[发明专利]一种适用于高寒地区高强韧性重载车轮钢及其生产车轮的热处理方法

说明书

本发明提供一种适用于高寒地区高强韧性重载车轮钢及其生产车轮的热处理方法，成分C 0.62‑0.70％、Si 0.22‑0.65％、Mn 0.70‑1.00％、Cr 0.15‑0.40％、V 0.10‑0.15％、N 50‑150ppm、Als≤0.015％、P≤0.015％、S 0.005‑0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。热处理工艺为：车轮淬火加热+风冷+车轮轮辋淬火+回火工艺，本发明车轮获得优良的强韧性能，即强硬度保持高C的AAR‑C车轮水平，且断裂韧性、‑60℃低温冲击韧性明显提高，适用于独联体国家铁路重载运输。

技术领域

本发明属于铁路辗钢整体车轮的制造技术领域，尤其涉及一种适用于高寒地区高强韧性重载车轮钢及其生产车轮的热处理方法，适用于高寒地区独联体国家的轴重≥25t、运行时速≤120km/h的铁路重载车辆用高强硬度、高韧性车轮钢。

背景技术

近年来世界铁路重载货运得到迅猛发展，独联体国家越来越重视重载铁路发展，各国都在加大重载铁路发展投资，其中俄罗斯将投资3万亿卢布(约400亿美元)用于铁路基础设施建设，并大幅升级其国家的铁路运输系统，发展重载铁路运输，随着重载运输不断增加，其重载车轮需求量极大；并且哈萨克斯坦也面临铁路货运车轮更换，为了提高车轮使用寿命，降低车轮服役缺陷，也在重点发展、应用25t轴重以上的重载车轮。

独联体各国家铁路车辆用车轮执行标准为GOST 10791-2011《整体辗钢车轮技术规范》，根据运行时速、轴重、车辆用途，挑选不同材质、不同制造精度的车轮。目前，铁路货运普遍采用23.5t轴重的2号钢车轮，类似于我国TB/T2817-2018铁路货车轮标准中CL60车轮。众所周知，重载货运车辆的特点是运行速度不高，但轴重大，车轮所承受的机械、热负荷明显高于常规货运车轮，服役条件极为苛刻，成为影响重载铁路车辆安全可靠性的关键部件之一。因此2号钢车轮已不适应25t轴重以上铁路重载运输，并且独联体国家幅员辽阔，且地理位置偏北，绝大部分属亚寒带大陆性气候，冬季漫长而严寒，车轮常年在较低环境下运行，对车轮低温性能及稳定性要求较高；此次重载车轮要求-60℃低温冲击aku2≥15J/cm²；为了提高此重载车轮的耐磨性和服役寿命，必须具有高强硬度(断面硬度≥320HB)；并且为保证车轮的安全性及抗裂纹扩展能力，明确提出高断裂韧性要求(≥50MPa·m^1/2)，以提高车轮抗裂纹扩展能力。即在确保车轮满足GOST 10791-2011标准的前提下，可安全服役于独联体重载铁路。而常规轴重车轮磨耗严重，剥离擦伤故障多发，因此重载车轮材质及工艺必须改进。

世界各国重载货运车轮普遍采用高碳钢，例如美国、巴西、澳洲、加拿大等欧美国家都采用AAR M-107/M-208标准AAR-C车轮(C：0.67-0.77％),我国大秦重载车辆用车轮CL70车轮(C：0.67-0.77％)，在生产制造中AAR-C、CL70等重载车轮的C含量都在控制0.70％以上，以保证车轮高强硬度，满足重载车轮耐磨性要求，但都对车轮断裂韧性和-60℃低温冲击韧性无要求。但高碳钢车轮的高强硬度势必导致车轮韧性指标急剧下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于高寒地区高强韧性重载车轮钢，是一种可适用于高寒地区独联体国家的重载T材质车轮钢，相比于GOST 10791标准中常规轴重的2号车轮钢，本发明制备新材质重载车轮，机械综合性能优良，强硬度大幅提高，采用中碳低硅设计方案，配合微合金元素设计，一方面可达到高碳材质车轮的强硬度水平，以保证车轮高耐磨性及服役寿命；另一方面断裂韧性和-60℃低温冲击韧性安全冗余更大，以保证车轮抗裂纹扩展能力和低温性能。

本发明另一目的在于提供一种适用于高寒地区高强韧性重载车轮钢生产车轮的热处理方法，根据车轮钢成分设计，充分发挥重载车轮钢高Cr高V高N性能，生产的车轮可适用于独联体国家的高寒、重载铁路工况下的重载车轮，保证车轮高耐磨性、使用寿命和服役安全。

本发明具体技术方案如下：

一种适用于高寒地区高强韧性重载车轮钢，包括以下质量百分比成分：