[發明專利]一種地鐵車輪用鋼及車輪生產方法

有效

• 申請號: 202011223060.1
• 申請日: 2020-11-05
• 公開（公告）號: CN112322979B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 國新春;陳剛;肖峰;張磊;鄧榮杰;寧珅;程德利;王健;王志剛;吳爭
• 申請（專利權）人: 寶武集團馬鋼軌交材料科技有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/46;C22C33/04;C21D9/34;C21D6/00
• 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

本發明提供了一種地鐵車輪用鋼及車輪生產方法，成分：C 0.60?0.64％、Si 0.20?0.37％、Mn 0.60?0.80％、P≤0.015％、S≤0.015％、Cr 0.10?0.15％、Ni 0.10?0.20％、Al 0.01?0.03％、V0.05?0.15％、N 50?90ppm，其余為Fe和不可避免的雜質元素。本發明通過優化設計元素的用量比及控制電爐煉鋼、毛坯熱成形節奏和熱處理，提高車輪性能。相比傳統CL60車輪鋼，在輪輞韌性水平基本相當的前提下，能夠顯著提高車輪輪輞強度、韌性，從而有效提高了抗滾動接觸疲勞性能，降低失圓、剝離發生的概率，提高車輛運行品質及安全性。

技術領域

本發明屬于鐵路車輪制備技術領域，具體涉及一種地鐵車輪用鋼及車輪生產方法。

背景技術

世界各地地鐵車輪用鋼以EN13262標準中的ER8、ER9材質為主，但近幾年地鐵公司反映車輪踏面磨耗較大，影響車輪使用壽命，因此，我國個別城市地鐵采用硬度更高的CL60材質，以提高車輪的耐磨性，進而提高車輪的使用壽命。通過調研發現CL60材質地鐵車輪也有失圓嚴重、剝離頻發等問題。主要原因是地鐵車輛運行時制動頻繁，致使輪軌間的接觸應力變化大，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，產生剝離等傷損。同時車輪的磨損幾率也同時增大，就會產生車輪的多邊形。

從地鐵車輪發生多邊形、剝離的概率和車輪硬度統計結果來看，硬度提升能夠降低多邊形的發生。可見，提高硬度水平可改善車輪服役性能。另外，從輪軌硬度匹配的關系來看，車輪硬度不能高于鋼軌硬度。當然，一般情況下，硬度提高后，材料的屈服強度和抗拉強度也相應提高，能夠減少車輪在輪軌接觸應力下表層的塑性變形的作用，從而減少微細裂紋的萌生源頭。但是，強度和硬度的提高，勢必帶來韌性指標的降低，影響車輛運行風險。

通過幾十年的研究，碳素鋼車輪的綜合性能基本已發揮到極限水平，很難通過熱處理工藝的優化再進一步改進。添加其他元素及合金化成為提高車輪性能最直接有效的方法。

因此，結合我國地鐵車輪特點，在CL60車輪鋼成分設計和性能指標基礎上，通過添加合金元素實現成分創新和性能提升，對實現具備自主知識產權的地鐵車輪產品意義重大。

發明內容

本發明的目的在于提供一種地鐵車輪用鋼，相比傳統CL60車輪鋼，在輪輞韌性水平基本相當的前提下，能夠顯著提高車輪輪輞強度、韌性，從而有效提高了抗滾動接觸疲勞性能，降低失圓、剝離發生的概率，提高車輛運行品質及安全性。

本發明另一目的在于提供一種車輪生產方法，利用上述地鐵車輪用鋼生產，控制熔煉、熱處理方法等，生產的車輪有效提高了抗滾動接觸疲勞性能，降低失圓、剝離發生的概率，提高車輛運行品質及安全性。

本發明具體技術方案如下：

一種地鐵車輪用鋼，包括以下質量百分比元素：

C 0.60-0.64％、Si 0.20-0.37％、Mn 0.60-0.80％、P≤0.015％、S≤0.015％、Cr0.10-0.15％、Ni 0.10-0.20％、Al 0.01-0.03％、V0.05-0.15％、N 50-90ppm，其余為Fe和不可避免的雜質元素。

優選的，所述地鐵車輪用鋼，包括以下質量百分比元素：C 0.60-0.64％、Si 0.20-0.37％、Mn 0.60-0.80％、P≤0.015％、S≤0.015％、Cr 0.10-0.15％、Ni 0.10-0.20％、Al0.01-0.015％，V 0.10-0.15％，N 50-70ppm，其余為Fe和不可避免的雜質元素。該種匹配主要發揮VC、V(C，N)的細晶強化和沉淀強化的作用；