一种用于重载铁路货车的车轮钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于重载铁路货车的车轮钢，由以下合金元素按质量百分数（％）组成：Ｃ　０．５２～６３％，Ｓｉ　０．５０～０．１．０％，Ｍｎ　０．８０～１．２０％，Ｃｒ≤０．７０％，Ｓ　０．００５～０．０２０％，Ｐ≤０．０３０％，其余为铁和杂质元素；其制备方法包括转炉炼钢工序、ＬＦ炉精炼工序、ＶＤ真空处理工序、连铸成圆坯工序、切锭轧制工序、热处理工序、加工、成品检测工序，所述的热处理工序为：在８８０－９００℃加热处理２．０－２．５小时，喷水淬火２００－３００Ｓ，再在５００－５５０℃回火处理３－４小时。本发明专利技术制成的车轮在保持原有车轮韧性、塑性的基础上使强度、硬度性能显著增加。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属铁道车辆车轮用钢及其制备方法，尤其涉及25吨轴重以上120千 米/小时以下铁路货车车轮用钢及其制备方法。
技术介绍
火车车轮是列车的关键部件之一，在列车运行中具有承载、导向、向钢轨 传递动力和制动等功能。它不仅承受着火车全部载重量，更重要的是它在高速 滚动，承受交变、动态的机械载荷和巨大的惯性力、冲击力，以及刹车制动力 和因为刹车摩擦温升产生的热损伤；并且，以车轮为中心，车轮是唯一与钢轨、 闸瓦、车轴同时存在三对摩擦副的部件。车轮运行从北到南、从冬到夏、面临 线路条件不同，这些也严重影响车轮的力学性能。随着车辆轴重的加大，车轮 承受载荷相应提高，车轮的使用条件必然会发生显著变，工况变得更加恶劣。 在这种情况下，以前认为是安全的或是允许存在的车轮材质问题现在也极易引 发车轮的失效。重载铁路车轮以北美AAR为主要代表，其中AAR-C级钢车轮已经被广泛运 用于北美铁路货运方面。其化学成分为0. 67%-0. 77%C ， 0. 60/0-0. 9%Mn， 0. 15%-1. 0%Si， Cr《0. 25%， P《0. 03%， 0. 005%-0. 04%S，其余为铁和 参与元素，它是一种中高碳素钢车轮钢，组织状态为铁素体-珠光体，这种钢的 显著特点是碳含量高，耐磨性好、抗接触疲劳强度高，但抵抗热损伤、内部疲 劳裂纹扩展的能力较差。日本SSW-3R材质主要用于载重量高的车轮上，其化学成分控制范围 0. 60-0. 75%C， 0. 15-0. 35%Si， 0. 50-0. 90%Mn， S《0. 050%， P《0. 045%， Cu《0. 30%。 其性能为轮辋抗拉强度970-1077MPa，硬度311-363HB， A5。/。^12，常温轮辋断 裂韧性《50Mpa.11^2。这种材质用于25T轴重以上，特别是35T轴重以上的重载3车轮上时，同时会出现异常磨耗、踏面剥离和韧性差等问题。我国车轮钢CL60钢的化学成分为0. 55-0. 65%C.， 0. 17-0. 37%Si ，' 0. 50-0. 80%Mn， S《0. 035%, P《0. 0德，用于25吨轴重火车时，使用1年左右 踏面磨耗超过3mm， 2年左右货车车轮踏面磨耗量已达到7-10mm，踏面磨耗量过 高。从这三种钢比较看，SSW-3R和CL60碳含量较低，故其韧性好，但其耐磨性 较差，而AAR-C由于碳含量高，故其耐磨性好，但其韧性抵，抗热损伤、内部 疲劳裂纹扩展的能力较差。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术提供一种用于重载铁路货车的车轮钢及其 制备方法，该车轮钢既有良好的耐磨性、抗接触疲劳性能，又有较好的抗热损 伤、抗内部疲劳裂纹扩展性能。为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种用于重载铁路货车的车轮钢，由下列合金元素按质量百分比(％)组成C: 0. 52 63Q/q， Si: 0. 50 0. 1. 0%， Mn: 0. 80 1. 20。/(>， Cr《0.70%， S: 0. 005 0. 020%, P《0.030%，其余为铁和杂质元素。优选方案为C: 0. 58 63°/。， Si: 0. 75 0. 85%， Mn: 0. 80 1.00%， Cr : 0. 30 0. 40%， S: 0. 005 0. 020%, P《0. 030%，其余为铁和杂质元素。以下是本专利技术为解决上述技术问题而提出的更详尽的技术方案耐磨是铁路车轮应具备的基本功能。硬度水平相当时，铁素体-珠光体材料 具有最好的耐磨性，因而，本专利技术的车轮材料应具有铁素体-珠光体组织状态。根据铁素体-珠光体钢组织一性能关系，c对强、硬度贡献最大、对韧性的损害最大，Si则次之，若要保证韧性，降低C含量是最有效的，此时可通过Si 弥补强度损失，从而获得较好的强韧配合。在上述化学成分中，C是关键元素，它能提高车轮钢的力学性能，具有优异的抗磨耗性能，但过高的碳会降低钢的冲击特性、断裂韧性和抗热裂损性能。 通过试验发现，随着碳含量的降低，材料的抗磨耗性能及耐接触疲劳性能降低，但材料的耐热疲劳性能显著提高，因此本专利技术将C的范围确定为0.52 0.63% 之间，优选O. 58 0. 63%。.Si含量的确定Si是本专利技术中最重要的固溶强化元素，硅在钢中不形成碳 化物，而是以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体中，具有提高它们的硬度和 强度的作用，在常见元素中，仅次于磷，而较锰、镍、铬、钨、钼、钒等为强。 这对于提高本专利技术的抗磨耗性能是极为有利的。同时，硅是封闭v相区的元素 之一，能够提高钢的Acl、 Ac3点的温度，这意味着Si会使材质奥氏体化的温 度升高，因此会使车轮在受到强烈的热输入时发生相变的几率减小，有利于缓 解热致剥离、热裂纹等热损伤型缺陷的发生。但过高的Si会增加材料的热敏感 性和脆性。因此本专利技术将Si的范围确定为0. 50 1. 0%之间，优选0. 75 0. 85%。 Mn能降低钢的共析转变温度，并使其共析转变向低碳方向转移，增加了珠 光体体积分数，减少了珠光体片层间距，从而提高了车轮钢的强度、塑性及耐 磨性。试验表明，钢的强度明显随着锰含量的增加而增加，但锰含量大于1.2% 时，由于钢的粗化趋势明显，使钢的塑性、韧性明显降低。本专利技术碳含量较低， 为弥补碳含量的不足，适当提高锰含量，故Mn含量控制在0.80-1. 2%之间，优 选O. 80 1.0%。Cr是强碳化物形成元素，加入Cr可减少碳在奥氏体中的扩散系数，从而细 化奥氏体晶粒尺寸，减少了珠光体片层间距，使车轮钢强度、硬度、耐磨性升 高，但会降低钢的塑性。从Cr元素对完全珠光体临界冷却速度的影响规律看， 为使铁素体-珠光体组织易于获得，Cr含量应该控制在不超过0.70%，优选 0. 3 0. 45% 。P和S是杂质元素，故其含量应该控制在不超过0. 040% 。 为了实现与上述技术方案相同的专利技术目的，本专利技术所要解决的另一个问题是还提供了上述车轮钢的制备方法。制备方法包括转炉炼钢工序、LF炉精炼工序、VD真空处理工序、连铸成圆 坯工序、切锭轧制工序、热处理工序、加工、成品检测工序，所述的热处理工 序为在845—855。C加热处理2—2.5小时，喷水淬火200 — 300S，再在500_ 55(TC回火处理3—4小时。本专利技术通过降低碳含量来提高车轮钢的韧性、塑性、抗热损伤性、抗内部 疲劳裂纹扩展性能，由于碳含量建设导致的强度、硬度、耐磨耗性能的降低可 通过提高硅、锰的含量及加入适量的铬来弥补。上述技术方案具有突出的实质 性特点，并在现有技术的基础上取得了显著的技术进步，解决了本领域长期未 能解决的技术难题，充分体现了本专利技术的新颖性、创造性和实用性。与现有技 术相比，本专利技术获得了以下有益效果本专利技术制成的车轮在不同的加热速率下，相变温度Acl和Ac3点明显升高， 从而使车轮重新发生奥氏体相变的几率减小，提高了车轮抗热损伤性能。本专利技术制成的车轮在高温(550 — 65(TC)状态下，能够继续保持较高的硬 度水平，提高了车轮使用的稳定性。本专利技术制成的车轮在保持原有车轮韧性、塑性的基础上使强度、硬度性能 显著增加，获得了更良好的综合力学性能，从而有效增强了车轮的耐磨性能。同时，本专利技术制成的车轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于重载铁路货车的车轮钢，其特征在于：由以下合金元素按质量百分数（％）组成：Ｃ０．５２～６３％，Ｓｉ０．５０～０．１．０％，Ｍｎ０．８０～１．２０％，Ｃｒ≤０．７０％，Ｓ０．００５～０．０２０％，Ｐ≤０．０３０％，其余为铁和杂质元素。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李小宇，安涛，张斌，江波，李翔，崔银会，吴耀光，陈刚，王世付，吴江淮，张弘，付秀琴，
申请(专利权)人：马鞍山钢铁股份有限公司，铁道科学研究院金属及化学研究所，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]