CN112981260A - 一种集装箱起重机车轮钢、车轮及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集装箱起重机车轮钢、车轮及其制备方法，通过设计集装箱起重机车轮钢的化学成分，并在锻造成型与粗加工之间增加锻后预备热处理，从而制备出就有良好的强韧性和优异的表面硬化层的集装箱起重机车轮，其车轮踏面硬度可到HRC55以上，有效硬化层深度≥15mm，且车轮踏面以下15mm深处的硬度≥HRC35，从而使得该集装箱起重机车轮兼具表面硬度高，有效硬化层深以及内部韧性好等优点，该集装箱起重机车轮的使用寿命较常规45#、55#碳素钢制车轮相比可以提升50％以上。

Description

一种集装箱起重机车轮钢、车轮及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种车轮，尤其涉及一种集装箱起重机车轮钢、车轮及其制备方法。
背景技术
集装箱起重机是港口机械行业的重要装备,而车轮又是集装箱起重机中的关键部件,起着支撑集装箱起重机水平运输小车和保证大车行走的作用；目前全球的岸边集装箱起重机车轮需求量超过1万件。
起重机行走时，车轮踏面(外圆)与轨道表面滚动接触，承受较大的应力和严重的磨损，车轮踏面磨损是导致起重机车轮损坏的主要原因；而车轮踏面磨损则是因为在车轮的服役工况中，车轮踏面与轨道接触时，需要承受较大的周期性载荷和强烈的滚动摩擦磨损，因此车轮踏面许哟啊具有足够的强韧性和良好的综合性能；
近年来，随着高速轨道吊和高速自行式小车的快速发展，车轮与钢轨之间的摩擦磨损现象日趋严重；而现有技术中，常规起重机车轮主要采用45#、55#普通碳素碳钢制作而成，因其材料淬透性差，车轮踏面硬度只能达到HB300-380，淬硬层HB260处深度只能达到15-20mm,导致车轮耐磨性能不足，严重制约了车轮的使用寿命；而由于车轮寿命不足会对集装箱起重机运行安全造成极大威胁，引起用户维修成本增加，造成用户质量抱怨和质量异议。
鉴于上述情况，业界亟待开发一种寿命长的集装箱起重机车轮及其制备方法，能够制备出具有良好强韧性和优异的表面硬化层的车轮，以提高车轮的耐磨性和使用寿命。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明目的是提供一种集装箱起重机车轮钢、车轮及其制备方法，通过设计化学成分，在锻造成型与粗加工之间增加锻后预备热处理，并控制制备过程中的工艺参数，从而制备出就有良好的强韧性和优异的表面硬化层的集装箱起重机车轮，其车轮踏面硬度可到HRC55以上，有效硬化层深度≥15mm，且车轮踏面以下15mm深处的硬度≥HRC35，从而使得该集装箱起重机车轮兼具表面硬度高，有效硬化层深以及内部韧性好等优点，该集装箱起重机车轮的使用寿命较常规45#、55#碳素钢制车轮相比可以提升50％以上。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
本发明第一方面提供了一种集装箱起重机车轮钢，包含按质量百分比计的如下元素：C：0.42～0.46％、Si：0.17～0.37％、Mn：0.70～0.90％、Cr：1.0～1.2％、Mo：0.20～0.30％、Ti：0.03～0.05％、P≤0.018％、S≤0.008％、N≤0.005％、H≤0.0002％，余量为铁和不可避免的杂质元素。
本发明的第二方面提供一种采用如本发明第一方面所述的集装箱起重机车轮钢制备而成的集装箱起重机车轮。
优选地，所述集装箱起重机车轮的踏面硬度≥55HRC，踏面下15mm处硬度≥35HRC；和/或
所述集装箱起重机车轮的硬化层深度≥15mm。
本发明的第三方面提供一种集装箱起重机车轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)冶炼浇铸，根据权利要求1所述的集装箱起重机车轮钢的成分配比原料，然后依次采用电炉或转炉初炼、炉外精炼、真空脱气得到钢水，再采用模铸或连铸得到钢坯；
(2)锻造成型，所述钢坯经加热、锻造得到锻件；
(3)锻后预备热处理，所述锻件停锻后快速转移至处理槽通过冷却液进行冷却处理，然后再将冷却后的锻件进行球化处理；
(4)粗加工，所述锻件根据车轮毛坯图纸的要求，经粗加工后得到车轮毛坯；
(5)热处理，所述车轮毛坯加热至830～870℃并保温4～6h，然后经淬火处理和回火处理后，出炉空冷至室温；
(6)精加工，经步骤(5)处理后的车轮毛坯根据成品图纸要求进行精加工，得到所述集装箱起重机车轮。
优选地，所述步骤(2)中，所述加热过程中，控制加热温度为1160～1200℃，保温时间＞6h；和/或
所述步骤(2)，所述锻造过程中采用模锻或自由锻，控制终锻温度＞900℃，锻造比＞4。
优选地，所述步骤(3)中，所述锻件停锻后转移至处理槽的转移时间≤2min时，所述锻件经冷却处理、球化处理；所述锻件停锻后转移至处理槽的转移时间＞2min时，先将所述锻件空冷至200℃以下，然后重新加热进行正火处理，再将所述正火处理后的锻件在2min内转移至反应槽内进行冷却处理，之后将冷却后的锻件进行球化处理；和/或
所述步骤(3)中，所述冷却处理过程中，所述冷却液采用浓度为10～12％的聚乙烯吡咯烷酮水溶液，控制冷却液的温度≤50℃，控制所述锻件冷却至100℃以下后出液；和/或
所述步骤(3)中，所述冷却后的锻件在4h内转移至台车炉内进行球化处理；和/或
所述步骤(3)中，所述球化处理过程中，控制球化温度为680～700℃，球化时间≥6h。
优选地，所述步骤(3)中，所述冷却处理过程中，控制所述冷却液的温度为20～40℃。
优选地，所述步骤(3)中，所述冷却液与所述锻件的重量比≥10：1。
优选地，所述步骤(5)中，所述淬火处理过程中，采用浓度为10～15％的PAG类UCONE水溶液作为淬火介质进行喷淬，控制淬火压力为0.2～0.4Mpa，淬火时间为8～10min，中间暂停1～2min等待表层返温；和/或
所述步骤(5)中，所述回火处理过程中，控制回火温度为200～300℃，保温时间为5～7h。
优选地，还包括探伤、涂装、打码、检验、交付。
优选地，所述探伤选用超声探伤和磁粉探伤。
优选地，所述集装箱起重机车轮的踏面硬度≥55HRC，踏面下15mm处硬度≥35HRC；和/或
所述集装箱起重机车轮的硬化层深度≥15mm。
本发明的集装箱起重机车轮的成分设计以及设计原理如下:在42CrMo基础上进一步提升了影响淬透性的C、Mn、Cr、Mo元素的含量，加严了P、S杂质元素的含量，添加了微量Ti元素；Ti的活性很大，易和C、N、S等结合形成TiN、Ti4C2S2、TiC化合物，这些化合物能够有效阻止奥氏体晶粒的长大，起到细化晶粒的有益效果，可同时提高提高车轮用钢的强度和韧性；但需要注意的是，钛是贵重金属，钢中Ti含量过高会显著增加合金成本；综合考虑生产成本以及Ti对车轮用钢的性能改善效果，将Ti元素的质量百分比控制在0.03～0.05wt％；由于TiN颗粒相对粗大，若过量会导致细化晶粒效果不显著，为了充分发挥Ti细化晶粒的有益效果，因此成分中N含量控制在0.005wt％以下；为防止产生百点缺陷，限定了氢元素含量＜2ppm。
本发明的有益效果为：
1、本发明的集装箱起重机车轮及其制备方法，通过设计化学成分，在锻造成型与粗加工之间增加锻后预备热处理，并控制各过程中的工艺参数，从而制备出就有良好的强韧性匹配和优异的表面硬化层的集装箱起重机车轮，其车轮踏面硬度可到HRC55以上，有效硬化层深度≥15mm，且车轮踏面以下15mm深处的硬度≥HRC35，从而使得该集装箱起重机车轮兼具表面硬度高，有效硬化层深以及内部韧性好等优点，该集装箱起重机车轮的使用寿命较常规45#、55#碳素钢制车轮相比可以提升50％以上；
2、本发明的集装箱起重机车轮的制备方法，通过在锻造成型与粗加工之间增加锻后预备热处理，锻后预备热处理采用冷却处理和球化处理，可以显著细化组织，提高车轮综合力学性能，并节约能耗，降低制造成本；
3、本发明的集装箱起重机车轮的制备方法，在最终热处理过程中，采用表面淬火和低温回火的方式，进一步保证车轮的表面硬度。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的集装箱起重机车轮的制备方法的流程示意图；
图2为本发明的聚乙烯吡咯烷酮水溶液冷却特性曲线图；
图3是本发明的步骤(3)中锻件经预备热处理后放大500倍的金相组织。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。
本发明提供了一种集装箱起重机车轮钢，包含按质量百分比计的如下元素：C：0.42～0.46％、Si：0.17～0.37％、Mn：0.70～0.90％、Cr：1.0～1.2％、Mo：0.20～0.30％、Ti：0.03～0.05％、P≤0.018％、S≤0.008％、N≤0.005％、H≤0.0002％，余量为铁和不可避免的杂质元素。
采用上述提供的集装箱起重机车轮钢能够制备集装箱起重机车轮，该集装箱起重机车轮的踏面硬度≥55HRC，踏面下15mm处硬度≥35HRC；集装箱起重机车轮的硬化层深度≥15mm。
如图1所示，上述的集装箱起重机车轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)冶炼浇铸：根据集装箱起重机车轮钢的成分配比原料，然后依次采用电炉或转炉初炼、炉外精炼、真空脱气得到钢水，再采用模铸或连铸得到钢坯；
具体过程为：首先根据集装箱起重机车轮钢的成分配比原料，然后依次经电炉或转炉初炼→炉外精炼→真空脱气得到钢水，再采用模铸或连铸的方式制得钢坯；其中集装箱起重机车轮钢的成分包括按质量百分比计的如下元素：C：0.42～0.46％、Si：0.17～0.37％、Mn：0.70～0.90％、Cr：1.0～1.2％、Mo：0.20～0.30％、Ti：0.03～0.05％、P≤0.018％、S≤0.008％、N≤0.005％、H≤0.0002％，余量为铁和不可避免的杂质元素；
(2)锻造成型：钢坯经加热、锻造得到锻件；
锻造是一种重要的金属塑性加工方法，是在坯料加热后，利用锻压设备，对金属材料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定的力学性能、形状和尺寸的锻件；通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，焊合孔洞，其中锻造包括模锻和自由锻，通常用于形状简单，生产批量不大的锻件，而起重机车轮由于车轮直径、宽度、轴径的不同而规格较多，制造厂家在某个单一时间内对单一规格的车轮用量不大，因此通常采用锻造成型方式。
具体过程为：将步骤(1)中得到的钢坯按照计算好的车轮下料重量进行下料，然后经加热、锻造得到锻件；在加热过程中，控制加热温度为1160～1200℃，保温时间＞6h；在锻造过程中，控制终锻温度＞900℃，锻造比＞4；锻造可以选用模锻或自由锻，在一个实施例中，为了提高材料的利用率，采用模锻的方式进行锻造。
(3)锻后预备热处理，所述锻件停锻后快速转移至处理槽通过冷却液进行冷却处理，然后再将冷却后的锻件进行球化处理；
热处理工艺通常是影响车轮钢性能的重要工序，一般设置在精加工之后，此处在锻造成型之后、粗加工之前增加锻后预备热处理，不同于常规的锻后空冷和正火处理，而是利用锻造成型的余温通过冷却液进行冷却处理以及之后的球化处理，可显著细化组织，提高车轮的综合力学性能，节约能源，降低制造成本；
具体过程为：锻件停锻后快速转移至处理槽，当锻件停锻后转移至处理槽的转移时间≤2min时，锻件经冷却处理、球化处理；当锻件停锻后转移至处理槽的转移时间＞2min时，先将所述锻件空冷至200℃以下，然后重新加热进行正火处理，再将所述正火处理后的锻件在2min内转移至反应槽内进行冷却处理，之后将冷却后的锻件进行球化处理；其中上述处理过程主要是为了防止锻件晶粒粗化、产生魂晶，因此转移时间最长不超过2min，若是由于设备或认为原因导致锻件停锻后转移入冷却液时间过长，此时锻件不允许浸入冷却液进行冷却处理，应该单独放置空冷至锻件温度降低到200℃以下时，再放入台车炉中重新加热进行正火处理，正火处理结束后，再次将正火处理后的锻件在2min内转移至处理槽中进行冷却处理；
在冷却处理过程中，冷却液采用浓度为10～12％的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶液，主要原因在于：聚乙烯吡咯烷酮水溶液具有高温冷却快，低温冷却慢的冷却特性，可以显著降低残余应力，防止锻件开裂，其中典型PVP(聚乙烯吡咯烷酮)水溶液冷却特性曲线如图2所示；冷却处理过程中所采用的处理槽需要紧靠加热炉放置，控制冷却液的温度≤50℃，在进一步的优选方案中控制冷却液的温度在20～40℃；为了保证锻件冷却效果，处理槽中冷却液与锻件的重量比应不小于10：1；为了保证锻件冷却均匀性，处理槽应配有流动搅拌装置和冷却循环系统，除此之外，将锻件浸入冷却液后放在处理槽底部设置的有一定高度的料框上，不与处理槽底部接触，保证锻件底部的冷却液能循环、流动；在冷却处理过程中，控制锻件冷却至100℃以下后出液，冷却处理后的锻件出液后在4h内转入台车路中进行球化处理，在球化处理过程中，控制球化温度为680～700℃，球化时间≥6h；锻件经过锻后预备热处理后放大500倍的金相组织如图3所示，晶粒细小均匀，珠光体为球粒状。
(4)粗加工：经锻后预备热处理的锻件根据车轮毛坯图纸的要求，通过粗加工(并预留适当的精加工余量)后得到车轮毛坯；
(5)热处理：所述车轮毛坯加热至830～870℃并保温4～6h，然后经淬火处理和回火处理后，出炉空冷至室温；
具体过程为：热处理过程包括表面淬火处理和低温回火处理，采用车轮连续加热炉对车轮毛坯进行连续整体加热并保温，加热温度控制在830～870℃，保温时间控制在4～6h；其中针对车轮容易产生的油淬不硬、水淬开裂问题，因此选用浓度为10～15％的PAG类UCON E水溶液作为淬火介质对沉沦毛坯进行均匀喷淬处理，控制淬火压力为0.2～0.4Mpa，淬火时间为8～10min，中间暂停1～2min等待表层返温；待淬火处理完成后，车轮毛坯进行回火处理，控制回火温度为200～300℃，回火保温时间为5～7h；回火处理结束后，车轮毛坯处理空冷至室温；
在使用车轮连续加热炉对车轮毛坯进行连续加热时，在炉内加热保温一定时间后，出炉进行冷却，在一个车轮毛坯出炉冷却的同时，下一个车轮毛坯可以同时进炉，以保证在连续作业的状态下，加热炉始终处于满负荷状态，这样就保证了每个车轮毛坯的加热保温时间相同，使得每个车轮毛坯的加热保温时间相同，使得每个车轮毛坯的淬火质量最大程度一致。
(6)精加工，经步骤(5)处理后的车轮毛坯根据成品图纸的尺寸和公差要求进行精加工，得到集装箱起重机车轮。
具体过程为：将经热处理后的车轮毛坯根据设计的车轮成品图纸的尺寸和公差要求，进行精加工，制得集装箱起重机车轮。
(7)探伤：对集装箱起重机车轮进行无损探伤，比如通过超声探伤和磁粉探伤；
(8)涂装、打码、检验、交付：对集装箱起重机车轮进行喷砂、表面喷漆，之后进行打码、激光刻印防伪标志和序列号，经检验合格后，即可发往用户处安装使用。
上述的步骤(7)和步骤(8)属于集装箱起重机车轮制备好之后检测过程和交付过程。
上述制备的集装箱起重机车轮具有良好的强韧性匹配和优异的表面硬化层，集装箱起重机车轮踏面硬度可以达到55HRC以上，踏面下15mm处硬度≥35HRC，集装箱起重机车轮的硬化层深度≥15mm，该集装箱起重机车轮间距表面硬度搞、有效硬化层和内部韧性好的优点，其使用寿命与常规45#、55#碳素钢制车轮相比可以提升50％以上。
下面结合具体实际生产过程中的例子，进一步对本发明的集装箱起重机车轮钢、车轮及其制备方法进行详细介绍；
实施例1
(1)冶炼浇铸：根据集装箱起重机车轮钢的成分配比原料，然后依次采用电炉初炼、炉外精炼、真空脱气得到钢水，再采用模铸得到钢坯；其中集装箱起重机车轮钢参见表1所示。
(2)锻造成型：将步骤(1)中得到的钢坯按照计算好的车轮下料重量进行下料，然后经加热、锻造得到锻件；在加热过程中，控制加热温度为1160℃，保温时间为10h；在锻造过程中，控制终锻温度为950℃，锻造比为5；锻造采用模锻。
(3)锻后预备热处理，锻件停锻后在2min之内转移至处理槽，进行冷却处理、球化处理；在冷却处理过程中，冷却液采用浓度为10％的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶液，控制冷却液的温度在20℃；处理槽中冷却液与锻件的重量比11：1；在冷却处理过程中，将锻件浸入冷却液后放在处理槽底部设置的有一定高度的料框上，控制锻件冷却至100℃以下后出液，冷却处理后的锻件出液后在4h内转入台车路中进行球化处理，在球化处理过程中，控制球化温度为680℃，球化时间为8h；
(4)粗加工：经锻后预备热处理的锻件根据车轮毛坯图纸的要求，通过粗加工(并预留适当的精加工余量)后得到车轮毛坯；
(5)热处理：采用车轮连续加热炉对车轮毛坯进行连续整体加热并保温，加热温度控制在830℃，保温时间控制在6h；选用浓度为10％的PAG类UCON E水溶液作为淬火介质对沉沦毛坯进行均匀喷淬处理，控制淬火压力为0.2MPa，淬火时间为8min，中间暂停1min等待表层返温；待淬火处理完成后，车轮毛坯进行回火处理，控制回火温度为250℃，回火保温时间为5h；回火处理结束后，车轮毛坯处理空冷至室温；
(6)精加工，将经热处理后的车轮毛坯根据设计的车轮成品图纸的尺寸和公差要求，进行精加工，制得集装箱起重机车轮。
(7)探伤：通过超声探伤和磁粉探伤对集装箱起重机车轮进行无损探伤；
(8)涂装、打码、检验、交付：对集装箱起重机车轮进行喷砂、表面喷漆，之后进行打码、激光刻印防伪标志和序列号，经检验合格后，即可发往用户处安装使用。
上述制备的集装箱起重机车轮具有良好的强韧性匹配和优异的表面硬化层，其踏面硬度为55HRC，有效硬化层深度为15mm；踏面以下15mm处的硬度为35HRC；本实施例的集装箱起重机车轮兼具表面硬度高、有效硬化层深和内部韧性好的优点，其使用寿命与常规45#、55#碳素钢制车轮相比可以提升50％以上。
实施例2
(1)冶炼浇铸：根据集装箱起重机车轮钢的成分配比原料，然后依次采用电炉初炼、炉外精炼、真空脱气得到钢水，再采用模铸得到钢坯；其中集装箱起重机车轮钢参见表1所示；
(2)锻造成型：将步骤(1)中得到的钢坯按照计算好的车轮下料重量进行下料，然后经加热、锻造得到锻件；在加热过程中，控制加热温度为1200℃，保温时间7h；在锻造过程中，控制终锻温度为1050℃，锻造比为5.5；锻造采用模锻。
(3)锻后预备热处理，锻件停锻后在2min之内转移至处理槽，进行冷却处理、球化处理；在冷却处理过程中，冷却液采用浓度为12％的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶液，控制冷却液的温度在40℃；处理槽中冷却液与锻件的重量比13：1；在冷却处理过程中，将锻件浸入冷却液后放在处理槽底部设置的有一定高度的料框上，控制锻件冷却至100℃以下后出液，冷却处理后的锻件出液后在4h内转入台车路中进行球化处理，在球化处理过程中，控制球化温度为700℃，球化时间为4h；
(4)粗加工：经锻后预备热处理的锻件根据车轮毛坯图纸的要求，通过粗加工(并预留适当的精加工余量)后得到车轮毛坯；
(5)热处理：采用车轮连续加热炉对车轮毛坯进行连续整体加热并保温，加热温度控制在870℃，保温时间控制在4h；选用浓度为15％的PAG类UCON E水溶液作为淬火介质对沉沦毛坯进行均匀喷淬处理，控制淬火压力为0.4MPa，淬火时间为10min，中间暂停2min等待表层返温；待淬火处理完成后，车轮毛坯进行回火处理，控制回火温度为200℃，回火保温时间为5h；回火处理结束后，车轮毛坯处理空冷至室温；
(6)精加工，将经热处理后的车轮毛坯根据设计的车轮成品图纸的尺寸和公差要求，进行精加工，制得集装箱起重机车轮。
(7)探伤：通过超声探伤和磁粉探伤对集装箱起重机车轮进行无损探伤；
(8)涂装、打码、检验、交付：对集装箱起重机车轮进行喷砂、表面喷漆，之后进行打码、激光刻印防伪标志和序列号，经检验合格后，即可发往用户处安装使用。
上述制备的集装箱起重机车轮具有良好的强韧性匹配和优异的表面硬化层，其踏面硬度为57HRC，有效硬化层深度为17mm；踏面以下15mm处的硬度为37HRC；本实施例的集装箱起重机车轮兼具表面硬度高、有效硬化层深和内部韧性好的优点，其使用寿命与常规45#、55#碳素钢制车轮相比可以提升50％以上。
实施例3
(1)冶炼浇铸：根据集装箱起重机车轮钢的成分配比原料，然后依次采用转炉冶炼、炉外精炼、真空脱气得到钢水，再采用连铸得到钢坯；其中集装箱起重机车轮钢参见表1所示；
(2)锻造成型：将步骤(1)中得到的钢坯按照计算好的车轮下料重量进行下料，然后经加热、锻造得到锻件；在加热过程中，控制加热温度为1180℃，保温时间为4.5h；在锻造过程中，控制终锻温度920℃，锻造比为4.8；锻造采用自由锻。
(3)锻后预备热处理，锻件停锻后在2min之内转移至处理槽，进行冷却处理、球化处理；在冷却处理过程中，冷却液采用浓度为11％的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶液，控制冷却液的温度在30℃；处理槽中冷却液与锻件的重量比14：1；在冷却处理过程中，将锻件浸入冷却液后放在处理槽底部设置的有一定高度的料框上，控制锻件冷却至100℃以下后出液，冷却处理后的锻件出液后在4h内转入台车路中进行球化处理，在球化处理过程中，控制球化温度为690℃，球化时间为7h。
(4)粗加工：经锻后预备热处理的锻件根据车轮毛坯图纸的要求，通过粗加工(并预留适当的精加工余量)后得到车轮毛坯；
(5)热处理：采用车轮连续加热炉对车轮毛坯进行连续整体加热并保温，加热温度控制在850℃，控制保温时间为5h；选用浓度为12％的PAG类UCON E水溶液作为淬火介质对沉沦毛坯进行均匀喷淬处理，控制淬火压力为0.3MPa，淬火时间为9min，中间暂停1.5min等待表层返温；待淬火处理完成后，车轮毛坯进行回火处理，控制回火温度为220℃，回火保温时间为6.5h；回火处理结束后，车轮毛坯处理空冷至室温；
(6)精加工，将经热处理后的车轮毛坯根据设计的车轮成品图纸的尺寸和公差要求，进行精加工，制得集装箱起重机车轮。
(7)探伤：通过超声探伤和磁粉探伤对集装箱起重机车轮进行无损探伤；
(8)涂装、打码、检验、交付：对集装箱起重机车轮进行喷砂、表面喷漆，之后进行打码、激光刻印防伪标志和序列号，经检验合格后，即可发往用户处安装使用。
上述制备的集装箱起重机车轮具有良好的强韧性匹配和优异的表面硬化层，其踏面硬度为55HRC，有效硬化层深度为15mm；踏面以下15mm处的硬度为35HRC；本实施例的集装箱起重机车轮兼具表面硬度高、有效硬化层深和内部韧性好的优点，其使用寿命与常规45#、55#碳素钢制车轮相比可以提升50％以上。
实施例4
(1)冶炼浇铸：根据集装箱起重机车轮钢的成分配比原料，然后依次采用转炉冶炼、炉外精炼、真空脱气得到钢水，再采用连铸得到钢坯；其中集装箱起重机车轮钢参见表1所示；
(2)锻造成型：将步骤(1)中得到的钢坯按照计算好的车轮下料重量进行下料，然后经加热、锻造得到锻件；在加热过程中，控制加热温度为1190℃，保温时间为6.5h；在锻造过程中，控制终锻温度980℃，锻造比为5；锻造采用自由锻。
(3)锻后预备热处理，锻件停锻后在2min之内转移至处理槽，进行冷却处理、球化处理；在冷却处理过程中，冷却液采用浓度为11％的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶液，控制冷却液的温度在25℃；处理槽中冷却液与锻件的重量比16：1；在冷却处理过程中，将锻件浸入冷却液后放在处理槽底部设置的有一定高度的料框上，控制锻件冷却至100℃以下后出液，冷却处理后的锻件出液后在4h内转入台车路中进行球化处理，在球化处理过程中，控制球化温度为670℃，球化时间为9h；
(4)粗加工：经锻后预备热处理的锻件根据车轮毛坯图纸的要求，通过粗加工(并预留适当的精加工余量)后得到车轮毛坯；
(5)热处理：采用车轮连续加热炉对车轮毛坯进行连续整体加热并保温，加热温度控制在860℃，控制保温时间为5h；选用浓度为14％的PAG类UCON E水溶液作为淬火介质对沉沦毛坯进行均匀喷淬处理，控制淬火压力为0.3MPa，淬火时间为9min，中间暂停2min等待表层返温；待淬火处理完成后，车轮毛坯进行回火处理，控制回火温度为220℃，回火保温时间为6h；回火处理结束后，车轮毛坯处理空冷至室温；
(6)精加工，将经热处理后的车轮毛坯根据设计的车轮成品图纸的尺寸和公差要求，进行精加工，制得集装箱起重机车轮。
(7)探伤：通过超声探伤和磁粉探伤对集装箱起重机车轮进行无损探伤；
(8)涂装、打码、检验、交付：对集装箱起重机车轮进行喷砂、表面喷漆，之后进行打码、激光刻印防伪标志和序列号，经检验合格后，即可发往用户处安装使用。
上述制备的集装箱起重机车轮具有良好的强韧性匹配和优异的表面硬化层，其踏面硬度为57HRC，有效硬化层深度为17mm；踏面以下15mm处的硬度为37HRC；本实施例的集装箱起重机车轮兼具表面硬度高、有效硬化层深和内部韧性好的优点，其使用寿命与常规45#、55#碳素钢制车轮相比可以提升50％以上。
表1集装箱起重机车轮钢的成分及含量(wt％)
Figure BDA0002941592500000131
综上所述，上述实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (12)

1.一种集装箱起重机车轮钢，其特征在于，包含按质量百分比计的如下元素：C：0.42～0.46％、Si：0.17～0.37％、Mn：0.70～0.90％、Cr：1.0～1.2％、Mo：0.20～0.30％、Ti：0.03～0.05％、P≤0.018％、S≤0.008％、N≤0.005％、H≤0.0002％，余量为铁和不可避免的杂质元素。
2.一种采用如权利要求1所述的集装箱起重机车轮钢制备而成的集装箱起重机车轮。
3.如权利要求2所述的集装箱起重机车轮，其特征在于，所述集装箱起重机车轮的踏面硬度≥55HRC，踏面下15mm处硬度≥35HRC；和/或
所述集装箱起重机车轮的硬化层深度≥15mm。
4.一种集装箱起重机车轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)冶炼浇铸，根据权利要求1所述的集装箱起重机车轮钢的成分配比原料，然后依次采用电炉或转炉初炼、炉外精炼、真空脱气得到钢水，再采用模铸或连铸得到钢坯；
(2)锻造成型，所述钢坯经加热、锻造得到锻件；
(3)锻后预备热处理，所述锻件停锻后快速转移至处理槽通过冷却液进行冷却处理，然后再将冷却后的锻件进行球化处理；
(4)粗加工，所述锻件根据车轮毛坯图纸的要求，经粗加工后得到车轮毛坯；
(5)热处理，所述车轮毛坯加热至830～870℃并保温4～6h，然后经淬火处理和回火处理后，出炉空冷至室温；
(6)精加工，经步骤(5)处理后的车轮毛坯根据成品图纸要求进行精加工，得到所述集装箱起重机车轮。
5.如权利要求4所述的集装箱起重机车轮的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述加热过程中，控制加热温度为1160～1200℃，保温时间＞6h；和/或
所述步骤(2)，所述锻造过程中采用模锻或自由锻，控制终锻温度＞900℃，锻造比＞4。
6.如权利要求4所述的集装箱起重机车轮的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述锻件停锻后转移至处理槽的转移时间≤2min时，所述锻件经冷却处理、球化处理；所述锻件停锻后转移至处理槽的转移时间＞2min时，先将所述锻件空冷至200℃以下，然后重新加热进行正火处理，再将所述正火处理后的锻件在2min内转移至反应槽内进行冷却处理，之后将冷却后的锻件进行球化处理；和/或
所述步骤(3)中，所述冷却处理过程中，所述冷却液采用浓度为10～12％的聚乙烯吡咯烷酮水溶液，控制冷却液的温度≤50℃，控制所述锻件冷却至100℃以下后出液；和/或
所述步骤(3)中，所述冷却后的锻件在4h内转移至台车炉内进行球化处理；和/或
所述步骤(3)中，所述球化处理过程中，控制球化温度为680～700℃，球化时间≥6h。
7.如权利要求6所述的集装箱起重机车轮的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述冷却处理过程中，控制所述冷却液的温度为20～40℃。
8.如权利要求6所述的集装箱起重机车轮的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述冷却液与所述锻件的重量比≥10：1。
9.如权利要求4所述的集装箱起重机车轮的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述淬火处理过程中，采用浓度为10～15％的PAG类UCON E水溶液作为淬火介质进行喷淬，控制淬火压力为0.2～0.4Mpa，淬火时间为8～10min，中间暂停1～2min等待表层返温；和/或
所述步骤(5)中，所述回火处理过程中，控制回火温度为200～300℃，保温时间为5～7h。
10.如权利要求4～9任一项所述的集装箱起重机车轮的制备方法，其特征在于，还包括探伤、涂装、打码、检验、交付。
11.如权利要求10所述的集装箱起重机车轮的制备方法，其特征在于，所述探伤选用超声探伤和磁粉探伤。
12.权利要求4～9所述的集装箱起重机车轮的制备方法，其特征在于，所述集装箱起重机车轮的踏面硬度≥55HRC，踏面下15mm处硬度≥35HRC；和/或
所述集装箱起重机车轮的硬化层深度≥15mm。
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