[發明專利]一種耐磨性及強韌性匹配良好的中碳車輪鋼及其熱處理方法及車輪的制備方法

在審

• 申請號: 202010319619.4
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111500925A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 萬志健;趙海;劉學華;鄒強;鐘斌;姚三成;高偉;趙秋艷
• 申請（專利權）人: 馬鞍山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/24;C22C38/06;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: 尹婷婷

本發明公開了一種耐磨性及強韌性匹配良好的中碳車輪鋼及其熱處理方法及車輪的制備方法，包括以下重量百分比的化學成分：C 0.49?0.52％、Si 0.20?0.40％、Mn 0.50?0.80％、P≤0.020％、S≤0.015％、V 0.08?0.12％、Als 0.008?0.030、N 0.0050?0.0010％、Cr 0.15?0.28％，其余為Fe和不可避免的雜質元素；本發明通過控制V、Al、N元素含量提高車輪耐磨性及輪輞強韌性匹配，采用弱噴+強噴的復合熱處理工藝，不僅使得輪輞機械性能水平較傳統ER7車輪優良，提高車輪耐磨性以及輪輞斷裂韌性，從而達到強韌性匹配良好的目的，而且通過控制踏面近表層冷卻速度，顯著降低踏面表層異常組織深度，相比傳統ER7車輪鋼，不僅輪輞常規機械性能優良，而且能夠顯著提高車輪耐磨性及輪輞斷裂韌性，從而有效增強了車輪抗斷裂能力，車輪設計安全冗余更大。

技術領域

本發明屬于軌道交通車輪的制造領域，涉及一種耐磨性及強韌性匹配良好的中碳車輪鋼及其熱處理方法及車輪的制備方法，尤其涉及運行速度200km/h以下的耐磨性及強韌性匹配良好的中碳車輪鋼及其熱處理方法及車輪的制備方法。

背景技術

地鐵是鐵路運輸的一種形式，指在地下運行為主的城市軌道交通系統，是涵蓋了城市地區各種地下與地上的路權專有、高密度、高運量的城市軌道交通系統。絕大多數的城市軌道交通系統都是用來運載市內通勤的乘客，而在很多場合下城市軌道交通系統都會被當成城市交通的骨干。通常，城市軌道交通系統是許多都市用以解決交通堵塞問題的方法。地鐵在許多城市交通中已擔負起主要的乘客運輸任務。

發展地鐵運輸技術的難點和重點之一是如何保證在快速運輸條件下輪軌的使用安全和使用壽命。地鐵客車的站間距短，較短的站間距使得列車需要頻繁的啟動和制動。為了解決地鐵的運力有限的問題，現今的地鐵車輛開始醞釀提速和重載化，而車速和軸重的增加使得所需制動力增大，制動熱負荷隨之增加。伴隨動能的增加，車輪制動導致的熱損傷不斷加重，當踏面與閘瓦摩擦形成的熱量通過摩擦接觸面分別傳入車輪和閘瓦內部。由于車輪溫升導致的熱膨脹的加劇而引發的車輪高熱應力導致的熱損傷問題越來越突出。

國外地鐵車輪主要采用EN13262標準，采用中碳(≤0.52％)的高強度、高硬度碳素鋼車輪材料，首要的考慮是耐磨性、抗接觸疲勞強度，但材料抵抗熱損傷、內部疲勞裂紋擴展的能力較差。

發明內容

本發明提供一種耐磨性及強韌性匹配良好的中碳車輪鋼及其熱處理方法及車輪的制備方法。本發明的方法制備的車輪相比ER7車輪鋼，在輪輞常規機械性能優良的前提下，能夠顯著提高車輪耐磨性以及輪輞沖擊韌性，從而有效增強了車輪抗斷裂能力，車輪設計安全冗余更大，為將來要求更高的地鐵車輪研發做技術儲備。

本發明采取的技術方案為：

一種耐磨性及強韌性匹配良好的中碳車輪鋼，包括以下重量百分比的化學成分：C0.49-0.52％、Si 0.20-0.40％、Mn 0.50-0.80％、P≤0.020％、S≤0.015％、V 0.08-0.12％、Als 0.008-0.030、N 0.0050-0.0010％、Cr 0.15-0.28％，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 0.50-0.52％、Si 0.27-0.32％、Mn 0.68-0.75％、P≤0.010％、S≤0.002％、V 0.08-0.12％、Als 0.017-0.020、N0.0065-0.0080％、Cr 0.17-0.208％，其余為Fe和不可避免的雜質元素。

本發明公開的中碳車輪鋼的Rm≥947MPa，踏面下35mm處硬度≥268HB，外側面硬度≥275HB，斷裂韌性≥87MPa·m^1/2。

上述成分中，各元素的作用及控制如下：