一种耐腐蚀贝氏体钢、包含其的车轮及制造方法技术

本发明专利技术公开一种耐腐蚀贝氏体钢、包含其的车轮及制造方法，涉及贝氏体钢技术领域。本发明专利技术提供的耐腐蚀贝氏体钢按质量百分比，其组成包含：C：0.1～0.5％，Mn：1.0～3.0％，Si：0.6～1.8％，Cr：0.7～2.5％，Mo：0.2～0.6％，V：≤0.2％，Ni：0.2～1.2％，Cu：0.15～0.8％，P：≤0.015％，S：≤0.01％，Ca：≤0.03％，且Ca/S≥1.5，其余为Fe及不可避免的杂质元素，具有高强度、高韧性优良的耐腐蚀性能。通过本发明专利技术提供的车轮制造方法制造出的车轮，通过成分和工艺的配合改进，在大幅度提高车轮强度和保障高强韧性的同时，显著提升了车轮的耐腐蚀水平。

Corrosion resistant bainitic steel, wheel containing it and manufacturing method thereof

The invention discloses a corrosion-resistant bainitic steel, a wheel containing the steel and a manufacturing method, and relates to the technical field of bainitic steel. The corrosion-resistant bainitic steel provided by the invention consists of C:0.1-0.5%, Mn:1.0-3.0%, Si:0.6-1.8%, Cr:0.7-2.5%, Mo:0.2-0.6%, V:<0.2%, Ni:0.2-1.2%, Cu:0.15-0.8%, P:<0.015%, S:<0.01%, Ca:<0.03%, and Ca/S>1.2%. 5. The other impurities are Fe and inevitable impurities, which have high strength and toughness and excellent corrosion resistance. The wheel manufactured by the wheel manufacturing method provided by the invention improves the strength of the wheel and guarantees the high strength and toughness of the wheel greatly, and improves the corrosion resistance level of the wheel remarkably through the combination of composition and process.

【技术实现步骤摘要】
一种耐腐蚀贝氏体钢、包含其的车轮及制造方法
本专利技术涉及贝氏体钢
更具体地，涉及一种耐腐蚀贝氏体钢、包含其的车轮及制造方法。
技术介绍
高速和重载是我国铁路的发展方向。随着火车载重增加和速度提高，现有珠光体型车轮剥离掉块等失效频率加快，铁路维护费用大幅上升，难以满足铁路发展需求。合适贝氏体组织具有比珠光体组织明显优越的强韧塑性等的配合，因此，新型贝氏体车轮已成为国际国内的研究热点。此外，在我国南方潮湿地区、长距离隧道和沿海高盐分地区等湿度大的环境中，现有珠光体车轮常出现因腐蚀造成的失效，因此，针对上述环境腐蚀服役条件，需开发出综合力学性能优良，同时能耐腐蚀的贝氏体车轮产品，以适应铁路发展需求。目前，国内外绝大多数贝氏体车轮产品的研发主要关注在其强韧性匹配、耐磨性或抗疲劳性能提高等，至今未见到耐腐蚀贝氏体车轮的相关研发工作。且现有贝氏体车轮的强度相对较低，强韧性配合有较大提升空间。因此，为解决目前贝氏体车轮开发过程中存在的缺陷与不足，需要提供一种高强高韧等性能优良的耐腐蚀贝氏体钢制车轮。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种耐腐蚀贝氏体钢，在显著提高强度韧性配合水平的前提下，解决现有技术中贝氏体钢耐腐蚀性能差的问题。本专利技术的第二个目的在于提供一种耐腐蚀贝氏体钢车轮。本专利技术的第三个目的在于提供一种耐腐蚀贝氏体钢车轮的制造方法，通过成分和工艺的配合改进，在大幅度提高车轮强度和保障高强韧性匹配、增强车轮抗滚动接触疲劳性能的同时，显著提升了车轮的耐腐蚀水平。根据本专利技术的第一个目的，本专利技术提供一种耐腐蚀贝氏体钢，按质量百分比，其组成包含：C：0.1～0.5％，Mn：1.0～3.0％，Si：0.6～1.8％，Cr：0.7～2.5％，Mo：0.2～0.6％，V：≤0.2％，Ni：0.2～1.2％，Cu：0.15～0.8％，P：≤0.015％，S：≤0.01％，Ca：≤0.03％，且Ca/S≥1.5，其余为Fe及不可避免的杂质元素。优选地，按质量百分比，所述耐腐蚀贝氏体钢的组成还包括Al：0.2～1.2％，且0.8≤Si+Al≤2.0％。本专利技术目以低S、P的高纯净度C-Mn-Si-Cr合金成分为基础，通过辅加适量Cu、Ni、Mo元素提高材料的抗腐蚀性能，并添加适量Ca元素，保证Ca/S比≥1.5，利用Ca元素对夹杂物球化作用，降低尖锐夹杂物周围应力的集中，进一步提高材料的耐腐蚀性能。此外，通过添加适当Al元素，降低高强度下对氢的敏感性，使车轮具有高强度、高韧性、高耐磨和高抗疲劳性能的同时，具有良好的抗开裂性能，有利于车轮使用寿命的提高。在本专利技术中，各元素的性能如下：碳元素：可有效提高钢种的强度和淬透性，随着碳含量增加，强度上升，韧性下降。碳含量低于0.1％时，钢的强度需要通过其它合金元素的加入弥补，但当碳含量高于0.5％时，易导致脆性渗碳体析出，不利于钢的韧性，因此，合适的碳含量为0.1-0.5％。锰元素：有显著固溶强化作用，强烈提高钢种淬透性。同时可扩大奥氏体相区，推迟高温珠光体转变，使珠光体转变区和贝氏体转变区分离，在较宽冷速范围内得到贝氏体组织。Mn含量低于1.0％时，钢的淬透性较差，不利于获得贝氏体组织；当Mn含量高于3.00％时，钢的淬透性显著增加，但偏析趋向明显加大，不利于韧性，因此，合适的Mn含量范围为1.0-3.0％。硅元素：起固溶强化作用的同时可抑制碳化物析出，易获得无碳化物贝氏体和残余奥氏体组织，有利于残余奥氏体热稳定性和机械稳定性的提高，可保证良好强韧性的匹配。且能提高钢种强度和Ac3点，有益于钢种的抗热损伤性能。当其含量低于0.6％时，上述效果不明显，当其含量高于2.0％时，可能增加先共析铁素体析出倾向，不利于疲劳性能，因此，合适的硅含量为0.6～2.0％。铝元素：与硅元素类似，可抑制碳化物析出，同时显著提高Ac3温度，有利于抗热损伤性能。适量Al元素可显著降低高强度钢的氢至开裂敏感性，提高抗开裂能力。当铝含量小于0.2％时，效果不明显。但铝含量超过1.2时，会降低钢液的流动性，可能造成连铸时水口结瘤而不利于生产。但当硅和铝元素总含量大于2.0％时将大幅度提高钢种的Ac3温度，易导致先软相共析铁素体的形成，导致强韧性和疲劳性能等的降低，因此，铝元素在0.2～1.5％范围时，应保证0.8≤Si+Al≤2.0％。铬元素：有显著的固溶强化作用，可显著提高钢种淬透性，有利于车轮横断面组织的均匀性。此外，铬元素具有较好的抗腐蚀能力。其含量小于0.7％时效果不明显。其含量大于2.5％时，钢坯热裂倾向加大。钼元素：钼元素有明显提高钢种抗大气腐蚀的能力的同时，可显著增加钢种的淬透性，有利于保证车轮轮辋横断面组织和性能的一致性。钼元素对中温贝氏体转变的延缓作用明显小于对高温珠光体的延缓作用，其配合锰元素的加入使得钢的CCT曲线容易出现高温珠光体转变线和中温贝氏体转变线的分离，使得较宽冷速范围内可获得贝氏体组织，有利于强韧性匹配。此外，钼元素具有良好的回火抗力，有利于保证回火处理后车轮保持高强度和高韧性的配合。当其含量小于0.2％时，效果不明显。其含量超过0.6％时，对于CCT曲线的分离作用基本稳定，而其含量增加将增加合金成本。钙元素：可使得钢水的流动性提高，并具有明显的球化夹杂物作用，当Ca/S比大于1.0时，球化作用显著；当Ca/S比大于1.5时，夹杂物球化基本完全，有利于车轮高强韧性的匹配。其含量为0.03％时，能保证足够的Ca/S比，而其含量进一步提高将增加钢水冶炼难度。钒元素：具有良好的析出强化作用，有利于回火处理后车轮屈服强度的提高。能较好的固定钢中的氮元素，并能产生晶粒细化作用，有利于强韧性的匹配。当其含量大于0.2％时，相关有益作用基本稳定，进一步增加效果不明显。磷元素：钢中的常见杂质元素，容易偏聚于晶界，降低钢的韧性。常规优质钢中其含量多大于0.01％。当其含量低于0.01％时，钢水纯净度出现质的提升，因磷元素偏聚于晶界导致的弱化效果明显改善。硫元素：钢中的常见杂质元素，容易与其他元素形成夹杂物，降低强韧性匹配。当其含量低于低于0.01％时，钢水纯净度出现质的提升，十分有利于疲劳强度等综合性能的提高。铜元素：是抗腐蚀钢种中常用的元素，具有明显的抗腐蚀能力。当其含量低于0.15％时，效果不明显，而当大于0.8％时，出现铜脆的风险显著增加。镍元素：固溶强化作用明显，同时有利于钢种的冲击韧性，尤其是低温冲击韧性。能抑制钢中因Cu存在可能导致的铜脆现象，有利于腐蚀性能的提升。当其含量低于0.2％时，效果不明显，而当大于1.2％时，合金成本显著增加。优选地，按质量百分比，所述耐腐蚀贝氏体钢组成包含：C：0.15～0.45％，Mn：1.5～2.5％，Si：0.8～1.5％，Cr：0.9～2.0％，Mo：0.3～0.6％，V：0.05～0.15％，Ni：0.5～1.2％，Cu：0.25～0.8％，P：≤0.005％，S：≤0.005％，Ca：0.01～0.03％，Al：0.2～0.8％，且0.8≤Si+Al≤1.7％，Ca/S≥1.5，其余为Fe及不可避免的杂质元素。根据本专利技术的第二个目的，本专利技术提供一种耐腐蚀贝氏体钢车轮，所述耐腐蚀贝氏体钢车轮由上述的耐腐蚀贝氏体钢制成。优选地，所述车轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐腐蚀贝氏体钢，其特征在于，按质量百分比，其组成包含：C：0.1～0.5％，Mn：1.0～3.0％，Si：0.6～1.8％，Cr：0.7～2.5％，Mo：0.2～0.6％，V：≤0.2％，Ni：0.2～1.2％，Cu：0.15～0.8％，P：≤0.015％，S：≤0.01％，Ca：≤0.03％，且Ca/S≥1.5，其余为Fe及不可避免的杂质元素。

【技术特征摘要】
1.一种耐腐蚀贝氏体钢，其特征在于，按质量百分比，其组成包含：C：0.1～0.5％，Mn：1.0～3.0％，Si：0.6～1.8％，Cr：0.7～2.5％，Mo：0.2～0.6％，V：≤0.2％，Ni：0.2～1.2％，Cu：0.15～0.8％，P：≤0.015％，S：≤0.01％，Ca：≤0.03％，且Ca/S≥1.5，其余为Fe及不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的耐腐蚀贝氏体钢，其特征在于，按质量百分比，其组成还包含Al：0.2～1.2％，且0.8≤Si+Al≤2.0％。3.根据权利要求2所述的耐腐蚀贝氏体钢，其特征在于，按质量百分比，其组成包含：C：0.15～0.45％，Mn：1.5～2.5％，Si：0.8～1.5％，Cr：0.9～2.0％，Mo：0.3～0.6％，V：0.05～0.15％，Ni：0.5～1.2％，Cu：0.25～0.8％，P：≤0.005％，S：≤0.005％，Ca：0.01～0.03％，Al：0.2～0.8％，且0.8≤Si+Al≤1.7％，Ca/S...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭谆礼，祝家祺，高博，苗俊浩，张敏，安佰峰，白秉哲，翁宇庆，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11