一种集装箱起重机车轮钢、车轮及其制备方法技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种集装箱起重机车轮钢、车轮及其制备方法
本专利技术涉及一种车轮，尤其涉及一种集装箱起重机车轮钢、车轮及其制备方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术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，本专利技术采用如下的技术方案：本专利技术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。本专利技术的第二方面提供一种采用如本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术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、本专利技术的集装箱起重机车轮的制备方法，通过在锻造成本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。/n

【技术特征摘要】
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≤2...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈创业，朱国和，陈阳，董斌，
申请(专利权)人：上海振华港机重工有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31