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1、(10)申请公布号 CN 103741034 A (43)申请公布日 2014.04.23 CN 103741034 A (21)申请号 201310736266.8 (22)申请日 2013.12.26 C22C 38/22(2006.01) C21D 9/00(2006.01) (71)申请人 马钢 （集团） 控股有限公司 地址 243003 安徽省马鞍山市雨山区九华西 路 8 号 申请人 马鞍山钢铁股份有限公司 (72)发明人 赵海 江波 陈刚 王世付 李翔 钟斌 孙曼丽 邓荣杰 (74)专利代理机构 芜湖安汇知识产权代理有限 公司 34107 代理人 朱顺利 (54) 发明名称 铁路货。
2、车用高硬度车轮钢及车轮制备方法 (57) 摘要 本发明公开了一种铁路货车用高硬度车轮 钢， 其化学成分重量百分比为 ： C0.63-0.69%， Si1.00-1.20%， Mn0.90-1.10%， Mo0.05-0.08%， Cr0.30-0.40%， Als0.010-0.030%， P 0.015%， S 0.015%， 其余为 Fe 和不可避免的杂质元素。 本发明还公开了一种车轮的制备方法， 包括热 处理工序， 所述热处理工序为 ： 在 830-850保 温 2.0-2.5 小时后空冷， 然后在 840-860保温 2.0-2.5 小时， 喷水冷却轮辋至 550以下， 然后 在 50。
3、0-520回火处理 4.5-5.0 小时。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103741034 A CN 103741034 A 1/1 页 2 1. 铁路货车用高硬度车轮钢， 其特征在于 ： 其化学成分重量百分比为 ： C0.63-0.69%， Si1.00-1.20%，Mn0.90-1.10%，Mo0.05-0.08%，Cr0.30-0.40%，Als0.010-0.030%， P 0.015%， S 0.015%， 其余为 。
4、Fe 和不可避免的杂质元素。 2. 一种采用权利要求 1 所述的铁路货车用高硬度车轮钢制备车轮的方法， 包括热处 理工序， 其特征在于， 所述热处理工序为 ： 在 830-850保温 2.0-2.5 小时后空冷， 然后 在 840-860保温 2.0-2.5 小时， 喷水冷却轮辋至 550以下， 然后在 500-520回火处理 4.5-5.0 小时。 3. 根据权利要求 2 所述的制备车轮的方法， 其特征在于， 所述热处理工序为 ： 在 835-840保温2.0-2.5小时后空冷， 然后在845-850保温2.0-2.5小时， 喷水冷却轮辋至 550以下， 然后在 510-515回火处理 4.。
5、5-5.0 小时。 权 利 要 求 书 CN 103741034 A 2 1/4 页 3 铁路货车用高硬度车轮钢及车轮制备方法 技术领域 0001 本发明属于冶金工业生产的技术领域， 涉及一种铁路货车用高硬度车轮钢及车轮 制备方法。 背景技术 0002 铁路车轮在钢轨上运行时， 轮与轨之间发生相互作用， 铁路车轮承受垂直力、 导向 力、 制动闸瓦压力和残余应力等， 这就要求车轮本身具备较好的综合力学性能以提高其使 用性能。 强硬度指标是衡量车轮性能最基础指标， 其大小直接影响车轮抗接触疲劳性、 耐磨 性， 从而影响到车轮使用寿命， 因此， 提高车轮的强硬度指标可明显提高车轮的使用寿命。 000。
6、3 常规CL65车轮较传统CL60车轮， 由于硬度的增加表现较好的抗磨损性能， 但随着 铁路货运吨位及速度的不断提速， 车轮的使用条件进一步恶化， 常规 CL65 车轮在使用过程 中也暴露出诸如剥离、 磨耗加剧等问题， 因此， 通过提高车轮的强硬度指标来改善车轮的使 用性能显得尤为重要。 0004 传统的方法采用增加 C 元素含量提高车轮强硬度指标， 但会对车轮塑性、 韧性带 来损害， 对车轮使用安全性不利。 提高车轮强硬度指标的同时， 必须确保其塑性、 韧性指标， 首先要从成分设计上加以改进， 同时在后期热处理过程中匹配相应的工艺确保车轮获得较 好的强韧性匹配关系， 以此来提高车轮的耐磨性、。
7、 抗接触疲劳性、 安全性等综合使用性能。 发明内容 0005 本发明提供一种铁路货车用高硬度车轮钢及车轮制备方法， 目的是在不影响车轮 轮辋塑性、 辐板韧性的基础上， 以显著提高车轮强度、 硬度性能， 获得更良好的综合性能， 增 强车轮的耐磨性能和抗接触疲劳性能。 0006 为了实现上述目的， 本发明采取的技术方案为 ： 铁路货车用高硬度车轮钢， 其 化 学 成 分 重 量 百 分 比 为 ： C0.63-0.69%， Si1.00-1.20%， Mn0.90-1.10%， Mo0.05-0.08%， Cr0.30-0.40%， Als0.010-0.030%， P 0.015%， S 0.0。
8、15%， 其余为 Fe 和不可避免的杂质 元素。 0007 下面具体说明本发明技术方案的内容 ： 0008 到目前为止， 国内外火车车轮用钢均为铁素体 - 珠光体组织的高碳钢， 这种组织 在硬度水平相当时， 具有最好的耐磨性， 因此， 本发明的车轮用钢应具有铁素体 - 珠光体组 织状态。 0009 目前， 国内常规 CL65 车轮 C 控制在 0.57-0.67% 左右， 为适当提高硬度， 本发明将 C 的范围确定为 0.63-0.69% 之间。 0010 从合金元素对性能的影响规律看， 为获得高的强度硬度性能采用微合金化。 因此， 本发明重点对车轮钢中的 Si、 Mn、 Cr、 Mo、 Al。
9、s 含量进行了设计。 0011 提高 Si 含量使车轮受热、 冷却时不易发生奥氏体相变、 马氏体转变， 有助于改善 车轮材料抗热损伤性能， 但过高的 Si 会增加材料的热敏感性和脆性。因此本发明将 Si 的 说 明 书 CN 103741034 A 3 2/4 页 4 范围确定为 1.00-1.20% 之间。 0012 Mn 是本发明中重要的强化元素， 能够有效提高车轮强度硬度性能， 从而提高车轮 的耐磨性能， 但过高 Mn 对车轮的综合机械性能和加工性能有不良影响， 故 Mn 含量控制在 0.90-1.10% 之间。 0013 Cr 是次要的固溶强化元素， 能够有效提高工件强硬度性能， 从而。
10、提高工件的耐磨 性能， 但是从 Cr 元素对完全珠光体临界冷却速度的影响规律看， 为使铁素体 - 珠光体组织 易于获得， Cr 含量应该控制在 0.30-0.40。 0014 Mo 能有效提高工件强硬度性， 同时在淬火时可以提高淬透性， 细化珠光体片间距， 故 Mo 含量控制在 0.05-0.08% 之间。 0015 Als 可以通过细化晶粒以使车轮获得较好的塑性和韧性， 故 Als 含量控制在 0.010-0.030% 之间。 0016 P 和 S 是杂质元素， 故其含量应该控制在不超过 0.015%。 0017 为了实现与上述技术方案相同的发明目的， 本发明还提供了一种采用上述高硬度 车轮。
11、钢制备车轮的方法， 包括电炉炼钢工序、 LF 炉精炼工序、 RH 真空处理工序、 圆坯连铸工 序、 切锭轧制工序、 热处理工序、 加工、 成品检测工序， 所述热处理工序为 ： 在 830-850保 温 2.0-2.5 小时后空冷， 然后在 840-860保温 2.0-2.5 小时， 喷水冷却轮辋至 550以下， 然后在 500-520回火处理 4.5-5.0 小时。 0018 在上述的热处理工序中， 在 830-850保温 2.0-2.5 小时后进行空冷， 初步细化轮 辋晶粒， 可使轮辋晶粒度由轧态的 2.0 级左右提升至 6.0 级左右。 0019 与现有技术相比， 本发明获得了以下有益效果。
12、 ： 本发明制备的车轮在轮辋塑性、 辐 板韧性基本保持不变的前提下， 强硬度显著增加， 有效提高了车轮的耐磨性能 ； 同时， 本发 明制成的车轮能够保持原有车轮的铁素体 - 珠光体组织状态， 不增大车轮制备的难度。 附图说明 0020 本说明书包括以下附图， 所示内容分别是 ： 0021 图 1 是实施例 1 的车轮轮辋金相组织 ； 0022 图 2 是实施例 2 的车轮轮辋金相组织 ； 0023 图 3 是实施例 1 和实施例 2 的车轮与常规 CL65 车轮洛氏硬度的对比图 ； 0024 图 4 是实施例 1 和实施例 2 车轮与常规 CL65 车轮在经 100 万次循环后磨耗量的 对比图。
13、 ； 具体实施方式 0025 下面结合附图 1-4 及实施例 1-2 对本发明做详细的说明。 0026 实施例 1-2 中的车轮钢的化学成分重量百分比如表 1 所示， 实施例 1-2 均采用电 炉冶炼经 LF+RH 精炼真空脱气后直接连铸成的圆坯， 经切锭、 加热轧制、 热处理、 精加工后形成直径为 860mm 的货车车轮。 0027 实施例 1 ： 0028 将化学成分如表 1 实施例 1 的钢水经过电炉炼钢工序、 LF 炉精炼工序、 RH 真空处 理工序、 圆坯连铸工序、 切锭轧制工序、 热处理工序、 加工、 成品检测工序而形成。所述的热 说 明 书 CN 103741034 A 4 3/。
14、4 页 5 处理工序为 ： 在 835保温 2 小时后空冷， 然后加热至 845保温 2 小时， 喷水冷却轮辋至 510， 然后在 510回火处理 5 小时。 0029 如图 1 所示， 本实施例制备的车轮轮辋金相组织为细珠光体少量铁素体。本实 施例车轮机械性能如表 2 及图 3（洛氏硬度） 所示， 轮辋塑性、 辐板韧性较常规 CL65 车轮 基本保持不变， 强度和硬度较常规 CL65 车轮明显提高。在 MMS-2A 型微机控制摩擦磨损试 验机上进行了磨耗性能对比试验， 在相同的试验条件下 （试验过程中下试样为本实施例制 备的车轮试样和常规 CL65 钢车轮试样， 上试样均为相同硬度的 U71。
15、Mn 钢轨试样， 下试样转 速 400rpm， 上试样转速 360rpm， 对应转动滑差率 0.75%， 接触应力 2200MPa， 循环次数 100 万 次） ， 本发明车轮的磨耗失重量比常规CL65钢车轮明显降低， 如图4所示。 在MMS-2A型微机 控制摩擦磨损试验机上进行了滚动接触疲劳对比试验， 在相同的试验条件下 （试验过程中 上试样为常规 CL65 钢车轮试样， 下试样为本实施例制备的车轮试样， 下试样转速 400rpm， 上试样转速 360rpm ； 对应转动滑差率 10.5%， 接触应力 1100MPa） ， 经过 250 万次循环后， 常 规 CL65 钢车轮试样发生剥落现象。
16、， 而本实施例制备的车轮试样除压痕外未发现明显剥落 现象， 这表明本实施例抗滚动接触疲劳性能优于常规 CL65 车轮。 0030 实施例 2 ： 0031 将化学成分如表 1 实施例 2 的钢水经过电炉炼钢工序、 LF 炉精炼工序、 RH 真空处 理工序、 圆坯连铸工序、 切锭轧制工序、 热处理工序、 加工、 成品检测工序而形成。所述的热 处理工序为 ： 在840保温2小时后空冷， 然后加热至850保温2.5小时， 喷水冷却轮辋至 515， 然后在 515回火处理 4.5 小时。 0032 如图 2 所示， 本实施例制备的车轮轮辋金相组织为细珠光体少量铁素体。本实 施例车轮机械性能如表 2 及。
17、图 3（洛氏硬度） 所示， 轮辋塑性、 辐板韧性较常规 CL65 车轮 基本保持不变， 强度和硬度较常规 CL65 车轮明显提高。在 MMS-2A 型微机控制摩擦磨损试 验机上进行了磨耗性能对比试验， 在相同的试验条件下 （试验过程中下试样为本实施例制 备的车轮试样和常规 CL65 钢车轮试样， 上试样均为相同硬度的 U71Mn 钢轨试样， 下试样转 速 400rpm， 上试样转速 360rpm， 对应转动滑差率 0.75%， 接触应力 2200MPa， 循环次数 100 万 次） ， 本发明车轮的磨耗失重量比常规CL65钢车轮明显降低， 如图4所示。 在MMS-2A型微机 控制摩擦磨损试验机。
18、上进行了滚动接触疲劳对比试验， 在相同的试验条件下 （试验过程中 上试样为常规 CL65 钢车轮试样， 下试样为本实施例制备的车轮试样， 下试样转速 400rpm， 上试样转速 360rpm ； 对应转动滑差率 10.5%， 接触应力 1100MPa） ， 经过 250 万次循环后， 常 规 CL65 钢车轮试样发生剥落现象， 而本实施例制备的车轮试样除压痕外未发现明显剥落 现象， 这表明本实施例抗滚动接触疲劳性能优于常规 CL65 车轮。 0033 表 1 实施例 1-2 及常规 CL65 车轮的化学成分 （Wt%） 0034 说 明 书 CN 103741034 A 5 4/4 页 6 0035 表 2 实施例 1-2 和常规 CL65 车轮机械性能 0036 说 明 书 CN 103741034 A 6 1/2 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103741034 A 7 2/2 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103741034 A 8 。