[发明专利]一种高纯净贝氏体钢、包含其的车轮及制造方法

说明书

本发明公开一种高纯净贝氏体钢、包含其的车轮及制造方法，涉及贝氏体钢技术领域。该贝氏体钢组成包含：C：0.1～0.5％，Mn：1.2～3.0％，Si：0.5～1.9％，Cr：0.5～1.5％，Mo：0.1～0.6％，V：≤0.2％，P：≤0.01％，S：≤0.01％，O：≤20ppm，Ca：≤0.02％，且Ca/S≥1.0，其余为铁及不可避免的杂质元素，具有高强度、高韧性、高耐磨性和高抗疲劳性能，还具有良好的抗开裂性能。采用本发明的制造方法将所述贝氏体钢制造成车轮，该车轮耐磨并且抗疲劳，综合性能得到大幅度提升。

技术领域

本发明涉及贝氏体钢技术领域。更具体地，涉及一种高纯净贝氏体钢、包含其的车轮及制造方法。

背景技术

列车在行驶过程中，车轮承载着车辆的全部重量，需具有良好的强韧性以减轻与钢轨间的磨损和抑制滚动接触疲劳等损伤。而且，当列车进行制动时，还会产生热疲劳损伤，影响车轮使用寿命和列车行驶的安全性。因此，铁路运行要求车轮具有良好的强度、韧性、塑性、耐磨和耐疲劳等综合性能。

高速和重载是铁路发展的主要方向。目前国内外铁路用车轮钢主要以珠光体-铁素体组织为主。但是，珠光体车轮的含碳量较高，屈服强度较低，其抗滚动接触疲劳和抗热损伤能力较差，在车轮运行过程中容易产生剥离、辋裂等缺陷。尤其随着铁路朝着更高载重、更快速度方向发展，现有珠光体车轮出现失效越来越频繁，导致铁路维护费用大幅度增加。因此，需要开发新型车轮以满足铁路的发展。与珠光体组织相比，适当的贝氏体组织具有更好的强韧塑性和抗疲劳等综合性能，因此，贝氏体车轮成为新型铁路用车轮的潜在品种。

然而现有贝氏体车轮的性能还存在一定缺陷，其强度级别基本在1100MPa以下，且屈服强度低于960MPa。因此，需要提供一种更高强度、更高屈服强度的贝氏体车轮。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种高纯净贝氏体钢，其不仅具有高强度、高韧性、高耐磨性和高抗疲劳性能，还具有良好的抗开裂性能。

本发明的第二个目的在于提供一种综合性能优良的高纯净贝氏体钢车轮。

本发明的第三个目的在于提供一种高纯净贝氏体钢车轮的制造方法，该方法可以大幅提升车轮的力学性能，从而保证获得具有优良的耐磨和抗疲劳性能的车轮。

根据本发明的第一个目的，本发明提供一种高纯净贝氏体钢，包括如下质量百分比的组分：C：0.1～0.5％，Mn：1.2～3.0％，Si：0.5～1.9％，Cr：,0.5～1.5％，Mo：0.1～0.6％，V：≤0.2％，P：≤0.01％，S：≤0.01％，O：≤20ppm，Ca：≤0.02％，且Ca/S≥1.0，其余为铁及不可避免的杂质元素。

优选地，按质量百分比，其组成还包括0.1～1.5％的Al元素，且0.8≤Si+Al≤2.0％。

通过钢的高纯净度化学成分设计，严格限定钢中杂质元素S、P含量，并保证Ca/S比，利用Ca元素对夹杂物球化作用，在不添加或少添加Mo、不添加Ni等贵重合金元素前提下，充分利用热处理工艺调控方法，获得以贝氏体复相为主，含一定量残余奥氏体显微组织的、具有高强度、高韧性、高硬度、高抗开裂等系列综合性能优良的贝氏体车轮。

在本发明中，各元素的性能如下：

碳元素：钢中的基础强化元素，可有效提高钢种的强度和淬透性。一般而言，随着碳含量增加，强度上升，韧性下降。碳含量低于0.1％时，钢的强度需要通过其它合金元素的加入弥补，但当碳含量高于0.5％时，容易导致脆性渗碳体析出，不利于钢的韧性，因此，合适的碳含量为0.1-0.5％。