【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于车轮制造领域，具体涉及一种抗制动热损伤重载车轮钢及车轮、车轮生产方法和应用，用于铁道货运用车轮制造，尤其用于30t轴重以上、运行速度120km/h以下的重载车轮制造。
技术介绍
1、铁路运输因其成本低、运量大、速度快、能耗小、环保等得天独厚的优势,在多元化的世界运输体系中占据着极其重要的地位。通过增大货车轴重来改善铁路运营的效率,缓解货运压力,满足经济发展的要求,是铁路重载运输发展的新方向。
2、重载列车一般采用踏面制动，车辆轴重增加会导致轮轨间动态作用加剧,同时会使制动时所需的制动力增加,进而导致车轮制动的热效应增加。紧急情况下,列车在规定的距离和时间内速度必须降为零,踏面上热量输入大且急；列车在长大坡道制动时,踏面上热量输入时间长久。摩擦热导致车轮踏面温度升髙,产生明显的温度梯度,使车轮产生热应力场并导致应力场的波动。如果热负荷出现恶化,则极有可能导致车轮失效,直接影响车轮寿命和行车安全。
3、目前，tb/t 2817标准中的cl60(ii号钢)、cl65(iii号钢)、cl70(iv号钢)，但均未规定轮辋断裂韧性。欧标en13262中车轮最高碳含量不能超过0.60％，不利于重载服役工况。美标aar m-107/m-208中的aar-b、aar-c、aar-d三种材质，但未规定冲击性能。
4、经检索，2017年3月22日公开的公开号为cn106521315a的中国专利技术专利《一种高强度高韧性重载列车车轮用钢及其热处理方法》，其公开化学组成按重量百分含量(wt.％)为：c：0
5、2014年4月23日公开的公开号为cn 103741033 a的中国专利技术专利《一种提高塑性的铁路货车用高碳车轮钢车轮的制备方法》，其公开化学成分重量百分比为：c0.70～0.75％、si0.70～1.00％、mn0.60～0.90％、0<cr≤0.35％、als0.010～0.030％、p≤0.020％、s≤0.040％，其余为fe和不可避免的杂质元素，热处理工序为：轧制、粗加工后的车轮随炉升温至850-880℃后保温，总加热时间为2.5-3.0h，出炉空冷至室温；再将车轮随炉升温至840-860℃后保温，总加热时间为2.5-3.0h，出炉喷水冷却450s；然后放入490-510℃炉中，保温4.5-5.5h后，出炉空冷至室温，获得良好的综合性能。不足之处在于相比常规淬火工艺，增加了一道升温→空冷的正火工序，增加了温室气体排放，不环保。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种抗制动热损伤重载车轮钢，通过c、mn、si、cr、v元素的合理调控，提出了成分设计公式，满足成分设计的车轮ac3点明显提高，ms点明显降低，并提出了保证车轮综合性能的淬火加热温度与v元素含量关系式，淬火加热温度满足关系式设计的车轮不仅综合力学性能更优，而且车轮抗热损伤能力明显提高。
2、本专利技术还有一个目的在于提供一种车轮及车轮生产方法，利用上述抗制动热损伤重载车轮钢生产车轮，根据成分特点，设计匹配的生产工艺和参数，使生产的车轮相比传统aar-c车轮钢，不仅轮辋机械性能水平更高，显著提高车轮强度，有效增强了重载服役条件下车轮耐磨性能，而且提高车轮韧性，增强了重载服役条件下车轮抗制动热损伤能力，车轮设计安全冗余更大。
3、本专利技术还有一个目的在于提供一种车轮的应用，用于30t轴重以上、运行速度120km/h以下的重载铁道货运用车制造。
4、本专利技术具体技术方案如下：
5、一种抗热损伤重载车轮钢，包括以下质量百分比成分：
6、c 0.67-0.70％、si 0.90-1.00％、mn 0.80-0.90％、p≤0.015％、s 0.006-0.015％、v 0.05-0.15％、cr 0.20-0.30％、n 0.0050-0.0100％，其余为fe和不可避免的杂质元素。
7、所述抗热损伤重载车轮钢的成分还满足：425＜a值＜445；所述a值＝930-[570×％c]-[80×％mn]-[20×％si]-[50×％cr]-[20×％v]，该公式基于aar m-107/m-208《碳素钢车轮规范》成分设计，但aar标准中仅需公式值＞390，而本专利技术规定了上下限，一方面是考虑到强韧性匹配，另一方面要考虑到强化元素含量过高对抗热损伤性能不利。
8、计算公式中，各元素所指数值＝该元素在钢中含量×100。
9、本专利技术提供的一种车轮，采用上述抗热损伤重载车轮钢生产获得。
10、所述车轮的拉伸性能为：拉伸性能rm≥1190mpa，延伸率a50≥15％；踏面下38.1mm处硬度≥330hb，常温冲击性能u5≥11j，-60℃冲击性能u5,2≥40j，断裂韧性≥48.6mpa·m1/2；所述车轮异常组织深度≤3.0mm；
11、所述车轮的抗热损伤性，按照行业标准hb6660--2011，利用热疲劳试验机比较不同材质车轮在不同温度幅下热循环1000次下的热疲劳裂纹长度来评价热损伤性能，试验循环温度为400℃和650℃，其中加热时间为60s，冷却时间为5s，冷却介质为常温循环流动水；在400℃条件下，平均裂纹长度≤0.33mm，在650℃条件下，平均裂纹长度≤1.02mm。
12、本专利技术提供的一种车轮的生产方法，包括热处理工艺；
13、所述热处理工艺包括：淬火加热、流量递增式淬火、恒流量淬火和回火；
14、所述淬火加热，淬火加热温度t＝820+791.7×ω(v)-2083.3×ω(v)2，淬火加热时间为2.5-3.0h；式中t为淬火加热温度，℃；ω(v)为v元素含量×100,v含量必须介于0.05-0.15％；此公式仅适用于析出v元素含量占全部v含量约20％左右的情况，一方面保证v元素的析出强化作用，另一方面对析出的v含量控制在一定范围，避免因v含量析出过多造成综合性能下降。析出的v与车轮中的c、n元素结合，形成化合物，起到细晶强化作用，保证车轮强度的同时保证较高的韧性。v元素含量可以通过thermo-calc热力学计算本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种抗热损伤重载车轮钢，其特征在于，所述抗热损伤重载车轮钢包括以下质量百分比成分：
2.根据权利要求1所述的抗热损伤重载车轮钢，其特征在于，所述抗热损伤重载车轮钢的成分满足：425＜A值＜445，所述A值＝930-[570×％C]-[80×％Mn]-[20×％Si]-[50×％Cr]-[20×％V]。
3.一种利用权利要求1或2所述的抗热损伤重载车轮钢生产的车轮，其特征在于，所述车轮的拉伸性能为：拉伸性能Rm≥1190MPa，延伸率A50≥15％；踏面下38.1mm处硬度≥330HB，常温冲击性能U5≥11J，-60℃冲击性能U5,2≥40J，断裂韧性≥48.6MPa·m1/2；所述车轮异常组织深度≤3.0mm。
4.一种权利要求3所述车轮的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括热处理工艺；所述热处理工艺包括：淬火加热、流量递增式淬火、恒流量淬火和回火。
5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述淬火加热，淬火加热温度T＝820+791.7×ω(V)-2083.3×ω(V)2，淬火加热时间为2.5-3.0h；式中T为淬火
6.根据权利要求4或5所述的生产方法，其特征在于，所述流量递增式淬火具体为：将淬火加热后奥氏体均匀化的车轮放置于6个喷嘴出水面板平均分布的淬火台上，间隔60°平均分布的6个喷嘴出水面板全部开启，进行t1时间淬火，喷嘴压力保持恒定0.10±0.02MPa，对喷嘴系统模块设置y1＝17+0.05t1，其中，t1最大值为t1max＝(1.5～1.8)×D，式中y1为单个喷嘴流量，m3/h；D为轧态车轮辋厚，mm；t1是淬火时间，s。
7.根据权利要求4-6任一项所述的生产方法，其特征在于，流量递增式淬火结束后直接进恒流量淬火。
8.根据权利要求4-7任一项所述的生产方法，其特征在于，所述恒流量淬火淬火为：每间隔120°关闭1个喷嘴出水面板进行恒流量淬火，喷嘴压力保持恒定0.08±0.02MPa，对喷嘴系统模块设置y2＝25，t2＝(2.5-3)×D，式中y2为单个喷嘴流量，m3/h；D为轧态车轮辋厚，mm；t2是淬火时间，s。
9.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述回火为500±10℃回火处理4.0±0.5小时。
10.一种权利要求3所述车轮的应用，其特征在于，所述车轮用于30t轴重以上、运行速度120km/h以下的重载铁道货运用车制造。
...【技术特征摘要】
1.一种抗热损伤重载车轮钢，其特征在于，所述抗热损伤重载车轮钢包括以下质量百分比成分：
2.根据权利要求1所述的抗热损伤重载车轮钢，其特征在于，所述抗热损伤重载车轮钢的成分满足：425＜a值＜445，所述a值＝930-[570×％c]-[80×％mn]-[20×％si]-[50×％cr]-[20×％v]。
3.一种利用权利要求1或2所述的抗热损伤重载车轮钢生产的车轮，其特征在于，所述车轮的拉伸性能为：拉伸性能rm≥1190mpa，延伸率a50≥15％；踏面下38.1mm处硬度≥330hb，常温冲击性能u5≥11j，-60℃冲击性能u5,2≥40j，断裂韧性≥48.6mpa·m1/2；所述车轮异常组织深度≤3.0mm。
4.一种权利要求3所述车轮的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括热处理工艺；所述热处理工艺包括：淬火加热、流量递增式淬火、恒流量淬火和回火。
5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述淬火加热，淬火加热温度t＝820+791.7×ω(v)-2083.3×ω(v)2，淬火加热时间为2.5-3.0h；式中t为淬火加热温度，℃；ω(v)为v元素含量×100。
6.根据权利要求4或5所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：万志健，刘学华，赵海，邹强，宫彦华，高伟，姚三成，庞晋龙，李相东，钟斌，余亚东，胡青凤，史娜，毛亚男，万励雅，
申请(专利权)人：马鞍山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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