一种机车车轮用材料制造技术

本发明专利技术属于机车领域，公开了一种机车车轮用材料。该材料包括如下质量百分比含量的微合金组分：C:0.57

【技术实现步骤摘要】
一种机车车轮用材料


[0001]本专利技术属于机车领域，具体涉及一种机车车轮用材料。

技术介绍

[0002]铁路机车是客货运列车牵引单元，是决定铁路运能与运效、保障国民经济大动脉安全高效运行的关键装备。机车车轮起传递牵引动力作用，是机车关键零部件之一，也是机车中服役条件最为苛刻及关系列车运行安全的重要构件。我国机车车轮运用工况相对于车辆存在高牵引、轴重大的特点，表现为高滑差、高剪切应力和制动牵引过程中热
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机械载荷。近年来，随着提速重载的发展，机车车轮不同程度的出现踏面损伤、踏面磨损和不均匀磨耗等问题，车轮踏面损伤直接影响铁路机车的运用安全、品质和运转率，造成镟修维护频次的显著增多而提高了车轮维护成本，车轮使用寿命的明显缩短而提高了运营成本。
[0003]目前我国在役的机车车轮材料有J1、J2、J3、J11、J12、ER7、ER8、ER9等国内外牌号，机车车轮材料牌号繁多，服役表现各异，未充分考虑车轮材料性能和特点与装用机车型号以及服役线路的适应性，导致车轮整体服役性能不佳，增加了机车运用成本。因此，急需对机车车轮开展新材料长寿命化技术研究，进一步提高机车车轮材料的适应能力及服役可靠性，实现延长车轮的服役寿命，节省机车的整体成本支出。

技术实现思路

[0004]针对目前机车车轮材料服役性能不佳、成本高的问题，本专利技术提供了一种机车车轮用材料。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：
[0006]本专利技术提供一种机车车轮用材料，包括如下质量百分比含量的微合金组分：C:0.57
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0.70；Mn：0.50
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1.10；Ni≤0.40；Ti≤0.06；V≤0.06；Cr≤0.30；所述机车车轮用材料的低周疲劳强度为520
‑
550MPa。
[0007]进一步，所述机车车轮用材料，具体包括以下质量百分比含量的微合金组分：C:0.57
‑
0.67；S≤0.015；P≤0.02；Mn：0.60
‑
0.90；Cr≤0.25；Ni≤0.25；Mo≤0.10；Cu≤0.25；Si：0.15
‑
1.00；V≤0.04；Al≤0.06；Nb≤0.05；Ti≤0.03。
[0008]本专利技术还提供一种机车车轮用材料的生产方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1，使用电炉将废钢冶炼成钢水，控制钢水的温度为1600℃
‑
1660℃，同时调节微合金组分C、P、Si、Mn含量，使其质量百分比含量满足：C:0.57
‑
0.67；P≤0.02；Si：0.15
‑
1.00；Mn：0.60
‑
0.90；
[0010]步骤2，通过LF炉对步骤1的钢水进行钢包精炼，具体为，利用LF炉通过精炼渣进行深脱硫、深脱氧、去夹杂，使S元素的质量百分比含量≤0.015，非金属夹杂物含量控制在下表要求的范围内；脱氧、脱硫结束后，对各微合金组分进行微调，确保各微合金组分的质量百分比含量满足如下范围：C:0.57
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0.67；S≤0.015；P≤0.02；Mn：0.60
‑
0.90；Cr≤0.25；Ni≤0.25；Mo≤0.10；Cu≤0.25；Si：0.15
‑
1.00；V≤0.04；Al≤0.06；Nb≤0.05；Ti≤0.03；最后
确保钢水温度在1630℃
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1650℃；
[0011][0012]步骤3，使用VD
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VOD炉对步骤2的钢水进行真空去气，使步骤2钢水中气体含量满足N2≤70ppm，O2≤20ppm，H2≤2.0ppm；同时进一步均匀钢水的成分和温度；
[0013]步骤4，对步骤3钢水中各组分含量进行检测，检测合格后进行钢锭浇铸，钢液浇铸速度3.5～4.5t/min，从模具底部进行浇铸，浇铸成型后切割获得钢坯，将钢坯锻压成型、碾轧、热处理；以3.5～4.5t/min的速度从模具底部进行浇铸，可以确保浇铸前后钢水的温度波动最小，从而获得稳定和均匀的铸锭；浇铸速度过快，使钢液对浇铸系统的耐火材料的冲刷严重而污染钢液，导致钢中氧含量增加。浇铸速度太慢，使浇铸时间延长，导致钢液二次氧化程度增加，不利于控制钢中氧含量。锻压成型的钢坯进行碾轧可将粗大晶粒压碎，保证较高的锻比，让机车车轮用材料获得更高的力学性能，提升车轮的全尺寸疲劳极限，保证车轮在运用中的安全；
[0014]步骤5，对步骤4热处理后的材料进行性能检测合格后，即获得所述机车车轮用材料。
[0015]与现有技术相比本专利技术具有以下优点：
[0016]1、由于Nb在钢中具有最强的晶粒细化强化效果，V在钢中具有最强的沉淀强化效果，Ti则介于Nb和V两者之间。本专利技术机车车轮用材料与目前我国使用较多的ER8、ER9材料相比，增加了微合金组分Nb、Ti的使用，并相应减少了微合金V的使用量，一方面可在热加工过程中抑制奥氏体的形变再结晶并阻止其晶粒的长大，另一方面可通过它们的碳氮化合物的应变诱导析出，发挥Nb、V、Ti的沉淀强化作用，从而提高材料的裂纹萌生抗力、延缓裂纹扩展，最终改善车轮材料的抗剥离性能。
[0017]2、本专利技术机车车轮用材料与目前我国使用较多的ER8、ER9材料相比，具有较高的屈服强度、抗拉强度、抵抗滚动接触疲劳性能以及塑性变形抗力，轮辋的硬度提高到了265HBW以上，从而可以使车轮的耐磨耗性能、多边形问题以及抗滚动接触疲劳强度得到提升，促进全寿命周期的服役稳定性，延长使用寿命和运营里程。
附图说明
[0018]图1为本专利技术钢锭浇铸采用的铸模示意图。
[0019]图2为本专利技术碾轧工序采用的13轴数控设备示意图。
具体实施方式
[0020]下面结合本专利技术实施例和附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行具体、详细的说明。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为属于本专利技术的保护范围。
[0021]实施例
[0022]机车车轮用材料的制备：
[0023]步骤1，以废钢为原料，在50吨超高功率电弧炉中进行熔炼，控制钢水温度为1600℃，控制C、P、Si、Mn等元素含量在表1所要求的范围内；
[0024]步骤2，利用LF炉通过精炼渣进行深脱硫、深脱氧、去夹杂，使S元素含量控制在表1要求的范围内，使非金属夹杂物含量控制在表2要求的范围内；脱氧、脱硫结束，进行微合金组分微调，通过添加高碳铬铁调节Cr，通过添加镍板、铜板、钼铁、钒铁、铌铁、钛铁、铝等合金料调节合金元素含量；微调后可以通过喂入合金线的方式进一步调整成分，确保Cr、Ni、Mo、Cu、V、Al、Nb、Ti等其它微合金元素含量在表1要求范围内，最后确保钢水温度为1630℃。
[0025]表1各微合金组分的含量控制表
[0026][00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机车车轮用材料，其特征在于，包括如下质量百分比含量的微合金组分：C:0.57
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0.70；Mn：0.50
‑
1.10；Ni≤0.40；Ti≤0.06；V≤0.06；Cr≤0.30；所述机车车轮用材料的低周疲劳强度为520
‑
550MPa。2.一种权利要求1所述的机车车轮用材料，其特征在于，具体包括以下质量百分比含量的微合金组分：C:0.57
‑
0.67；S≤0.015；P≤0.02；Mn：0.60
‑
0.90；Cr≤0.25；Ni≤0.25；Mo≤0.10；Cu≤0.25；Si：0.15
‑
1.00；V≤0.04；Al≤0.06；Nb≤0.05；Ti≤0.03。3.权利要求1或2任一项所述的机车车轮用材料的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，使用电炉将废钢冶炼成钢水，控制钢水的温度为1600℃
‑
1660℃，同时调节微合金组分C、P、Si、Mn的含量，使其质量百分比含量满足：C:0.57
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0.67；P≤0.02；Si：0.15
‑
1.00；Mn：0.60
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【专利技术属性】
技术研发人员：霍锋锋，李鹏程，王辰浩，赵京贝，云红丽，胡俊波，高利勇，丛韬，吴斯，赵飒，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所，
类型：发明
国别省市：