一种车轮用车轮钢及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种车轮用车轮钢及其制备方法，按照重量百分比含有：C 0.70～0.75％、Si 0.20～0.50％、Mn 0.80～1.0％、Cr≤0.35％、Nb 0.02～0.04％、Als 0.01～0.02％、P≤0.015％、S≤0.015％、其余为Fe和不可避免的杂质元素。制备方法，包括如下步骤：(1)依照上述组分和配比进行冶炼；(2)轧制；(3)粗加工；(4)将车轮随炉升温并保温；(5)轮辋喷水冷却；(6)回火处理。本发明专利技术制备的车轮的拉伸性能与AAR M107标准新增D级车轮相当，且在具有与常规CL60车轮相当塑性的同时，具有明显较高的强硬度。本发明专利技术在不改变车轮常规生产工艺的基础上显著提高了产品综合性能，未增加车轮制造难度，可实现性强，具有良好的发明专利技术效果和经济效益。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，按照重量百分比含有：C 0.70～0.75％、Si 0.20～0.50％、Mn 0.80～1.0％、Cr≤0.35％、Nb 0.02～0.04％、Als 0.01～0.02％、P≤0.015％、S≤0.015％、其余为Fe和不可避免的杂质元素。制备方法，包括如下步骤：(1)依照上述组分和配比进行冶炼；(2)轧制；(3)粗加工；(4)将车轮随炉升温并保温；(5)轮辋喷水冷却；(6)回火处理。本专利技术制备的车轮的拉伸性能与AAR M107标准新增D级车轮相当，且在具有与常规CL60车轮相当塑性的同时，具有明显较高的强硬度。本专利技术在不改变车轮常规生产工艺的基础上显著提高了产品综合性能，未增加车轮制造难度，可实现性强，具有良好的专利技术效果和经济效益。【专利说明】
本专利技术涉及铁路辗钢车轮的制造领域，具体涉及涉及轴重> 40t、运行速度 < lOOkm/h的高硬度、高强度、高塑性铁路货车用高碳低合金钢车轮合金化设计及其制备 方法。
技术介绍
铁路90%的运力用于确保关系国计民生的煤炭、冶炼、石油、粮食等重点物资运 输，承担了学生、农资等大量公益性运输任务，保障了国民经济平稳运行和人民群众生产生 活需要。 《铁路"十二五"发展规划》中铁路货运发展目标是大能力区际干线和煤运通道进 一步优化完善，煤炭运输能力达30亿吨以上，重点物资和跨区域货运服务能力显著增强， 大幅提升铁路对经济发展的支撑和保障能力。到2015年货运量由2010年的36. 3亿吨提 升至55亿吨。在目前铁路资源条件下，解决货运能力的当务之急是重载运输。 通过"十一五"将货车轴重由21t提高到25t，可以预见在不远的将来，国内30t、 35t乃至40t轴重重载货运必然会得到迅猛发展。但是，货运重载的发展对现有车轮材料将 提出挑战性要求，这是因为轴重的增加不可避免的会引起车轮的使用条件恶化，使车轮受 到的机械载荷大幅度增大，磨损、接触疲劳、辗宽等机械损伤将成为车轮使用过程中的突出 问题。 因此，一直以来重载车轮的研发均侧重于高碳车轮钢，通过提高车轮的强度和硬 度来提高车轮的耐磨性能。而对于碳素钢来说，强度、硬度的提高势必会降低塑性和韧性， 从而降低材料的抗裂纹萌生和扩展能力，导致车轮断裂等失效现象的发生，影响了车轮的 使用安全性能。因此，如果不能很好的协调车轮的强、硬度性能和塑、韧性能，将会严重制约 铁路重载运输的发展。国外已经开始重视重载车轮的塑性问题，如美国AAR M-107标准中 专门增加了 AAR-D车轮钢种，该钢种成分要求与AAR-C相同，但允许采用微合金化手段来提 高车轮的硬度和强塑性指标，且对硬度和强塑性等指标都有明确的要求。 近几年来通过不断的技术进步，国内30t轴重重载货运技术已取得突破性进展， 马钢已成功开发并批量生产出常规CL70材质货车车轮，其服役性能明显优于现有的CL60 材质货车轮。但随着轴重的增加、使用频率的上升，车轮使用条件更加恶化，对车轮综合力 学性能特别是强、硬度与塑性匹配的要求势必越来越高，因此必须在提高重载车轮强、硬度 的同时兼顾其塑性，以满足未来重载车轮发展需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，尤其是一种提高铁路货 车用高碳钢车轮塑性塑性的合金化设计方法，具体技术方案如下： 一种车轮用车轮钢，按照重量百分比含有：C 0.70?0.75%、Si 0.20?0.50%、 Mn 0? 80 ?L 0%、Cr 彡 0? 35%、Nb 0? 02 ?0? 04%、Als 0? 01 ?0? 02%、P 彡 0? 015%、 S < 0. 015%、其余为Fe和不可避免的杂质元素。 进一步地，其具有铁素体-珠光体组织状态。 进一步地，其为一种高碳铁路货车车轮合金。 上述车轮用车轮钢的制备方法，包括如下步骤： (1)依照上述组分和配比进行冶炼； (2)轧制； ⑶粗加工； (4)将车轮随炉升温并保温； (5)轮辋喷水冷却； (6)回火处理。 进一步地，步骤（4)中，将车轮随炉升温至850-880°C保温2. 0-2. 5小时。 进一步地，步骤（5)中，使轮辋内部金属以2°C /s?5°C /s的冷却速度加速冷却 到550°C以下。 进一步地，步骤（6)中，在490±101：回火处理4.0-5.0小时。 进一步地，步骤（1)中，采用电炉冶炼经LF+RH精炼真空脱气后直接连铸成 380mm的圆述。 进一步地，步骤（2)和（3)中，经切锭、加热轧制、热处理后形成直径为860mm的车 轮。 进一步地，步骤（1)中，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。 与目前现有技术相比，本专利技术车轮力学性能与AAR M107标准新增D级车轮性能 相当，且在具有与常规CL60车轮相当塑性的同时，具有明显较高的强硬度，提高了铁路货 车用高碳钢车轮的安全使用性能，获得了以下有益效果：本专利技术制备的车轮的拉伸性能与 AARM107标准新增D级车轮相当，且在具有与常规CL60车轮相当塑性的同时，具有明显较高 的强硬度。本专利技术在不改变车轮常规生产工艺的基础上显著提高了产品综合性能，未增加 车轮制造难度，可实现性强，具有良好的专利技术效果和经济效益。 【专利附图】【附图说明】 图1为常规CL60车轮轮辋金相图 图2为本专利技术车轮轮辋金相组织图 【具体实施方式】 下面根据附图对本专利技术进行详细描述，其为本专利技术多种实施方式中的一种优选实 施例。 -种高碳铁路货车车轮合金化设计方法，化学成分百分比为：C 0. 70?0. 75%、 Si 0.20 ?0.50 %、Mn 0.80 ?1.0 %、Cr 彡 0.35 %、Nb 0.02 ?0.04 %、Als 0.01 ? 0. 02%、P彡0. 015%、S彡0. 015%、其余为Fe和不可避免的杂质元素。 到目前为止，国内外火车车轮用钢均为铁素体-珠光体组织的中、高碳碳素钢，这 种组织在硬度水平相当时，具有最好的耐磨性，因此，本专利技术的车轮用钢应具有铁素体-珠 光体组织状态。 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，但 其含量过高将降低车轮的韧性和塑性，因此本专利技术将C的范围确定为0. 70?0. 75%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和高的塑性性能，应 实施复合微合金化。因此，本专利技术重点对车轮钢中的Si、Mn、Cr、Als含量进行了设计。 Si是车轮钢中重要强化元素，作为置换原子发挥固溶强化作用。Si在提高钢强度 的同时，还提高其淬透性和耐磨性，但Si含量的增加会提高材料的热敏感性和脆性，不利 于提高韧性，因此本专利技术将Si的范围确定为0. 20?0. 50%之间。 Mn是车轮钢中重要强化元素，一般大部分作为置换原子发挥固溶强化作用，少量 形成碳化物。Mn在提高钢强度的同时，还提高其淬透性，但也增加了钢的过热敏感性和回火 脆性倾向，故Mn含量控制在0.80?1.0%之间。 Cr是次要的固溶强化元素，一般一部分作为置换原子发挥本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车轮用车轮钢，其特征在于，按照重量百分比含有：C 0.70～0.75％、Si 0.20～0.50％、Mn 0.80～1.0％、Cr≤0.35％、Nb 0.02～0.04％、Als 0.01～0.02％、P≤0.015％、S≤0.015％、其余为Fe和不可避免的杂质元素。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，孙曼丽，江波，赵海，钟斌，邹强，王世付，李翔，
申请(专利权)人：马钢集团控股有限公司，马鞍山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34