[發明專利]一種中碳高硬度重載車輪鋼及其熱處理方法及重載車輪的制備方法

在審

• 申請號: 201910697075.2
• 申請日: 2019-07-30
• 公開（公告）號: CN110257727A
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 龐晉龍;肖峰;魯松;張磊;王健;陳剛;江波;鄒強;陳講彪
• 申請（專利權）人: 馬鞍山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C38/24
• 分類號: C22C38/24;C22C38/02;C22C38/04;C21D9/34;C21D1/18
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 尹婷婷

本發明公開了一種中碳高硬度重載車輪鋼及其熱處理方法及重載車輪的制備方法，所述中碳高硬度重載車輪鋼包括以下重量百分比的化學成分：C0.60?0.67％、Si 0.80?0.95％、Mn 0.75?0.90％、Cr 0.25?0.35％、V 0.05?0.10％、P≤0.015％、S≤0.021％，其余為Fe和不可避免的雜質元素。本發明制備的AAR?BM車輪與常規AAR?B相比，可在符合B級鋼成分、塑性韌性指標不降低的前提下，硬度、強度大幅度提高，其輪輞踏面下40mm處硬度在332HBW以上，外側面硬度在345HBW以上，達到了AAR?C車輪硬度要求。

技術領域

本發明屬于鐵路貨車車輪的制造領域，具體涉及一種中碳高硬度重載車輪鋼及其熱處理方法及重載車輪的制備方法。

背景技術

車輪是鐵路交通運輸車輛的關鍵零部件，具有承載、牽引、導向、制動等作用，其質量好壞直接影響列車運行的安全性和穩定性。增加貨車軸重可以提高車輛載重，改善貨車運能，但眾所周知：軸重增加勢必使輪軌間的相互作用力增大，惡化車輪使用環境，增加車輪磨耗。

重載運輸在以貨運為主的澳大利亞非常普遍，其鐵路重載列車的軸重已普遍提高，運輸效率明顯提高，隨之而來的對車輪耐磨性、抗接觸疲勞強度的要求也明顯提高。北美AAR M-107標準中B級鋼車輪(即AAR-B)要求：C含量0.57％-0.67％，其表面硬度302-341HBW，已無法滿足目前使用要求。

強硬度指標是衡量車輪性能最基礎指標，其大小直接影響車輪抗接觸疲勞性、耐磨性，因此，提高車輪的強硬度指標可明顯提高車輪的使用壽命。傳統方法是增加C元素含量以提高車輪強硬度指標，但會對車輪塑性、韌性帶來損害，對車輪使用安全性不利，因此越來越多的客戶提出：采用中碳的B級鋼成分達到高碳C級鋼(C含量：0.67-0.77％)的強硬度要求，在確保車輪安全性的同時，進一步提高車輪的耐磨性、抗接觸疲勞性。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種中碳高硬度重載車輪鋼及其熱處理方法及重載車輪的制備方法。提供了一種有別于常規AAR-B的AAR-BM中碳高硬度車輪鋼，并發明了與之相應的熱處理制度，使得新材質BM車輪在成分設計符合AAR-B要求的前提下(C≤0.67％)，強硬度要求大幅度提高，其表面硬度由302-341HBW提高至321-363HBW，斷面硬度梯度由285-341HB提高到321-363HB，達到北美AAR標準體系中的AAR-C材質(C：0.67-0.77％)的強硬度要求，使得新材質AAR-BM車輪的綜合力學性能明顯優于目前常規AAR-B車輪，從而提高車輪硬度及耐磨性，延長車輪服役壽命，具有非常明顯的經濟效益和社會效益。

本發明提供的一種中碳高硬度重載車輪鋼，包括以下重量百分比的化學成分：C0.60-0.67％、Si 0.80-0.95％、Mn 0.75-0.90％、Cr 0.25-0.35％、V 0.05-0.10％、P≤0.015％、S≤0.021％，其余為Fe和不可避免的雜質元素。

進一步地，優選為包括以下重量百分比的化學成分：C 0.63-0.65％、Si 0.87-0.93％、Mn 0.84-0.89％、Cr 0.26-0.32％、V 0.06-0.08％、P≤0.010％、S≤0.021％，其余為Fe和不可避免的雜質元素。

更進一步地，優選為包括以下重量百分比的化學成分：C 0.64％、Si 0.0.93％、Mn0.89％、Cr 0.28％、V 0.07％、P 0.010％、S 0.018％，其余為Fe和不可避免的雜質元素。

更進一步地，優選為包括以下重量百分比的化學成分：C 0.65％、Si 0.0.90％、Mn0.87％、Cr 0.28％、V 0.06％、P 0.008％、S 0.021％，其余為Fe和不可避免的雜質元素。

上述中碳高硬度重載車輪鋼的成分中，在中碳材料基礎上，為獲得高的強硬度性能，實施了Cr、V等微合金化，并重點對Si、Cr、V含量進行了設計，具體如下：