[發明專利]一種高純凈貝氏體鋼、包含其的車輪及制造方法

在審

• 申請號: 201810372890.7
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108588580A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 譚諄禮;高博;祝家祺;張敏;李季;安佰峰;白秉哲;翁宇慶
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: C22C38/38
• 分類號: C22C38/38;C22C38/02;C22C38/22;C22C38/24;C22C38/06;C21D9/34;B60B17/00
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 趙曉丹

本發明公開一種高純凈貝氏體鋼、包含其的車輪及制造方法，涉及貝氏體鋼技術領域。該貝氏體鋼組成包含：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，其余為鐵及不可避免的雜質元素，具有高強度、高韌性、高耐磨性和高抗疲勞性能，還具有良好的抗開裂性能。采用本發明的制造方法將所述貝氏體鋼制造成車輪，該車輪耐磨并且抗疲勞，綜合性能得到大幅度提升。

技術領域

本發明涉及貝氏體鋼技術領域。更具體地，涉及一種高純凈貝氏體鋼、包含其的車輪及制造方法。

背景技術

列車在行駛過程中，車輪承載著車輛的全部重量，需具有良好的強韌性以減輕與鋼軌間的磨損和抑制滾動接觸疲勞等損傷。而且，當列車進行制動時，還會產生熱疲勞損傷，影響車輪使用壽命和列車行駛的安全性。因此，鐵路運行要求車輪具有良好的強度、韌性、塑性、耐磨和耐疲勞等綜合性能。

高速和重載是鐵路發展的主要方向。目前國內外鐵路用車輪鋼主要以珠光體-鐵素體組織為主。但是，珠光體車輪的含碳量較高，屈服強度較低，其抗滾動接觸疲勞和抗熱損傷能力較差，在車輪運行過程中容易產生剝離、輞裂等缺陷。尤其隨著鐵路朝著更高載重、更快速度方向發展，現有珠光體車輪出現失效越來越頻繁，導致鐵路維護費用大幅度增加。因此，需要開發新型車輪以滿足鐵路的發展。與珠光體組織相比，適當的貝氏體組織具有更好的強韌塑性和抗疲勞等綜合性能，因此，貝氏體車輪成為新型鐵路用車輪的潛在品種。

然而現有貝氏體車輪的性能還存在一定缺陷，其強度級別基本在1100MPa以下，且屈服強度低于960MPa。因此，需要提供一種更高強度、更高屈服強度的貝氏體車輪。

發明內容

本發明的第一個目的在于提供一種高純凈貝氏體鋼，其不僅具有高強度、高韌性、高耐磨性和高抗疲勞性能，還具有良好的抗開裂性能。

本發明的第二個目的在于提供一種綜合性能優良的高純凈貝氏體鋼車輪。

本發明的第三個目的在于提供一種高純凈貝氏體鋼車輪的制造方法，該方法可以大幅提升車輪的力學性能，從而保證獲得具有優良的耐磨和抗疲勞性能的車輪。

根據本發明的第一個目的，本發明提供一種高純凈貝氏體鋼，包括如下質量百分比的組分：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，其余為鐵及不可避免的雜質元素。

優選地，按質量百分比，其組成還包括0.1～1.5％的Al元素，且0.8≤Si+Al≤2.0％。

通過鋼的高純凈度化學成分設計，嚴格限定鋼中雜質元素S、P含量，并保證Ca/S比，利用Ca元素對夾雜物球化作用，在不添加或少添加Mo、不添加Ni等貴重合金元素前提下，充分利用熱處理工藝調控方法，獲得以貝氏體復相為主，含一定量殘余奧氏體顯微組織的、具有高強度、高韌性、高硬度、高抗開裂等系列綜合性能優良的貝氏體車輪。

在本發明中，各元素的性能如下：

碳元素：鋼中的基礎強化元素，可有效提高鋼種的強度和淬透性。一般而言，隨著碳含量增加，強度上升，韌性下降。碳含量低于0.1％時，鋼的強度需要通過其它合金元素的加入彌補，但當碳含量高于0.5％時，容易導致脆性滲碳體析出，不利于鋼的韌性，因此，合適的碳含量為0.1-0.5％。