[發明專利]一種大尺寸鐵路車輛用輾鋼整體車輪及其生產方法

有效

• 申請號: 201310368850.2
• 申請日: 2013-08-22
• 公開（公告）號: CN103469091A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 孫曼麗;陳剛;江波;趙海;鐘斌;王世付;程德利;李翔;張弘;叢韜
• 申請（專利權）人: 馬鋼（集團）控股有限公司;馬鞍山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C38/40
• 分類號: C22C38/40;C21D6/00;C21D9/34
• 代理公司: 馬鞍山市金橋專利代理有限公司 34111
• 代理人: 奚志鵬

技術領域

本發明屬鐵道車輛用輾鋼車輪制造領域，適用于鐵路用大尺寸輾鋼整體車輪，尤其涉及外徑為1250mm的輾鋼整體車輪及其生產方法。

背景技術

鐵路車輪具有載重、導向、傳遞牽引力和制動力的功能，工作條件十分惡劣，對行車安全具有重要影響。隨著我國鐵路運輸高速、重載化的發展，對鐵路車輪質量的要求不斷提高。因此對車輪鋼的生產制備方法要求越來越高。

我國現廣泛使用的使用的TB/T2708-1996鐵路快速客車輾鋼整體車輪技術條件和TB/T2817-1997鐵道車輛用輾鋼整體車輪技術條件，均對車輪制造過程（煉鋼、熱成型、熱處理）做出相關規定，特別對輪輞金相組織提出明確要求，車輪輞進行淬火與回火處理后，其組織應為細珠光體和少量鐵素體，實際晶粒度應優于6級。

由于車輪屬于熱成型工序多，變形復雜的產品，在鍛壓-軋制過程中各部位受力不同，金屬流動位移不同且冷卻速度不一，導致軋后車輪不同部位組織存在明顯差異，靠近邊部組織較細，中部組織較粗大，這種組織差異在隨后的熱處理過程中由于組織遺傳（即將粗晶有序組織加熱到高于Ac3可能導致形成的奧氏體晶粒與原始晶粒具有相同的形態、大小和取向，這種現象稱為鋼的組織遺傳），在熱處理后組織中亦存在不同程度差異。因此，車輪軋態組織的均勻性，直接影響其熱處理后組織的均勻性。

一般軋后車輪采用常規熱處理，目的是通過熱處理改善組織均勻性、提高其機械性能，采用常規熱處理的普通車輪均能滿足標準和使用性能要求。但對于外徑尺寸為1250mm的大尺寸車輪而言，熱成型過程中金屬流動位移較大，各部位冷速差距較大，熱加工后不同部位組織差異較大，均勻性較差、晶粒嚴重不均勻，常規熱處理工藝不能有效改善不良組織遺傳，消除軋制產生的不均勻組織，從而導致外徑尺寸為1250mm的大尺寸車輪力學性能一直不能穩定滿足相關技術條件要求，尤其是被日益重視的韌性要求。

在大尺寸車輪相關技術條件中對輪輞強度、硬度及斷裂韌性和低溫沖擊性均有明確要求，在保持較高強硬度的同時必須均被相當的韌性，但是對于碳素鋼來說，強度、硬度的提高勢必會降低韌性，對大尺寸機車輪而言不僅存在韌性偏低，且存在低溫沖擊韌性和斷裂韌性單值波動較大、不能穩定滿足要求的問題，嚴重影響大尺寸車輪產品合格率及使用安全性能。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種大尺寸鐵路車輛用輾鋼整體車輪及其生產方法，本發明在保持車輪強度的基礎上，顯著提高了斷裂韌性和低溫沖擊韌性，改善了大尺寸車輪整體性能穩定性，提高其使用安全性能。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種大尺寸鐵路用輾鋼整體車輪用鋼，其特征在于，其化學成分質量百分比為：C?0.46～0.55%、Si0.20～0.37%、Mn0.70～0.85%、Ni0.10～0.25%、Cr0.24～0.32%，Als0.020～0.040%、P≤0.008%、S≤0.008%、?其余為Fe和不可避免的雜質元素。

本發明還提供大尺寸鐵路用輾鋼整體車輪鋼的生產方法，包括冶煉工序、切錠軋制工序、熱處理工序，其特征在于，所述熱處理工序為：將按照常規工藝軋制并緩冷處理后的車輪隨爐升溫至860～880℃，保溫3～3.5h后出爐空冷至室溫，再將車輪隨爐升溫至840～860℃，保溫3.5～4h后，出爐立即冷卻，使輪輞內部金屬以2℃/s～5℃/s的冷卻速度加速冷卻到550℃以下后空冷至室溫，然后將冷卻后的車輪放入480～500℃爐中，保溫4.5～5h后，出爐空冷。?

下面具體說明本發明技術方案的內容：

（1）化學成分設定

鐵素體-珠光體組織在硬度水平相當時，不僅具有最好的耐磨性，更具有一定的韌性，目前為止，國內外火車車輪用鋼均為該種組織，因此，本發明的車輪用鋼應具有鐵素體-珠光體組織狀態。

C是車輪鋼中最重要的合金元素，對車輪的材料特性起著關鍵影響，?C對強、硬度貢獻最大，隨著碳含量的提高，在明顯改善強硬度的同時，會大幅降低車輪鋼的韌性，為兼顧強硬度與韌性，因此本發明將C的范圍定為0.46～0.55%之間。

從合金元素對性能的影響規律看，為獲得高的強度硬度性能和高的塑、韌性能，應實施復合微合金化。因此，本發明重點對車輪鋼中的Si、Mn、Cr、Ni、Als含量進行了設計。

Si在車輪鋼中不僅能提高其強度，同時有助于提高材料抗熱損傷性能，但是Si含量的增加會提高材料的熱敏感性和脆性，不利于提高韌性，因此本發明將Si的范圍確定為0.20～0.37%之間。