[发明专利]铁路货车用高韧性车轮钢制备车轮的方法

说明书

技术领域

本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；