[发明专利]铁路货车用高韧性车轮钢制备车轮的方法有效

专利信息
申请号: 201310736264.9 申请日: 2013-12-26
公开(公告)号: CN103741021B 公开(公告)日: 2016-11-30
发明(设计)人: 赵海;江波;陈刚;王世付;李翔;钟斌;孙曼丽 申请(专利权)人: 马钢(集团)控股有限公司;马鞍山钢铁股份有限公司
主分类号: C22C38/08 分类号: C22C38/08;C21D9/34
代理公司: 芜湖安汇知识产权代理有限公司 34107 代理人: 朱顺利
地址: 243003 安*** 国省代码: 安徽;34
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摘要:
搜索关键词: 铁路 货车 韧性 车轮 钢制 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于冶金工业生产的技术领域,涉及一种铁路货车用高韧性车轮钢及车轮制备方法。

背景技术

目前,CL65车轮较CL60车轮具备较好的耐磨性和抗解除疲劳性,已在大秦线上得到推广使用,取得良好的效果,得到相关部门的广泛认可。

从车轮实物力学性能来看,CL65车轮强硬度高于CL60车轮,冲击韧性不及CL60,从微观组织来看,CL65车轮组织中以珠光体团为主,其铁素体含量少于CL60,因此,冲击韧性不及CL60。

另外,在采用实验室手段对CL65车轮进行整体抗热损伤试验研究时,在车轮个别区域出现了微细的制动热裂纹,裂纹最大深度不超过3mm,不会影响到车轮使用安全性。从材料学角度考虑,裂纹萌生后,在综合作用力的作用下会扩展,一旦达到一定尺寸会产生断裂,材料抗裂纹扩展能力可由断裂韧性指标衡量,其值的高低决定抗裂纹扩展能力。因此,提高CL65车轮韧性指标,可提高其使用安全性。

即将颁布的新铁标增加了CL65牌号车轮,对轮辋韧性也做了相关要求,可见新铁标在强调各项力学性能的同时更注重车轮使用安全性。因此,对于高碳钢车轮,必须采用工艺优化来提高车轮的韧性指标以提高车轮的使用安全性。

发明内容

本发明提供一种铁路货车用高韧性车轮钢及车轮制备方法,目的是在确保车轮轮辋强硬度、塑性指标较常规CL65车轮基本保持不变前提下,提高车轮的韧性指标,以提高车轮使用安全性。

为了实现上述目的,本发明采取的技术方案为:铁路货车用高韧性车轮钢,其化学成分重量百分比为:C0.63-0.69%,Si1.00-1.20%,Mn0.90-1.10%,Ni0.15-0.30%,Als0.010-0.030%,P≤0.015%,S≤0.015%,其余为Fe和不可避免的杂质元素。

下面具体说明本发明技术方案的内容:

到目前为止,国内外火车车轮用钢均为铁素体-珠光体组织的高碳钢,这种组织在硬度水平相当时,具有最好的耐磨性,因此,本发明的车轮用钢应具有铁素体-珠光体组织状态。

C元素在常规CL65车轮控制(0.57-0.67%)基础上略作提高(0.63-0.69%),适当提高硬度,与韧性实现较好匹配。

从合金元素对性能的影响规律看,为获得高的强度硬度性能采用微合金化。因此,本发明重点对车轮钢中的Si、Mn、Ni、Als含量进行了设计。

提高Si含量使车轮受热、冷却时不易发生奥氏体相变、马氏体转变,有助于改善车轮材料抗热损伤性能,但过高的Si会增加材料的热敏感性和脆性。因此本发明将Si的范围确定为1.00-1.20%之间。

Mn是本发明中重要的强化元素,能够有效提高车轮强度硬度性能,从而提高车轮的耐磨性能,但过高Mn对车轮的综合机械性能和加工性能有不良影响,故Mn含量控制在0.90-1.10%之间。

Ni能提高强度的同时而不降低其塑性,能改善钢的低温韧性,同时在淬火时可提高淬透性,获得较细的晶粒,提高断裂韧性,因此,Ni含量控制在0.15-0.30%。

Als可以通过细化晶粒以使车轮获得较好的塑性和韧性,故Als含量控制在0.010-0.030%之间。

P和S是杂质元素,故其含量应该控制在不超过0.015%。

为了实现与上述技术方案相同的发明目的,本发明还提供了一种采用上述高韧性车轮钢制备车轮的方法,包括电炉炼钢工序、LF炉精炼工序、RH真空处理工序、圆坯连铸工序、切锭轧制工序、热处理工序、加工、成品检测工序,所述热处理工序为:在830-850℃保温2.0-2.5小时后空冷,然后在840-860℃保温2.0-2.5小时,喷水冷却轮辋至550℃以下,然后在500-520℃回火处理4.5-5.0小时。

在上述的热处理工序中,在830-850℃保温2.0-2.5小时后进行空冷,初步细化轮辋晶粒,可使轮辋晶粒度由轧态的2.0级左右提升至6.0级左右。

与现有技术相比,本发明获得了以下有益效果:本发明制备的车轮在强硬度、塑性基本保持不变的前提下,显著提高车轮韧性指标,以提高车轮使用安全性;同时,本发明制备的车轮能够保持原有车轮的铁素体-珠光体组织状态,不增大车轮制备的难度。

附图说明

本说明书包括以下附图,所示内容分别是:

图1是实施例1的车轮轮辋金相组织;

图2是实施例2的车轮轮辋金相组织;

图3是实施例1和实施例2的车轮与常规CL65车轮冲击韧性随温度变化情况比较图;

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