淬火工艺是指将车轮放入加热炉中并随炉升温至860℃～880℃，保温2h～4h后，车轮出炉后，将车轮水平放置在车轮淬火台上，同时车轮以20r/min～30r/min的速度在车轮淬火台上沿顺时针方向自转，并使用车轮淬火台上的斜喷嘴对车轮进行喷水冷却处理，使车轮内部金属以2℃/s～5℃/s的冷却速度加速冷却到550℃以下。

作为本发明更进一步的改进，车轮淬火台上环绕车轮踏面周向均匀间隔分布有多个斜喷嘴。作为本发明更进一步的改进，回火工艺是指将经淬火工艺处理后的车轮放入500℃～520℃的炉内，保温4h-6h。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种抗失圆车轮钢，采用Ni和Cr的相互配合使用，能够有效提高材料的淬透性能，可以提高车轮内部组织的强硬性，使得车轮近踏面具有与车轮内部相类似的组织。

(2)本发明的一种抗失圆车轮，与传统的ER9材质的地铁车轮相比，车轮踏面下5mm与35mm处的布氏硬度差明显降低，车轮周向硬度明显较小，同时，运行一定的里程后车轮踏面周向多边形磨损明显得到改善。

(3)本发明的一种抗失圆车轮的制备方法，与传统的制备工序相比，在热处理前增加了粗加工工序，不仅能够保障车轮踏面距车轮名义圆心的距离相等，热处理时车轮周向冷速均匀、组织均匀，还能够保障成品车轮周向组织和硬度的均匀一致。

(4)本发明的一种抗失圆车轮的制备方法，热处理工序前的粗加工工序的要求以车轮名义圆心为圆心进行粗加工，保障加工后车轮的加工余量为5mm-10mm，而保证5mm-10mm的加工余量，是能够保证在后期的机加工过程时将这部分的加工余量加工掉，使得车轮近踏面组织不存在异常组织(即贝氏体组织)，能够保证车轮周向的均匀性，降低车轮的失圆概率，延长车轮的镟修里程和使用寿命。同时在在后续的机加工工序中不需要再重新确定圆心，而未增加粗加工工序之前，由于轧制过程中造成的车轮偏心容易导致车轮周向上各个点距离名义圆心的距离不同，加工量的不同易造成车轮周向组织和均匀性能不好，进而影响车轮的使用性能。

附图说明

图1为本发明中实施例1-2车轮轮辋金相组织；

图2为本发明中对比例车轮轮辋金相组织；

图3为本发明中实施例1车轮周向硬度均匀性；

图4为本发明中实施例2车轮周向硬度均匀性；

图5为本发明中对比例车轮周向硬度均匀性；

图6为本发明中实施例与对比例滚动试样失总重量(上下试样失重总和)；

图7为本发明中车轮运行8万公里后的车轮不圆度情况。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

本实施例的一种抗失圆车轮钢，包括以下重量百分比的组分：C：0.56％、Si：0.25％、Mn：0.70％、Cr：0.20％、Ni：0.10％、P：0.008％、S：0.008％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。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、Ni含量进行了设计。本实施例中车轮钢的金相组织为铁素体+珠光体。

本实施的一种抗失圆车轮，采用上述抗失圆车轮钢制备得到。如图1、2所示，本实施例制备的车轮金相组织与对比例(ER9车轮)基本一致，均为细珠光体+少量铁素体，本实施例车轮性能见表2，可知本实施例车轮强硬度优于对比例ER9车轮。

本实施例的一种抗失圆车轮的制备方法，其制备工艺流程如下：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→粗加工工序→热处理工序→机加工工序→成品检测工序。

本实施例中电炉炼钢工序是指将原料加入电炉中进行熔炼，当钢水温度到达1630℃，且钢水中C元素含量达到0.06％，P元素含量为0.006％后即可出钢，在出钢过程中全程开底吹氩强搅，氩气的流量为25Nm3/h，同时严格控制出钢过程中的下渣量，避免出钢时钢水中混入过多的钢渣。本实施例中LF炉精炼工序对电炉出来的钢水进行初步精炼，在精炼过程中添加含有C、Si、Mn、Cr、Ni等合金元素的合金废料对钢水成分进行初步调整，将车轮钢成分调整至下表中的目标范围内，实现造渣的过程，并要求白渣的保持时间≥20分钟。

1)LF炉生产工序结束时化学成分目标/％：

C	Si	Mn	Cr	Ni	P	S
							0.56-0.60	0.27-0.33	0.74-0.78	0.20-0.25	0.10-0.20	0.008-0.012	0.008-0.012

2)LF炉钢渣目标成分控制要求/％：

CaO	SiO2	Al2O3	Fe+MnO
				40～55	18～32	5～15	≤1.5

3)LF炉生产工序结束时钢水参考温度/℃：

单开炉	连浇炉
		1625～1640	1605～1630

本实施例中RH真空处理工序对LF炉精炼出来的钢水进行脱真空处理，真空保持20分钟以上，使得钢水中的H元素含量小于1.5ppm，且对钢水进行进一步的成分微调，达到所需钢水的目标范围：

1)RH炉生产工序结束时钢水化学成分范围(％)：

C

Si

Mn

Cr

Ni

P

S

0.56-0.60

0.25-0.35

0.70-0.80

0.20-0.25

0.10-0.20

≤0.008

≤0.008

2)RH炉生产工序结束时钢水参考温度/℃：

单开炉	连浇炉
		1555-1585	1550-1580

本实施例中圆坯连铸工序是指将RH炉出来的钢水不断地通过水冷结晶器，凝成固态后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成圆坯的铸造工艺过程。连铸工序中控制的参数如下表所示：

本实施例中的切锭轧制工序是将圆坯连铸工序中获得的圆坯加热轧制形成车轮的雏形结构，再通过后面的粗加工工序初步加工处理。本实施例中热处理工序前的粗加工工序是指以车轮名义圆心为圆心对车轮的外周进行周向车削加工处理，保障加工后车轮周向的加工余量为5mm-10mm。本实施例中的名义圆心指的是以车轮踏面为基准在车轮机床上采用百分表对车轮进行定圆心操作，车轮旋转一周百分表跳动不超过2格时，确定此圆心为车轮的名义圆心。在热处理工序前添加粗加工工序是因为在后续的连续退火的快速冷却过程中，容易在车轮近踏面组织中形成贝氏体组织，如果直接在热处理后直接机加工处理会导致车轮周向均匀性差，进而造成车轮失圆的情况。因此在热处理前增加粗加工工序的好处如下：1、能够保障车轮踏面距车轮名义圆心的距离相等，热处理时车轮周向冷速均匀，且车轮周向组织均匀；2、保障成品车轮周向组织和硬度的均匀一致。而保证5mm-10mm的加工余量，是能够保证在后期的机加工过程时将这部分的加工余量加工掉，使得车轮近踏面组织不存在异常组织(即贝氏体组织)，能够保证车轮周向的均匀性，降低车轮的失圆概率，延长车轮的镟修里程和使用寿命。同时在在后续的机加工工序中不需要再重新确定圆心，而未增加粗加工工序之前就是需要重新确定圆心，容易导致车轮周向上各个点距离名义圆心的距离不同，易造成车轮周向整体的组织和均匀性能不好，进而影响车轮的整体性能。

本实施例中热处理工序包括车轮淬火和回火工艺。其中车轮淬火工艺是指将车轮放入加热炉中并随炉升温至860℃，保温2h后，车轮出炉后，将车轮水平放置在车轮淬火台上，同时车轮以20转/min的速度在车轮淬火台上沿顺时针方向自转，并使用车轮淬火台上的斜喷嘴对车轮进行喷水冷却处理，使车轮内部金属以2℃/s的冷却速度加速冷却到550℃。具体地，本实施例中车轮淬火台上环绕车轮踏面周向均匀间隔分布有多个斜喷嘴，斜喷嘴设置在车轮的上方，且斜喷嘴倾斜向下对车轮进行喷水冷却处理，能够多方位、均匀地对车轮进行喷水冷却，使得车轮周向组织均匀性能更好。本实施例中回火工艺是指将经淬火工艺处理后的车轮放入500℃的炉内，保温4h后，出炉空冷，冷至常温后再通过机加工工序将车轮加工成外径为840mm的整体辗钢车轮，最后经成品检测工序合格后即完成。

在本实施例和对比例ER9车轮上每隔10度(共10块，分布在车轮1/4圆周上)取硬度块进行布氏硬度检测，测量踏面下5mm、35mm处的硬度值，发现本实施例中车轮踏面下5mm处与35mm处的布氏硬度差Δ为12，而对比例中车轮踏面下5mm处与35mm处的布氏硬度差Δ为22，由此可知本实施例中车轮踏面下5mm处与35mm处的布氏硬度差Δ明显降低。其中图3-图5为车轮周向硬度分布情况，也可看出本实施例车轮周向硬度均匀性明显优于对比例。

摩擦磨损试验在M-2000型微机控制摩擦磨损试验机上进行，主试样采用本实施例的车轮材料，陪试样采用U71Mn材料进行滚动摩擦磨损试验，主试样和陪试样的直径均为30mm，主试样转速200r/min，陪试样转速180r/min，转动滑差率10％，对应施加法向载荷为800N，试验在干摩擦态下进行，每10000转测量试样失重量，分别测量主试样失重量、陪试样失重量和两试样总失重量，直至100000转结束，每组试样测量3次，取平均值。本实施例车轮试样的磨损失重量比对比例(ER9钢)车轮明显降低，如图6所示，可见，本实施例耐磨损性能优于对比例。

采用成都博仕腾科技有限公司生产的轨道车辆车轮不圆度测量仪对运行了8万公里的车轮进行不圆度跟踪测量，实施例对比例车轮装配在同一辆车上，测量时车轮均未镟修，测量结果见图7，可见本实施例抗失圆性能优于对比例。

实施例2

本实施例的一种抗失圆车轮钢，与实施例1相比基本相同，不同之处在于：C：0.60％、Si：0.35％、Mn：0.80％、Cr：0.25％、Ni：0.20％、P：0.007％、S：0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

本实施的一种抗失圆车轮，采用上述抗失圆车轮钢制备得到。如图1、2所示，本实施例制备的车轮金相组织与对比例(ER9车轮)基本一致，均为细珠光体+少量铁素体，本实施例车轮性能见表2，可知本实施例车轮强硬度优于对比例ER9车轮。

本实施例的一种抗失圆车轮的制备方法，其制备工艺流程基本同实施例1，其不同之处在于，本实施例中电炉炼钢工序是指将原料加入电炉中进行熔炼，当钢水温度到达1650℃，且钢水中C元素含量达到0.30％，P元素含量为0.005％后即可出钢，在出钢过程中全程开底吹氩强搅，氩气的流量为30Nm3/h，同时严格控制出钢过程中的下渣量，避免出钢时钢水中混入过多的钢渣。

本实施例中热处理工序包括车轮淬火和回火工艺。其中车轮淬火工艺是指将车轮放入加热炉中并随炉升温至880℃，保温4h后，车轮出炉后，将车轮水平放置在车轮淬火台上，同时车轮以30r/min的速度在车轮淬火台上沿顺时针方向自转，并使用车轮淬火台上的斜喷嘴对车轮进行喷水冷却处理，使车轮内部金属以5℃/s的冷却速度加速冷却到540℃。具体地，本实施例中车轮淬火台上环绕车轮踏面周向均匀间隔分布有多个斜喷嘴，斜喷嘴设置在车轮的上方，且斜喷嘴倾斜向下对车轮进行喷水冷却处理，能够多方位、均匀地对车轮进行喷水冷却，使得车轮周向组织均匀性能更好。本实施例中回火工艺是指将经淬火工艺处理后的车轮放入520℃的炉内，保温6h后，出炉空冷，冷至常温后再通过机加工工序将车轮加工成外径为840mm的整体辗钢车轮，最后经成品检测工序合格后即完成在实施例和对比例车轮上每隔10度(共10块，分布在车轮1/4圆周上)取硬度块进行布氏硬度检测，测量踏面下5mm、35mm处的硬度值，发现本实施例中车轮踏面下5mm处与35mm处的布氏硬度差Δ为13，而对比例中车轮踏面下5mm处与35mm处的布氏硬度差Δ为22，由此可知本实施例中车轮踏面下5mm处与35mm处的布氏硬度差Δ明显降低。其中图3-图5为车轮名义滚动圆处轮辋周向硬度分布情况，也可看出本实施例车轮轮辋周向硬度均匀性明显优于对比例。

摩擦磨损试验在M-2000型微机控制摩擦磨损试验机上进行，主试样采用实施例车轮材料，陪试样采用U71Mn材料进行滚动摩擦磨损试验，两试样直径均为30mm，主试样转速200r/min，陪试样转速180r/min，转动滑差率10％，对应施加法向载荷为800N，试验在干摩擦态下进行，每10000转测量试样失重量，分别测量上试样失重量、下试样失重量和两试样总失重量，直至100000转结束，每组试样测量3次，取平均值。本实施例车轮试样的磨损失重量比对比例(ER9钢)车轮明显降低，如图6所示，可见本实施例耐磨损性能优于对比例。

采用成都博仕腾科技有限公司生产的轨道车辆车轮不圆度测量仪对运行了8万公里的车轮进行不圆度跟踪测量，实施例对比例车轮装配在同一辆车上，测量时车轮均未镟修，测量结果见图7，可见本实施例抗失圆性能优于对比例。

实施例3

本实施例的一种抗失圆车轮钢，与实施例1相比基本相同，不同之处在于：C：0.58％、Si：0.30％、Mn：0.75％、Cr：0.23％、Ni：0.15％、P：0.006％、S：0.006％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

本实施的一种抗失圆车轮，采用上述抗失圆车轮钢制备得到。如图1、2所示，本实施例制备的车轮金相组织与对比例(ER9车轮)基本一致，均为细珠光体+少量铁素体，本实施例车轮性能见表2，可知本实施例车轮强硬度优于对比例ER9车轮。

本实施例的一种抗失圆车轮的制备方法，其制备工艺流程基本同实施例1，其不同之处在于，本实施例中电炉炼钢工序是指将原料加入电炉中进行熔炼，当钢水温度到达1640℃，且钢水中C元素含量达到0.20％，P元素含量为0.004％后即可出钢，在出钢过程中全程开底吹氩强搅，氩气的流量为35Nm3/h，同时严格控制出钢过程中的下渣量，避免出钢时钢水中混入过多的钢渣。

本实施例中热处理工序包括车轮淬火和回火工艺。其中车轮淬火工艺是指将车轮放入加热炉中并随炉升温至870℃，保温5h后，车轮出炉后，将车轮水平放置在车轮淬火台上，同时车轮以25r/min的速度在车轮淬火台上沿顺时针方向自转，并使用车轮淬火台上的斜喷嘴对车轮进行喷水冷却处理，使车轮内部金属以3℃/s的冷却速度加速冷却到530℃。具体地，本实施例中车轮淬火台上环绕车轮踏面周向均匀间隔分布有多个斜喷嘴，斜喷嘴设置在车轮的上方，且斜喷嘴倾斜向下对车轮进行喷水冷却处理，能够多方位、均匀地对车轮轮辋进行喷水冷却，使得车轮周向组织均匀性能更好。本实施例中回火工艺是指将经淬火工艺处理后的车轮放入510℃的炉内，保温5h后，出炉空冷，冷至常温后再通过机加工工序将车轮加工成外径为840mm的整体辗钢车轮，最后经成品检测工序合格后即完成在实施例和对比例车轮上每隔10度(共10块，分布在车轮1/4圆周上)取硬度块进行布氏硬度检测，测量踏面下5mm、35mm处的硬度值，发现本实施例中车轮踏面下5mm处与35mm处的布氏硬度差Δ为12，而对比例中车轮踏面下5mm处与35mm处的布氏硬度差Δ为22，由此可知本实施例中车轮踏面下5mm处与35mm处的布氏硬度差Δ明显降低。其中图3-图5为车轮周向硬度分布情况，也可看出本实施例车轮周向硬度均匀性明显优于对比例。

摩擦磨损试验在M-2000型微机控制摩擦磨损试验机上进行，主试样采用实施例车轮材料，陪试样采用U71Mn材料进行滚动摩擦磨损试验，两试样直径均为30mm，主试样转速200r/min，陪试样转速180r/min，转动滑差率10％，对应施加法向载荷为800N，试验在干摩擦态下进行，每10000转测量试样失重量，分别测量上试样失重量、下试样失重量和两试样总失重量，直至100000转结束，每组试样测量3次，取平均值。本实施例车轮试样的磨损失重量比对比例(ER9钢)车轮明显降低，如图6所示，可见，本实施例耐磨损性能优于对比例。

采用成都博仕腾科技有限公司生产的轨道车辆车轮不圆度测量仪对运行了8万公里的车轮进行不圆度跟踪测量，实施例对比例车轮装配在同一辆车上，测量时车轮均未镟修，测量结果见图7，可见本实施例抗失圆性能优于对比例。

对比例1

本对比例的一种车轮钢，包括以下重量百分比的组分：C：0.58％、Si：0.29％、Mn：0.72％、Cr：0.01％、Ni：0.001％、P：0.010％、S：0.010％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。本对比例的一种抗失圆车轮，采用上述抗失圆车轮钢制备得到。

在本对比例车轮上每隔10度(共10块，分布在车轮1/4圆周上)取硬度块进行布氏硬度检测，测量踏面下5mm、35mm处的硬度值，发现本对比例中车轮踏面下5mm处与35mm处的布氏硬度差Δ为22，由此可知本对比例中车轮踏面下5mm处与35mm处的布氏硬度差Δ明显加大。

摩擦磨损试验在M-2000型微机控制摩擦磨损试验机上进行，主试样采用对比例车轮材料，陪试样采用U71Mn材料进行滚动摩擦磨损试验，两试样直径均为30mm，主试样转速200r/min，陪试样转速180r/min，转动滑差率10％，对应施加法向载荷为800N，试验在干摩擦态下进行，每10000转测量试样失重量，分别测量上试样失重量、下试样失重量和两试样总失重量，直至100000转结束，每组试样测量3次，取平均值。本对比例车轮试样的磨损失重量比实施例的车轮明显增大，如图6所示，可见本对比例耐磨损性能劣于实施例。

表1实施例1－3和对比例车轮合金成分(质量百分比％)

	C	Si	Mn	Cr	Ni	P	S
								实施例1	0.56	0.25	0.70	0.20	0.10	0.008	0.008
实施例2	0.60	0.35	0.80	0.25	0.20	0.007	0.002
								实施例3	0.58	0.30	0.75	0.23	0.15	0.006	0.006
对比例	0.58	0.29	0.72	0.01	0.001	0.010	0.010

表2实施例1－3和对比例车轮力学性能

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种抗失圆车轮的制备方法，其特征在于：抗失圆车轮钢包括以下重量百分比的组分：C：0.56%～0.60%、Si：0.25%～0.35%、Mn：0.70%～0.80%、Cr：0.20%~0.25%、Ni：0.10%～0.20%、P≤0.008%、S≤0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；其中抗失圆车轮钢的金相组织为铁素体+珠光体；采用所述抗失圆车轮钢制备得到抗失圆车轮，且抗失圆车轮踏面下5mm处与35mm处的布氏硬度差Δ明显降低；抗失圆车轮的制备工艺流程如下：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→粗加工工序→热处理工序→机加工工序→成品检测工序，其中粗加工工序是指以车轮名义圆心为圆心对车轮的外周进行周向车削加工处理，保障加工后车轮周向的加工余量为5mm-10mm；热处理工序包括车轮淬火和回火工艺，车轮淬火工艺是指将车轮放入加热炉中并随炉升温至860℃～880℃，保温2h~4h后，车轮出炉后，将车轮水平放置在车轮淬火台上，同时车轮以20r/min～30r/min的速度在车轮淬火台上沿顺时针方向自转，并使用车轮淬火台上的斜喷嘴对车轮进行喷水冷却处理，使车轮内部金属以2℃/s～5℃/s的冷却速度加速冷却到550℃以下。

2.根据权利要求1所述的一种抗失圆车轮的制备方法，其特征在于：电炉炼钢工序是指将原料加入电炉中进行熔炼，当钢水温度到达1630℃以上，且钢水中C元素含量达到0.06%～0.30%，P元素含量≤0.006%后即可出钢，在出钢过程中全程开底吹氩强搅，氩气的流量≥25Nm3/h。

3.根据权利要求1所述的一种抗失圆车轮的制备方法，其特征在于：车轮淬火台上环绕车轮踏面周向均匀间隔分布有多个斜喷嘴。

4.根据权利要求1所述的一种抗失圆车轮的制备方法，其特征在于：回火工艺是指将经淬火工艺处理后的车轮放入500℃~520℃的炉内，保温4h-6h。

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