[发明专利]一种地铁车轮用钢及车轮生产方法

说明书

本发明提供了一种地铁车轮用钢及车轮生产方法，成分：C 0.60‑0.64％、Si 0.20‑0.37％、Mn 0.60‑0.80％、P≤0.015％、S≤0.015％、Cr 0.10‑0.15％、Ni 0.10‑0.20％、Al 0.01‑0.03％、V0.05‑0.15％、N 50‑90ppm，其余为Fe和不可避免的杂质元素。本发明通过优化设计元素的用量比及控制电炉炼钢、毛坯热成形节奏和热处理，提高车轮性能。相比传统CL60车轮钢，在轮辋韧性水平基本相当的前提下，能够显著提高车轮轮辋强度、韧性，从而有效提高了抗滚动接触疲劳性能，降低失圆、剥离发生的概率，提高车辆运行品质及安全性。

技术领域

本发明属于铁路车轮制备技术领域，具体涉及一种地铁车轮用钢及车轮生产方法。

背景技术

世界各地地铁车轮用钢以EN13262标准中的ER8、ER9材质为主，但近几年地铁公司反映车轮踏面磨耗较大，影响车轮使用寿命，因此，我国个别城市地铁采用硬度更高的CL60材质，以提高车轮的耐磨性，进而提高车轮的使用寿命。通过调研发现CL60材质地铁车轮也有失圆严重、剥离频发等问题。主要原因是地铁车辆运行时制动频繁，致使轮轨间的接触应力变化大，容易导致轮辋萌生微细裂纹，这些微细裂纹在车轮运行滚动接触疲劳的作用下，产生剥离等伤损。同时车轮的磨损几率也同时增大，就会产生车轮的多边形。

从地铁车轮发生多边形、剥离的概率和车轮硬度统计结果来看，硬度提升能够降低多边形的发生。可见，提高硬度水平可改善车轮服役性能。另外，从轮轨硬度匹配的关系来看，车轮硬度不能高于钢轨硬度。当然，一般情况下，硬度提高后，材料的屈服强度和抗拉强度也相应提高，能够减少车轮在轮轨接触应力下表层的塑性变形的作用，从而减少微细裂纹的萌生源头。但是，强度和硬度的提高，势必带来韧性指标的降低，影响车辆运行风险。

通过几十年的研究，碳素钢车轮的综合性能基本已发挥到极限水平，很难通过热处理工艺的优化再进一步改进。添加其他元素及合金化成为提高车轮性能最直接有效的方法。

因此，结合我国地铁车轮特点，在CL60车轮钢成分设计和性能指标基础上，通过添加合金元素实现成分创新和性能提升，对实现具备自主知识产权的地铁车轮产品意义重大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地铁车轮用钢，相比传统CL60车轮钢，在轮辋韧性水平基本相当的前提下，能够显著提高车轮轮辋强度、韧性，从而有效提高了抗滚动接触疲劳性能，降低失圆、剥离发生的概率，提高车辆运行品质及安全性。

本发明另一目的在于提供一种车轮生产方法，利用上述地铁车轮用钢生产，控制熔炼、热处理方法等，生产的车轮有效提高了抗滚动接触疲劳性能，降低失圆、剥离发生的概率，提高车辆运行品质及安全性。

本发明具体技术方案如下：

一种地铁车轮用钢，包括以下质量百分比元素：

C 0.60-0.64％、Si 0.20-0.37％、Mn 0.60-0.80％、P≤0.015％、S≤0.015％、Cr0.10-0.15％、Ni 0.10-0.20％、Al 0.01-0.03％、V0.05-0.15％、N 50-90ppm，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

优选的，所述地铁车轮用钢，包括以下质量百分比元素：C 0.60-0.64％、Si 0.20-0.37％、Mn 0.60-0.80％、P≤0.015％、S≤0.015％、Cr 0.10-0.15％、Ni 0.10-0.20％、Al0.01-0.015％，V 0.10-0.15％，N 50-70ppm，其余为Fe和不可避免的杂质元素。该种匹配主要发挥VC、V(C，N)的细晶强化和沉淀强化的作用；