[發明專利]一種低成本精節生產的軌道交通用貝氏體鋼車輪及其制造方法

有效

• 申請號: 201610528416.X
• 申請日: 2016-07-06
• 公開（公告）號: CN106191666B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 張明如;趙海;方政;張峰;鄧榮杰;孫曼麗
• 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: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04;C22C38/02;C21D1/18;C21D9/34
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司34107
• 代理人: 任晨晨

技術領域

本發明屬于鋼的制造領域，具體涉及一種低成本精節生產的軌道交通用貝氏體鋼車輪及其制造方法，通過低成本精節生產實現軌道交通用貝氏體鋼車輪，以及其它類似部件的鋼種設計和生產制造方法。

背景技術

“高速、重載和低噪聲”是世界軌道交通的主要發展方向，車輪是軌道交通的“鞋子”，是最重要行走部件之一，直接影響運行的安全。在列車正常運行過程中，車輪承受著車輛全部載重量，受到磨損和滾動接觸疲勞(RCF)的損傷，同時，更重要的是，它與鋼軌、閘瓦、車軸，以及周圍介質有著非常復雜的作用關系，處在動態的、交替變化的應力狀態中。特別是車輪與鋼軌、車輪與制動閘瓦(盤式制動除外)是兩對時刻存在的、不可忽視的摩擦副；在緊急情況或者特殊道路運行時，制動熱損傷、擦傷則非常顯著，產生熱疲勞，也影響著車輪安全和使用壽命。

貨運重載軌道交通，在車輪滿足基本強度的情況下，特別關注車輪的韌性指標，確保安全性和可靠性，貨運用車輪磨損和滾動接觸疲勞(RCF)損傷大，而且是踏面制動，熱疲勞損傷也大，產生剝離、剝落和輞裂等缺陷。

目前，國內外軌道交通用車輪鋼，例如中國車輪標準GB/T8601、TB/T2817，歐洲車輪標準EN13262，日本車輪標準JRS和JIS B5402，以及北美車輪標準AAR M107等等，都是中高碳碳素鋼或者中高碳微合金化鋼，其金相組織都是珠光體-鐵素體組織。

CL60鋼車輪是我國目前軌道交通車輛(客運與貨運)主要使用的輾鋼車輪鋼，BZ-L是我國目前軌道交通車輛(貨運)主要使用的鑄鋼車輪鋼，它們的金相組織都是珠光體-鐵素體組織。車輪各部位名稱示意圖見圖1，CL60鋼主要技術指標要求見下表1。

表1 CL60車輪主要技術要求

生產制造過程中，要保證車輪材質優良，鋼中有害氣體和有害殘余元素含量低。車輪在高溫狀態下，輪輞踏面經過噴水強化冷卻，進一步提高輪輞的強度和硬度；輻板和輪轂相當于正火熱處理，從而達到輪輞有高的強度和韌性的匹配，輻板有高的韌性，最終實現車輪有優良的綜合力學性能和服役使用性能。

在珠光體-少量鐵素體車輪鋼中，鐵素體是材料中軟相，韌性好，屈服強度低，因其較軟所以抗滾動接觸疲勞(RCF)性能差。通常，鐵素體含量越高，鋼的沖擊韌性越好；與鐵素體相比，珠光體強度較高，韌性較差，因此沖擊性能較差。軌道交通的發展方向是高速、重載化，車輪運行時承受的載荷將大幅增加，現有珠光體-少量鐵素體材質車輪在運行服役過程中暴露的問題越來越多，主要有以下幾個方面不足：

(1)輪輞屈服強度低，一般不超過600MPa，因車輪在運行時輪軌間的滾動接觸應力較大，有時超過車輪鋼的屈服強度，使得車輪在運行過程當中產生塑性變形，導致踏面次表面發生塑性變形，又因為鋼中存在夾雜物、滲碳體等脆性相，容易導致輪輞萌生微細裂紋，這些微細裂紋在車輪運行滾動接觸疲勞的作用下，產生剝離、輞裂等缺陷。

(2)鋼中含碳量高，抗熱損傷能力差，當采用踏面制動或者車輪滑行時出現擦傷時，車輪局部瞬間升溫至鋼的奧氏體化溫度，隨后激冷，產生馬氏體，如此反復熱疲勞，形成制動熱裂紋，產生剝落、掉塊等缺陷。

(3)車輪鋼淬透性差，車輪輪輞存在一定的硬度梯度，硬度不均勻，容易產生輪緣磨耗與失圓等缺陷。

隨著貝氏體鋼相變研究的發展與突破，尤其是無碳化物貝氏體鋼的理論和應用研究，可以實現高強度、高韌性的良好匹配。無碳化物貝氏體鋼具有理想的顯微組織結構，也具有優良的力學性能，其精細顯微組織結構為無碳化物貝氏體，也就是，納米尺度的板條狀過飽和鐵素體，中間為納米尺度的薄膜狀富碳殘余奧氏體，從而提高鋼的強度和韌性，特別提高鋼的屈服強度和沖擊韌性與斷裂韌性，降低鋼的缺口敏感性。因此，貝氏體鋼車輪有效增強車輪的抗滾動接觸疲勞(RCF)性能，減少車輪剝離和剝落等現象，提高車輪的安全性能和使用性能。由于貝氏體鋼車輪的含碳量低，改善車輪的熱疲勞性能，防止輪輞熱裂紋的產生，減少車輪的鏇修次數和鏇修量，提高輪輞金屬的使用效率，提高車輪使用壽命。