一种适用于高寒地区高强韧性重载车轮钢及其生产车轮的热处理方法技术

本发明专利技术提供一种适用于高寒地区高强韧性重载车轮钢及其生产车轮的热处理方法，成分C 0.62

【技术实现步骤摘要】
一种适用于高寒地区高强韧性重载车轮钢及其生产车轮的热处理方法


[0001]本专利技术属于铁路辗钢整体车轮的制造
，尤其涉及一种适用于高寒地区高强韧性重载车轮钢及其生产车轮的热处理方法，适用于高寒地区独联体国家的轴重≥25t、运行时速≤120km/h的铁路重载车辆用高强硬度、高韧性车轮钢。

技术介绍

[0002]近年来世界铁路重载货运得到迅猛发展，独联体国家越来越重视重载铁路发展，各国都在加大重载铁路发展投资，其中俄罗斯将投资3万亿卢布(约400亿美元)用于铁路基础设施建设，并大幅升级其国家的铁路运输系统，发展重载铁路运输，随着重载运输不断增加，其重载车轮需求量极大；并且哈萨克斯坦也面临铁路货运车轮更换，为了提高车轮使用寿命，降低车轮服役缺陷，也在重点发展、应用25t轴重以上的重载车轮。
[0003]独联体各国家铁路车辆用车轮执行标准为GOST 10791
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2011《整体辗钢车轮技术规范》，根据运行时速、轴重、车辆用途，挑选不同材质、不同制造精度的车轮。目前，铁路货运普遍采用23.5t轴重的2号钢车轮，类似于我国TB/T2817
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2018铁路货车轮标准中CL60车轮。众所周知，重载货运车辆的特点是运行速度不高，但轴重大，车轮所承受的机械、热负荷明显高于常规货运车轮，服役条件极为苛刻，成为影响重载铁路车辆安全可靠性的关键部件之一。因此2号钢车轮已不适应25t轴重以上铁路重载运输，并且独联体国家幅员辽阔，且地理位置偏北，绝大部分属亚寒带大陆性气候，冬季漫长而严寒，车轮常年在较低环境下运行，对车轮低温性能及稳定性要求较高；此次重载车轮要求
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60℃低温冲击aku2≥15J/cm2；为了提高此重载车轮的耐磨性和服役寿命，必须具有高强硬度(断面硬度≥320HB)；并且为保证车轮的安全性及抗裂纹扩展能力，明确提出高断裂韧性要求(≥50MPa
·
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)，以提高车轮抗裂纹扩展能力。即在确保车轮满足GOST 10791
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2011标准的前提下，可安全服役于独联体重载铁路。而常规轴重车轮磨耗严重，剥离擦伤故障多发，因此重载车轮材质及工艺必须改进。
[0004]世界各国重载货运车轮普遍采用高碳钢，例如美国、巴西、澳洲、加拿大等欧美国家都采用AAR M
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107/M
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208标准AAR
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C车轮(C：0.67
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0.77％),我国大秦重载车辆用车轮CL70车轮(C：0.67
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0.77％)，在生产制造中AAR
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C、CL70等重载车轮的C含量都在控制0.70％以上，以保证车轮高强硬度，满足重载车轮耐磨性要求，但都对车轮断裂韧性和
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60℃低温冲击韧性无要求。但高碳钢车轮的高强硬度势必导致车轮韧性指标急剧下降。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种适用于高寒地区高强韧性重载车轮钢，是一种可适用于高寒地区独联体国家的重载T材质车轮钢，相比于GOST 10791标准中常规轴重的2号车轮钢，本专利技术制备新材质重载车轮，机械综合性能优良，强硬度大幅提高，采用中碳低硅设计方案，配合微合金元素设计，一方面可达到高碳材质车轮的强硬度水平，以保证车轮高耐磨
性及服役寿命；另一方面断裂韧性和
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60℃低温冲击韧性安全冗余更大，以保证车轮抗裂纹扩展能力和低温性能。
[0006]本专利技术另一目的在于提供一种适用于高寒地区高强韧性重载车轮钢生产车轮的热处理方法，根据车轮钢成分设计，充分发挥重载车轮钢高Cr高V高N性能，生产的车轮可适用于独联体国家的高寒、重载铁路工况下的重载车轮，保证车轮高耐磨性、使用寿命和服役安全。
[0007]本专利技术具体技术方案如下：
[0008]一种适用于高寒地区高强韧性重载车轮钢，包括以下质量百分比成分：
[0009]C 0.62
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0.70％、Si 0.22
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0.65％、Mn 0.70
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1.00％、Cr 0.15
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0.40％、V 0.10
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0.15％、N 50
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150ppm、Als≤0.015％、P≤0.015％、S 0.005
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0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
[0010]专利技术的车轮用钢具有铁素体
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珠光体组织，且本专利技术车轮轮辋金相组织中铁素体含量达到3％以上，车轮轮辋晶粒度≥8级，并要求成品车轮踏面无任何其他异常组织；本专利技术提供的车轮在硬度水平相当时，具有最好的耐磨性。
[0011]本专利技术元素设计原理如下：
[0012]C是车轮钢中最重要的成分元素，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，但其含量过高又将显著降低车轮的韧性和抗冷热疲劳性能，非常不利于满足车轮高韧性指标，因此本专利技术打破重载车轮高碳钢设计理论，采用一种中碳设计方案，将C的范围确定为0.62
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0.70％。
[0013]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，也不利于提高车轮韧性，因此本专利技术采用低Si方案，将Si的范围确定为0.22
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0.65％。
[0014]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，还具有细化晶粒减小珠光体片层间距，有利于提高韧性，另增加Mn含量还具有提高车轮钢淬透性的作用，但同时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0.70
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1.00％。
[0015]为获得高强硬度性能和高韧性的综合性能，必须实施复合合金化设计。因此，本专利技术对车轮钢中的Cr、V、N含量进行了关键设计，以起到复合合金化作用。
[0016]Cr是次要的固溶强化元素，一般一部分作为置换原子发挥固溶强化作用，一部分形成碳化物。增加Cr不仅能增加钢的淬透性，而且能在提高硬度和耐磨性性的同时不使钢变脆，还能提高钢的高温机械性能；加Cr使车轮钢的珠光体组织产生细化效果而又均分布，片层间距减小，这对于提高车轮材料的强韧配合是非常有利的。但过高Cr含量则反而导致塑韧性降低，不利于车轮钢珠光体组织控制，使得异常组织加深，因此本专利技术将Cr含量控制在0.15
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0.40％。
[0017]V是强碳氮化物形成元素，主要以固溶和V(CN)析出两种形式存在，起细化奥氏体晶粒、珠光体团与珠光体片层间距和沉淀强化的作用，有利于提高强韧性。车轮钢在连续冷却条件下，随V含量增多，珠光体平均转变温度降低，CCT曲线向右下方移动，片层细化，珠光体组织的强度和硬度升高。V在钢中N含量较大的情况下，可起到细化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于高寒地区高强韧性重载车轮钢，其特征在于，所述适用于高寒地区高强韧性重载车轮钢包括以下质量百分比成分：C 0.62
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0.70％、Si 0.22
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0.65％、Mn 0.70
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1.00％、Cr 0.15
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0.40％、V 0.10
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0.15％、N 50
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150ppm、Als≤0.015％、P≤0.015％、S 0.005
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0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。2.一种权利要求1所述的适用于高寒地区高强韧性重载车轮钢生产的车轮的热处理方法，其特征在于，所述热处理方法包括以下步骤：1)车轮淬火加热；2)车轮轮辋淬火；3)回火。3.根据权利要求2所述的热处理方法，其特征在于，步骤1)中所述车轮淬火加热是指将车轮随炉升温至860
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900℃保温2.5
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4.0小时。4.根据权利要求2所述的热处理方法，其特征在于，步骤1)车轮淬火加热至860
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900℃保温2.5
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4.0小时后，出炉单件摊开，将整件车轮风冷至室温，然后再次将车轮放置淬火加热炉中，升温至860
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900℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞晋龙，陈刚，肖峰，张磊，邓荣杰，刘学华，江波，赵海，万志健，鲁松，
申请(专利权)人：宝武集团马钢轨交材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：